馬克思·馮·勞厄（Max von Laue，1879年10月9日—1960年4月24日），德國物理學(xué)家，1912年發(fā)現了晶體的X射線(xiàn)衍射現象，并因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎。

這是固體物理學(xué)中具有里程碑意義的發(fā)現，從此，人們可以通過(guò)觀(guān)察衍射花紋研究晶體的微觀(guān)結構，并且對生物學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)的發(fā)展都起到了巨大的推動(dòng)作用。例如1953年沃森和克里克就是通過(guò)X射線(xiàn)衍射方法得到了DNA分子的雙螺旋結構。

人物生平

1879年10月5日生于柯布倫茨附近 的普法芬多夫。勞厄在青少年時(shí)期就顯示出對自然科學(xué)的興趣，并得到父母和中學(xué)教師的支持。在斯特拉斯堡中學(xué)時(shí)，一位數學(xué)教師把亥姆霍茲的通俗科學(xué)講演集介紹給他，使他得知當時(shí)科學(xué)發(fā)展的主要動(dòng)向。他還和兩位同學(xué)一起在一位熱心的教師家里作過(guò)當時(shí)剛為W.K.倫琴發(fā)現的X射線(xiàn)實(shí)驗。中學(xué)畢業(yè)后，勞厄先后就讀于斯特拉斯堡、格丁根、慕尼黑和柏林幾所大學(xué)，聽(tīng)過(guò)D.希耳伯特、M.普朗克等大師的課。

1904年他在普朗克指導下以《平行平面板上的干涉現象的理論》為題完成了博士論文，隨后留校做普朗克的助教。

1909年勞厄到慕尼黑大學(xué)任教。那時(shí)A.索末菲的講課和討論班吸引了許多年青的物理學(xué)家來(lái)到慕尼黑，討論的主題都與當時(shí)物理學(xué)在理論和實(shí)驗方面的新的概念和發(fā)現有關(guān)。關(guān)于X 射線(xiàn)的本性的各種看法也是主題之一。勞厄認為X射線(xiàn)是電磁波，他在同一位博士研究生P.P.厄瓦耳交談時(shí)，產(chǎn)生了用X 射線(xiàn)照射晶體用以研究固體結構的想法。他設想X 射線(xiàn)是極短的電磁波,而晶體又是原子（離子）的有規則的三維排列,只要X射線(xiàn)的波長(cháng)和晶體中原子（離子）的間距具有相同的數量級，那么當用X 射線(xiàn)照射晶體時(shí)就應能觀(guān)察到干涉現象。

在勞厄的鼓勵下，索末菲的助教W.弗里德里奇和倫琴的博士研究生P.克尼平在 1912年4月開(kāi)始了這項試驗。他們把一個(gè)垂直于晶軸切割的平行晶片放在 X射線(xiàn)源和照相底片之間。果然在照相底片上顯示出有規則的斑點(diǎn)群。勞厄的設想被證實(shí)了，一舉解決了X 射線(xiàn)的本性問(wèn)題,而且初步揭露了晶體的微觀(guān)結構(見(jiàn)彩圖W.弗里德里奇和P.克尼平按照 M.von勞厄(1879～1960)的設想研究晶體中X射線(xiàn)衍射所用的 儀器)。A.愛(ài)因斯坦曾稱(chēng)此實(shí)驗為"物理學(xué)最美的實(shí)驗"。勞厄隨后從光的三維衍射理論出發(fā),以幾何觀(guān)點(diǎn)完成了X射線(xiàn)在晶體中的衍射理論，成功地解釋了實(shí)驗結果。由于他忽略了晶體中原子(離子)的熱運動(dòng)，這個(gè)理論還只是近似的。

1931年，勞厄終于完成了X射線(xiàn)的"動(dòng)力學(xué)理論"。勞厄的這項工作為在實(shí)驗上證實(shí)電子的波動(dòng)性奠定了基礎，對此后的物理學(xué)發(fā)展作出了貢獻。由于發(fā)現 X射線(xiàn)在晶體中的衍射現象，勞厄獲得了1914年的諾貝爾物理學(xué)獎。

1905年，勞厄在普朗克的討論班上得悉愛(ài)因斯坦的工作，深為關(guān)于空間時(shí)間的這個(gè)新思想所吸引；

1907年他專(zhuān)程去伯爾尼拜訪(fǎng)了愛(ài)因斯坦，他們從此成為終生的摯友。

1911年，勞厄寫(xiě)成第一本闡述愛(ài)因斯坦理論的專(zhuān)著(zhù)《相對性原理》，闡明了新的空間時(shí)間概念和以接近于光速的速度運動(dòng)物體的運動(dòng)，為愛(ài)因斯坦的理論贏(yíng)得更多的支持。

勞厄從1912年起先后在蘇黎世大學(xué)和法蘭克福大學(xué)任教，1919年回到柏林大學(xué)任物理學(xué)教授。在柏林期間，勞厄成為德國物理學(xué)界的權威之一，曾擔任德國物理學(xué)會(huì )會(huì )長(cháng)。勞厄為人正直，本無(wú)意于政治活動(dòng)，但當科學(xué)研究自由受到威脅時(shí)，他總是義正辭嚴地起來(lái)捍衛它。早在1920年，當P.勒納等人在柏林召開(kāi)反愛(ài)因斯坦廣義相對論的公開(kāi)集會(huì )第二天，勞厄就和W.能斯脫、H.魯本斯聯(lián)名在柏林日報上發(fā)表公開(kāi)信予以反擊。

在納粹統治時(shí)期，1933年在維爾茨堡舉行的全德物理學(xué)家年會(huì )上，勞厄以物理學(xué)會(huì )會(huì )長(cháng)的身份致開(kāi)幕詞。他在講話(huà)的末尾引用伽利略堅持N.哥白尼的日心說(shuō)而遭到教會(huì )迫害這一歷史事件，間接地捍衛了當時(shí)正受到主張所謂"德意志物理學(xué)"的納粹黨徒攻擊的愛(ài)因斯坦和其他猶太科學(xué)家；最后的結束語(yǔ)是"然而，在任何壓迫面前，科學(xué)的捍衛者都具有 完全勝利的信念，這信念就是伽利略的這一句話(huà)：'無(wú)論如何，它在運動(dòng)！'"。同年他不顧J.斯塔克的威脅，拒絕參加斯塔克召集的擁護納粹的集會(huì )。在第二次世界大戰期間,他從未參與有關(guān)軍事的科學(xué)活動(dòng)。

1943年終于為納粹當局強令從柏林大學(xué)提前退休。

1945年德國投降后，勞厄和O.哈恩、W.K.海森伯等人被美國軍方送往英國。

1946年1月勞厄返回德國后,定居于格丁根。他為重建德國物理學(xué)會(huì )和將威廉皇帝協(xié)會(huì )改建為馬克斯·普朗克協(xié)會(huì )作出了重大努力。當1946年英國皇家學(xué)會(huì )主持召開(kāi)國際結晶學(xué)會(huì )議時(shí)，他是應邀參加會(huì )議的唯一一位德國學(xué)者。他還和普朗克一起參加了英國舉行的牛頓紀念大會(huì )。在這兩個(gè)會(huì )議上，勞厄和普朗克在納粹統治時(shí)期為維護學(xué)術(shù)尊嚴和科學(xué)自由的行為備受贊揚，與會(huì )者稱(chēng)他們是真正的人和真正的科學(xué)家。

1957年法國授予勞厄榮譽(yù)軍團勛章以表彰他捍衛人的尊嚴和自由的功績(jì)。勞厄在1943年寫(xiě)成的一部具有特色的《物理學(xué)史》，于1947年出版（中譯本，1978）。

1951年勞厄被選為馬克斯·普朗克協(xié)會(huì )的哈伯研究所所長(cháng)，以72歲的高齡重返他曾居住多年的柏林。此后，他致力于相對論電動(dòng)力學(xué)、超導理論等方面的工作，并重行修訂了《相對性原理》一書(shū)。

1960年4月23日在柏林逝世。

勞厄逝世后，1961年出版了他的《著(zhù)作和報告全集》，計3卷。

輝煌人生

自從1895年倫琴發(fā)現X射線(xiàn)以來(lái)，關(guān)于X射線(xiàn)的本質(zhì)，科學(xué)家們提出了各自的看法。

倫琴發(fā)現了X射線(xiàn)之后，物理學(xué)家和醫學(xué)界人士趕緊研究這種新的射線(xiàn)。在1896已有1000篇以上關(guān)于 這個(gè)課題的論文。在1896至1897年間，倫琴自己只寫(xiě)了兩篇關(guān)于X射線(xiàn)的文章。然后，他回到原先研究的課題上去，在以后的二十四年里寫(xiě)過(guò)七篇只引起短暫興趣的文章，而把對X射線(xiàn)的研究讓給了其他的年輕的新生力量。

對他這樣的做法的理由，人們只能推測而已。倫琴一生在物理學(xué)許多領(lǐng)域中進(jìn)行過(guò)實(shí)驗研究工作，如對電介質(zhì)在充電的電容器中運動(dòng)時(shí)的磁效應、氣體的比熱容、晶體的導熱性、熱釋電和壓電現象、光的偏振面在氣體中的旋轉、光與電的關(guān)系、物質(zhì)的彈性、毛細現象等方面的研究都作出了一定的貢獻，由于他發(fā)現X射線(xiàn)而贏(yíng)得了巨大的榮譽(yù)，以致這些貢獻大多不為人所注意。

勞厄認為，X射線(xiàn)是電磁波。他在與博士研究生厄瓦耳交談時(shí)，產(chǎn)生了用X射線(xiàn)照射晶體以研究固體結構的想法。他設想，X射線(xiàn)是極短的電磁波，而晶體是原子（離子）的有規則的三維排列。只要X射線(xiàn)的波長(cháng)和晶體中原子（離子）的間距具有相同的數量級，那么當用X射線(xiàn)照射晶體時(shí)就應能觀(guān)察到干涉現象。在勞厄的鼓勵下，索末菲的助教弗里德里奇和倫琴的博士研究生克尼平在1912年開(kāi)始了這項實(shí)驗。他們把一個(gè)垂直于晶軸切割的平行晶片放在X射線(xiàn)源和照相底片之間，結果在照相底片上顯示出了有規則的斑點(diǎn)群。

后來(lái)，科學(xué)界稱(chēng)其為“勞厄圖樣”。勞厄設想的證實(shí)一舉解決了X射線(xiàn)的本性問(wèn)題，并初步揭示了晶體的微觀(guān)結構。愛(ài)因斯坦曾稱(chēng)此實(shí)驗為“物理學(xué)最美的實(shí)驗”。

隨后， 勞厄從光的三維衍射理論出發(fā)，以幾何觀(guān)點(diǎn)完成了X射線(xiàn)在晶體中的衍射理論，成功地解釋了有關(guān)的實(shí)驗結果。但由于他忽略了晶體中原子（離子）的熱運動(dòng)，這個(gè)理論還只是近似的。到1931年，勞厄終于完成了X射線(xiàn)的“動(dòng)力學(xué)理論”。 勞厄的這項工作為在實(shí)驗上證實(shí)電子的波動(dòng)性奠定了基礎，對此后的物理學(xué)發(fā)展作出了重要貢獻。

晶體X射線(xiàn)衍射

晶體X射線(xiàn)衍射即X射線(xiàn)在晶體中發(fā)生的衍射現象。晶體具有點(diǎn)陣結構，點(diǎn)陣結構的周期（即晶胞邊長(cháng)，b，c）與X射線(xiàn)的波長(cháng)屬于同一數量級，X射線(xiàn)衍射現象是一種基于波疊加原理的干涉現象，干涉的 結果隨不同而有所不同（Δ為波程差；λ為波長(cháng)）。

為整數的方向，波的振幅得到最大程度的加強，稱(chēng)為衍射，對應的方 向為衍射方向?，而為半整數的方向，波的振幅得到最大程度的抵消。因此，X射線(xiàn)通過(guò)晶體之后，在某些方向（衍射方向）X射線(xiàn)的強度增強，而另一些方向X射線(xiàn)強度卻減弱甚至消失，如果在晶體的背后放置一張感光底片，將會(huì )得到X射線(xiàn)的衍射圖形。利用X射線(xiàn)衍射原理制造的X射線(xiàn)衍射儀，是測定晶體結構的最主要儀器。根據衍射的方向可以測定晶格參數或晶胞的大小和形狀。

根據衍射線(xiàn)強度分布能夠測定原子在晶胞中的坐標，因此X射線(xiàn)衍射法也是測定分子空間構型的主要方法。產(chǎn)生晶體X射線(xiàn)衍射的條件可用勞厄方程來(lái)描述，勞厄方程的標量表達式如下：（cos－cos0）=hλ；b（cosβ－cosβ0）=kλ；c（cosγ－cosγ0）=lλ式中、b、c為晶胞邊長(cháng)；0、β0、γ0是入射線(xiàn)與晶胞基向量的夾角；、β、γ是衍射線(xiàn)與晶胞基向量的夾角；h、k、l是三個(gè)正整數，稱(chēng)為衍射指數；λ是X射線(xiàn)的波長(cháng)。描述X射線(xiàn)衍射條件，還可以用布拉格方程：2dsinθ=nλ式中d為相鄰兩個(gè)晶面之間的距離；θ為入射線(xiàn)或反射線(xiàn)與晶面的交角；λ為X射線(xiàn)波長(cháng)；n為正整數。

布拉格方程與勞厄方程雖然表達方式不同，但其實(shí)質(zhì)是相同的。當 X射線(xiàn)的波長(cháng)與入射線(xiàn)方向以及晶體方位確定以后，勞厄方程中的λ、、b、c、0、β0、γ0 都已確定，只有、β、γ是變量，它們必須滿(mǎn)足勞厄方程，但是，、β、γ3個(gè)變量不是獨立的，例如在直角坐標中應滿(mǎn)足：cos2+cos2β+cos2γ=1這就是說(shuō)，3個(gè)變量、β、γ應同時(shí)滿(mǎn)足4個(gè)方程，這在一般條件下是不可能的，因而得不到衍射圖。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，必須再增加一個(gè)變數，有兩種辦法可供選擇：①晶體不動(dòng)（0、β0、γ0固定），改變波長(cháng)λ，即采用白色X射線(xiàn)；②波長(cháng)不變，即用單色X射線(xiàn) ，讓晶體繞某晶軸轉動(dòng)，即改變0、β0、γ0 。

這樣可在某些特定的晶體方位得到衍射圖，這種方法叫做轉動(dòng)晶體法。以上兩種方法都是對單晶體而言的。如果晶體是多晶，每個(gè)小單晶體在空間的取向是隨機的，勞厄方程總可以得到滿(mǎn)足，這就是粉末法的基礎。

勞厄法

將具連續波長(cháng)分布的“白色”X射線(xiàn)作用于靜止安置的單晶以獲取衍射信息的方法。早期的勞厄法以平板的感光膠片置于按一定軸向或晶棱取向安置的單晶樣之后，根據所得勞厄衍射圖的花樣判斷該晶軸 或晶棱方向的對稱(chēng)性，以助于對晶體勞厄點(diǎn)群的研究。由于X射線(xiàn)源、晶體與底片的相互位置不同，而又分為透射勞厄法和背射勞厄法。

透射法所出現的衍射點(diǎn)分別在不同的橢圓上，背射法衍射點(diǎn)分別分布在不同的雙曲線(xiàn)上。通過(guò)對這些點(diǎn)的分析，可測定晶體取向。

20世紀80～90年代間，利用同步輻射強白色X射線(xiàn)源，結合高能儲存環(huán)等新技術(shù)以勞厄法已做到只需毫秒級時(shí)間即可完成收集一套蛋白或病毒晶體的衍射數據。這意味著(zhù)時(shí)間分辨大分子晶體學(xué)業(yè)已誕生，用勞厄法衍射數據已獲解析出鵝蛋白、溶菌酶大分子結構等先進(jìn)成果。

人物評價(jià)

馬克斯·馮·勞厄，X射線(xiàn)晶體分析的先驅。