X射線的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了電子的發(fā)現(xiàn)。電子的發(fā)現(xiàn)可以說(shuō)是40年陰極射線研究的直接結(jié)果,也最終讓我們發(fā)現(xiàn)了陰極射線的本質(zhì)。
什么是陰極射線?德國(guó)和英國(guó)物理學(xué)家就這個(gè)問(wèn)題發(fā)生了激烈的爭(zhēng)論。赫茲在1892年聲稱,陰極射線不能是粒子,而只能是以太波。所有德國(guó)物理學(xué)家都同意這一觀點(diǎn)。但以克魯克斯為代表的英國(guó)物理學(xué)家堅(jiān)持認(rèn)為陰極射線是一種帶電粒子流。1895年,法國(guó)物理學(xué)家佩蘭通過(guò)將陰極射線進(jìn)入法拉第籠(屏幕)的實(shí)驗(yàn),支持了陰極射線是帶負(fù)電粒子流的觀點(diǎn),但他認(rèn)為這種粒子是氣體離子。
1897年,英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜在佩蘭工作的基礎(chǔ)上,吸取射線研究成果,對(duì)陰極射線進(jìn)行了定性和定量的研究。當(dāng)時(shí),有人反駁佩蘭的實(shí)驗(yàn),認(rèn)為他沒(méi)有提供從陰極發(fā)出的帶負(fù)電的微粒同陰極射線路徑相同的證據(jù),湯姆遜也認(rèn)為佩蘭的實(shí)驗(yàn)給以太說(shuō)留下了漏洞。于是設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)裝置,證明陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用下同帶負(fù)電的粒子路徑相同,這無(wú)可辯駁地證明了陰極射線是負(fù)電荷粒子組成的。
湯姆遜通過(guò)陰極射線在磁場(chǎng)和電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn),從而得出陰極射線粒子的質(zhì)量與電荷的比值(m/e,即荷質(zhì)比的倒數(shù)),其數(shù)值大約是氫離子的千分之一。同時(shí),他還觀察到,陰極射線粒子的荷質(zhì)比是不變的,無(wú)論是改變放電管中氣體的成分還是改變陰極材料。這表明來(lái)自不同物質(zhì)的陰極射線粒子是相同的。根據(jù)這些事實(shí),結(jié)合勒納德的實(shí)驗(yàn),湯姆遜得出結(jié)論,陰極射線粒子比原子小,認(rèn)為這些粒子必然是建造所有化學(xué)元素的物質(zhì),即所有化學(xué)原子的共同組成部分。
雖然湯姆遜得出的結(jié)論有充分的基礎(chǔ),但這畢竟是一個(gè)推論,因?yàn)殛帢O射線粒子的質(zhì)荷比是氫離子的千分之一還有兩種可能,可能電荷(e)很大,也可能質(zhì)量(m)很小。為了獲得更直接的證據(jù),湯姆遜和他的學(xué)生在1898年用云霧法測(cè)量陰極射線粒子的電荷與電解中氫離子帶來(lái)的電荷相同,這直接證明了陰極射線粒子的質(zhì)量只有氫離子的千分之一。他把這種構(gòu)成一切原子的粒子叫做微粒,后來(lái)改名為電子(這個(gè)名詞是由愛(ài)爾蘭物理學(xué)家斯托尼于1891年提出的,當(dāng)時(shí)只用于表示電荷的最小單位基元)。早在1874年,斯托尼就根據(jù)法拉第電解定律提出了基元電荷的概念,并計(jì)算出其值為3×10-11**靜電單元。
湯姆遜的研究成果在1897年4月底的第一次公開(kāi)報(bào)告中公布,可能由于太新穎,它的重要性并沒(méi)有立即被人們所認(rèn)識(shí)。但在很短時(shí)間內(nèi)也引發(fā)了強(qiáng)烈的反響,他領(lǐng)導(dǎo)的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室自此成為世界上最引人注目的物理實(shí)驗(yàn)中心。
2000多年來(lái)原子被認(rèn)為是所有物質(zhì)的不可分割的基元的傳統(tǒng)觀念自此被打破,向原子內(nèi)部進(jìn)攻和“分裂原子”也成為了世紀(jì)交替時(shí)期科學(xué)領(lǐng)域中振奮人心的口號(hào)。
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