阴极射线粒子

阴极射线粒子

带电粒子受电场影响而偏转的程度取决于三个因素：粒子携带电荷的多少、粒子运动速度及粒子质量。由磁场引起的带电粒子的偏转也取决于上述三个因素，只是偏转的形式与电场引起的偏转不同。如果J·J·汤姆孙能测出这两种类型的偏转，那就有可能根据这两个测量结果求出粒子的电荷与质量比。那么，如果你知道了粒子携带电荷的多少，你就能求出它们的质量。

电荷也并非完全不可能求出。法拉第对电流引起化学反应的方法曾经进行了广泛的研究，并于1832年建立了一套电化学定律。根据这些定律，并仔细测量出从金属化合物溶液中析出已知质量的金属所需的用电量，这样就可以计算出析出单个金属原子所需电荷的多少。

如果认定单个原子在化学变化过程中涉及的电荷是能够存在的最小电荷，似乎不会冒很大的风险。因此，假定阴极射线粒子会携带这种最小的电荷也应该说是合理的。换句话说，阴极射线粒子与电之间的关系就像原子与物质的关系一样——或者就像将要被发现的量子与能量的关系一样。

根据这一假设，并测出由已知强度的电场和磁场引起阴极射线偏转的大小，J·J·汤姆孙就能计算出单个阴极射线粒子的质量，而他也确实这样做了。为此他于1906年获得了诺贝尔奖。

这一结论是令人震惊的。就物质的原子而言，在J·J·汤姆孙的时代（在我们自己的年代也一样)人们已知的最小原子是氢原子。的确，直至今日我们仍然十分肯定，普通氢原子是可能存在的最小原子。然而，阴极射线粒子结果却具有远比氢原子小的质量。它的质量只有最小原子质量的1/1 837。

在整整一个世纪中，科学家已经十分肯定原子是能够存在的最小的东西，因此，最小的原子应是具有质量的任何东西中最小的。现在这种想法已经被打破了；或者说至少应该被修正，尽管这种修正也许不会太大。在J·J·汤姆孙实验后，在原子是否仍然是能够存在的物质的最小粒子这个问题上就有可能产生争论。也许可以说电不是物质，而是比物质更加难以捉摸的能量的一种形式。以这种观点来看，把这些阴极射线粒子看作比物质原子小得多的“电的原子”，也是不足为奇的。

正是由于阴极射线粒子是如此微小才能解释电流能流过物质的事实，或者说解释阴极射线粒子本身能穿过金属薄膜这一事实。这些粒子能穿过金属本来是作为它们不可能是粒子的强有力证据，但是在第一次发现这种现象时，人们对于这些粒子究竟有多小还没有概念。（如果在一些关键的知识点上有遗漏，即使是最好的科学家也会被实验所误导。)

由于阴极射线粒子远比任何一种原子小，因此被称为亚原子粒子。就因为发现了第一个亚原子粒子，即一大批同类粒子中的第一个粒子，人们头脑中有关物质结构的观念完全改变了。这些粒子的发现增加了我们的知识，革新了我们的技术，彻底改变了我们的生活方式。（技术和我们的生活方式这些题目已超出了本书的范围，但还是值得一提。不管象牙塔式的科学发现会是什么样的，总有一些好的机会，会在许多决定性的方向上对我们产生影响。)

人们把阴极射线粒子叫做什么呢？给一些事物命名并不会使我们增加有关它的知识，而只是为了更便于提及和讨论。1891年，爱尔兰物理学家斯托尼（George Johnstone Stoney，1826—1911)提出，把按法拉第定律导出的最小电荷叫做电子。J·J·汤姆孙很喜欢这个名字，便把它用来称呼这种粒子，而不是粒子所带的电荷。这个名字从此就固定了下来，甚至连那些不懂科学的公众也非常熟悉。（想想所有的电器，如我们经常要与之打交道的电视机和录音机。)因此，我们可以说是J·J·汤姆孙于1897年发现了电子。