父子各说电子的一面

在物理学的发展过程中，父子物理学家是很多的，父子都得到重大成就的也不少。就拿具有最高荣誉的诺贝尔奖来说，自从 1901 年诺贝尔奖开始颁

发以来，就有 3 对父子获得过物理学奖，在世界传为佳话。他们是英国的布拉格父子，丹麦的玻尔父子和瑞典的塞格巴恩父子。

在父子科学佳话中，在我们中学物理的课堂上，老师向学生谈到的父和子的工作是关于电子的事情。

电子是英国物理学家 J·J·汤姆生在 1897 年通过对阴极射线的研究而发现的，他确认电子是带负电的粒子。而且他还通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，利用质谱仪的原理，测定了电子的“荷质比”。从此，电子就作为一种基本粒子活跃在物理学的领域。

1924 年法国物理学家德布罗意提出波动的新概念“物质波”。1926 年， 玻恩又指出粒子的波动是“几率波”。当时德布罗意已经从理论上对电子波有了计算，只待实验的证明。

1927 年，J·J·汤姆生的独生儿子 G·P·汤姆生，用快速电子得到了一张电子衍射照片，成为电子波存在的实验证据，并且从中计算的波长与德布罗意的理论值完全吻合。从此，电子又以“波”的姿态出现在物理学领域。波粒二象性是微观世界的普遍规律，汤姆生父子对电子虽然各说一面，

老子说电子是粒子，儿子说电子是波，他们都没有说错，但完整的应该是把他们的说法合起来。

赫兹给麦克斯韦的“鲜花”和“拳头”

1846 年，法拉第发现在磁场的作用下，偏振光的振动面会发生改变。这给了人们一个新的启示：光现象与磁现象之间会不会有什么内在联系？

麦克斯韦（1831～1879，英国理论物理学家、数学家）总结了电学和磁学一切新的成就并发展了法拉第关于“场”的概念。在 1862 年发表的《论物理的力线》一文中，引进了“位移电流”的新概念，使电磁学的研究出现了一个重大的突破。麦克斯韦在总结和突破的基础上导出了著名的麦克斯韦方程，提出了著名的电磁理论。 1865 年，麦克斯韦发表《电磁场动力学》一文，在这篇文章中，他用数学的方法，从麦克斯韦方程导出了电磁场的波动方程，并算出电磁波的传播速度等于光速。这样，他确立了电磁波的理论。麦克斯韦根据自己的电磁理论，预言了电磁波的存在，并提出了光的电

磁理论。麦氏的电磁理论，把电、磁、光三者联系了起来，这是物理学理论发展过程中，一个具有里程碑意义的重大成就。

但是检验真理的唯一标准是实践。对物理学来说，任何理论只有得到实验的验证之后，才能最后被认定。因此，能否用人工方法获得电磁波就成了认定麦克斯韦电磁理论的事实依据。

麦克斯韦曾经非常希望实验物理学家们能早日找到电磁波，然而，从1865 年麦克斯韦预言电磁波存在，提出光的电磁说，直到 1879 年麦克斯韦逝世，物理学家们也没能让电磁波在自己手中发生。为了推动科学的发展， 在麦克斯韦去世的 1879 年，德国柏林科学院以重金悬赏，向当时的科学界征求对麦克斯韦预言的电磁波的实验验证。

虽然科学家们不是为奖金而工作，但来自科学院的重赏必定能激起更大的热情，更何况验证电磁波早已是科学家们共同的心愿。

终于，在 1887 年著名的“赫兹实验”成功了，人类找到了电磁波，这是赫兹（1857～1894，德国物物理学家）献给麦克斯韦的“鲜花”，祝贺他的电磁理论最终被大家所认定了。可惜，这束鲜花麦克斯韦并没有看见，因为当赫兹在 1887 年 11 月 5 日将他的实验成就总结成论文，寄给他的老师亥姆

霍兹时麦克斯韦已经去世 8 年了。

1888 年，赫兹进一步用“驻波法”测定电磁波的传播速度，得出与麦克斯韦计算相符的结果；赫兹还进一步证明电磁波辐射具有光的各种特性，从而使麦克斯韦光的电磁说也得到确立。

然而，就是这个赫兹，在他做出“赫兹实验”的同时，又发现了“光电效应”现象。紧跟着科学家们研究光电效应所得到的实验规律，却又是麦克斯韦电磁理论所不能解释的！这就是有人说的“赫兹向麦克斯韦伸出了拳头”。

虽然麦克斯韦既没有看见“鲜花”，也没有看见“拳头”，然而麦克斯韦电磁理论和麦克斯韦预言与赫兹找到电磁波和发现光电效应，在物理学史上，却给人们以千古不衰的启迪，这就是：一种理论在得到认定的同时，往往会碰到理论必须再发展的尖锐的客观事实！物理技术和物理理论，就是在“鲜花”和“拳头”中不断发展的。