第五章 突破常规束缚（14）

    当时的物理学界围绕阴极射线展开了激烈的争论，争论的焦点是：阴极射线究竟像紫外线一样是一种波，还是带电微粒？德国大多数物理学家都赞成哥尔德斯坦的观点，著名学者赫兹对他们表示支持。

    赫兹因在1888年以火花实验证实电磁波的存在而一举成名，“结论来源于实验”是他遵循的信条。为验证阴极射线是否带电，他特意用1000个电池串联产生2000伏高压得到连续发射的阴极射线，并使射线通过加了240伏电压的平板电容器，如阴极射线是带电粒子的话，那它会在平板电容器的电场中偏转，而实验的结果却是否定的。

    英国和法国的物理学家们倾向把阴极射线看成是粒子流。英国的克鲁克斯曾经把一个插有云母翼片的小风轮放置在真空管中间，当阴极射线照射上侧风翼时，风轮就转了起来。他以这一事实证实阴极射线是带负电的“分子流”。法国物理学家佩兰则用实验测量了阴极射线的电量。他使射线经过一小孔进入阳极内的空间，打在收集电荷的圆筒上，计电器上显示带有负电；当把阴极射线管置入磁极间，射线发生偏转，无法进入小孔，计电器上电性消失，从而证实了电荷正是阴极射线携带的。

    在近20年时间里，关于阴极射线是粒子或是射线的争论一直都未停止。这场争论最终由英国物理学家约瑟夫·汤姆生解决了。自19世纪80年代起，约瑟夫·汤姆生就进行了放电现象方面的研究。关于阴极射线本质的争论自然引起了他的注意，经过认真的研究之后，他认为真空管中的阴极射线是带负电的微粒子流，这种带电粒子有很大的速度，并是沿直线运行的。1894年，他从更精巧的实验中坚信，阴极射线绝不是一种电磁辐射。

    阴极射线粒子性的最终确证是在约瑟夫·汤姆生重复了赫兹的实验之后。约瑟夫·汤姆生发现，赫兹当年的失败主要是由真空度不够高、引起残余气体的电离、静电场建立不起来所导致的。他说：“我重复这一实验时，起初也得到和他同样的结论，但后来发现不偏转的原因是由于阴极射线使稀薄的气体产生导电性。我在对电流进行测量时，发现真空度提高时导电性消失得很快。显然，在很高的真空度下作赫兹实验，有可能观察到阴极射线受静电力偏转的现象。”

    约瑟夫·汤姆生从实验结果中完全证实了阴极射线是带负电的粒子流的结论。阴极射线是带负电的粒子流的结论已是确定无疑的了。但这些粒子是原子、分子，还是更小的微粒呢？约瑟夫·汤姆生对此作了更进一步的研究。约瑟夫·汤姆生通过计算，发现克鲁克斯使小风轮转动的实验，不能用分子流的作用来加以解释，这个作用力太小。

    约瑟夫·汤姆生用了两种方法测定阴极射线微粒的荷质比（电荷e/质量m）值。第一种方法是将一束阴极射线通过强磁场使其偏转后撞击已知热容的固体，使其动能转化为热量，测出热量可算得动能，用数学公式可求得（电荷e/质量m）值。第二种方法则是用电场和磁场使阴极射线发生偏转去测得（电荷e/质量m）值。他测得的荷质比（电荷e/质量m）之数量级为107单位／克，这要比在众所周知的电解过程中测得的氢离子的荷质比大上千倍。约瑟夫·汤姆生认为，这可能是阴极射线中的粒子质量很小、也可能是其电荷较大造成的。进一步的分析使约瑟夫·汤姆生断定，阴极射线是由质量比氢离子小得多的粒子组成的。他最初把这些粒子称为带负电的“微粒”。</p>

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