汤姆生的贡献

1897 年，英国物理学家汤姆生把电子的发现推向高潮。

汤姆生把这些阴极射线导入绝缘的圆柱，测量其电荷，并观测到它们给予温差电偶的热量，而求出了其动能。

最后，汤姆生发现，在高度真空的状态下，阴极射线不光能够为磁场所偏转，也能够为电场所偏转，他因而测量了这种带电粒子流的偏转程度。

汤姆生运用一个高度真空的玻璃管装着两个金属电极：阴极和开有小缝的阳极。从阴极发出的阴极射线一部分，穿过小缝后，再被第二个小缝削细一些。

这样得到的小束射线，经过上下置放的两块绝缘片之间，射在玻璃管另外一端的荧光幕或者照相底片上。

如果把绝缘片连在高电压电池的两极，则其间产生电场。整个仪器放在一强力的电磁体两极中间，使得射线也受到磁场的作用。

汤姆生对克鲁克斯的观点持赞同的态度，他认为阴极射线是一种动能极大的微粒子。但是要进一步弄清楚阴极射线的本质，就必须称量出阴极射线中一个带负电粒子的质量。

汤姆生假定阴极射线是带有负电的质点的急流，由计算就可以看出来， 阴极射线的电场偏转度，亦如其磁场偏转度，是按照质点的速度及其电荷与质量之比而改变的。

所以，通过测量电场与磁场的偏转度，就可以得出速度与电荷同质量之比的具体数值。

1897 年 2 月，汤姆生得出了他求得的结果，阴极射线每秒 10 万公里， 它的质量只有氢原子质量的 1/1840，它带的电荷量与法拉第电解定律计算出的数值基本相同。

汤姆生还求得质点的速度是光速的 1/10 左右，但其电荷与质量之比则无论气体的压力与性质及电极的性质如何，都没有改变。

在液体电解质中，以氢离子的电荷与质量之比为最大，约为 104，汤姆生求得气体离子的电荷与质量之比为 7.7×106，也就是说，为液体中氢离子的电荷与质量之比的 770 倍。

这些结果也许表明，在气体内的阴极射线的质点中，电荷比在氢原子中大得多，而质量却小得多。

汤姆生暂时假定这些质点比原子小，他借用牛顿所常用那个名词微粒去称呼它们，并且说它们是人类寻求多年的各种元素的共同成分。

1898 年和 1899 年，汤姆生测量了 X 射线在气体中所造成的离子的电荷。

他利用了威尔逊在 1897 年所发现的方法，即离子和尘埃一样，可以成为潮湿空气中蒸汽凝成雾滴的核心。

从这些雾滴在空气阻力下降落的速度，就可以计算雾滴的大小。从凝结的水的体积，可以求得雾滴的数目，再从已知电动势所产生的电流，可以求得电荷的总量。

没过多长时间，另外一位科学家测量了离子在渗入气体时的扩散速度， 并由此计算出离子的电荷。

汤姆生认为，阴极射线的粒子要比原子小，并推测说这种粒子是建造一切化学元素的物质。1898 年，汤姆生和他的学生又把他的研究进一步引向深

入。

他们采用云雾法与磁场偏转法，证明了阴极射线粒子的电荷同电解中氢离子所带电荷是同一个数量级的，当时，他把这种带负电的粒子叫做微粒， 只是到了后来，才改称电子。

由此可见，并不是说微粒的电荷比液体中氢离子的电荷更大，而是其质量更小。这些微粒绝对是原子的一部分，不管元素的性质如何，都是其原子共有的成分。

从汤姆生求得的结果来看，每一个微粒的质量大概是氢原子的 1/770， 接着，米利根又有了新的更精确的测定。

1910 年，米利根进一步改进了威尔逊的云雾法，又在 1911 年测量了小油滴在被电离的空气中降落的速度。

而当一油滴捉到一离子时，其速度便会猛然改变。这样求得离子的电荷为 4.775×10-10 静电单位。则从气体分子运动论就可以求得一个氢原子的质量约为 1.66×10-24 克，所以一个电子的质量约为 9×10-28 克。

这个伟大的发现终于解决了自从古希腊时代就遗留下来的一个历史问题，即不同的物质是否有共同的基础的问题，同时，这个发现也阐明了“带电”的意义。

汤姆生认为，一个原子含有许多更小的个体，他把这些个体叫做微粒， 并且这些微粒彼此相等，其质量等于低压下气体中阴离子的质量。

在正常的原子中，这些微粒所组成的集团，构成了一个中性的电的体系。那些个别的微粒，行为虽然好像阴性的离子，但聚集于中性的原子中时，其阴电效应便被某种东西抵消了。这种东西使微粒散布的空间，好像有与这些微粒之和相等的阳电似的。

关于气体的带电现象，汤姆生认为，是由于气体原子的分裂，致使微粒脱离此原子。脱离出来的微粒，性质如阴性的离子，每个都带有一恒量的阴电。

剩余的原子的另一部分，性质就像一阳性的离子，带有正电荷，和比阴电子更大的质量。

因此，汤姆生得出结论，带电现象主要是由于原子的分裂，其中一部分质量被放出，则脱离了原来的原子。

从此，电子作为电的不连续性结构的最小粒子而被科学界承认了。电子不再是一个抽象的概念，而是一个经由汤姆生及其他一些人新发现的实实在在的物质粒子了。

汤姆生的研究工作，在 1897 年 4 月，一个春暖花开，莺歌燕舞的日子里， 第一次公开报告时，不知什么原因，在当时并没有激起一场轩然大波。

但是，过了不久，便引起强烈的反响，人们欢呼雀跃，奔走相告，为人类的这一重大发现再次激动万分。汤姆生所领导的卡文迪许实验室，也因此而成为世界上最为引人注目，对莘莘学子最富有魁力的实验中心。

其实，汤姆生关于电子的发现，跟前不久的一种研究，多多少少都有些关联之处。

按照麦克斯韦的理论，光既然是一种电磁波系，那么，它必定是由振荡的电体所发出的。由于光谱是元素所特有的而不是元素的化合物所特有的， 所以这些振荡体必为原子或者原子的一部分。

按照这种推理，洛伦兹在汤姆生的发现的前几年，创立了一种物质的电

学说。这个学说预料，光谱的出现当受磁场的影响。

当光源放在强磁场之内时，其所发出的钠光谱的谱线即行变宽。运用更强的磁场还可以把单一谱线分成两条光线。

根据测量这些线条之间的距离所获得的资料，按照洛伦兹的学说，就可以算出振荡质点的电荷与其质量之比的新值为 1.77×107，与根据观察阴极射线和运用其他方法所得到的结果较为接近。

洛伦兹用“电子”这一名称来称呼这些振动的带电质点，而它们就是汤姆生所谓的微粒，我们也可以把它们当做是孤立的阴电单位，因为电子既然有电能，就必定有与质量相当的惯量。

这样，洛伦兹的学说就成为物质的电子学说，而且和由汤姆生发现而来的观点完全融合在一起。只不过汤姆生是用物质去解释电，而洛伦兹则是用电来解释物质。

接着人们便发现还可以用许多别的方法获得微粒或电子，例如高温下的物质及受到紫外光作用的金属，都能发出电子。

此后，这种热效应在无线电报与电话所用的热离子管中，就取得了重要的实用意义。

电子是世界上最轻的运动粒子之一，大约 1024 个电子合起来，其重量也不足 1 克的千分之一。但是，无数个电子汇集成的强大的电流，却以接近光的速度运动，真可谓浩浩荡荡，一泻万里，成为新时代的动力源泉，为生产自然化开辟了无限广阔的道路。

在 20 世纪，人类充分利用 19 世纪研究电子的科学成果，通过电子管技

术的发明，开创了一个对 20 世纪科学技术起着关键作用的新技术领域，即电子技术。

伦瑟、柏克勒尔和汤姆生三人的伟大发现，可谓石破天惊，揭开了 20 世纪科学技术新纪元的序幕！

从此以后，原子不可分的古老神话，被毫不留情地粉碎，科学开始了向原子更深的层次即原子核与基本粒子的进军，人类认识再度进入另外一块同样迷人的辉煌地带⋯⋯