精讲《从一到无穷大》-35电子是如何发现的?
现在我们已经知道了原子是由原子核和电子组成的。可是古希腊的哲学家们提出原子这个概念的时候,他们认为原子是最小的微粒,是不可以再分割的。甚至到了近代,科学家们在解释一些化学反应和原子发光的时候,依然是这样认为的。
比如说科学家们曾经认为氢原子是球形的,钠原子是椭球形的,氧原子是面包圈形状的,水分子是由一个氧原子和两个氢原子构成的,样子就是一个面包圈儿两边各加一粒葡萄的形状。纳可以和水反应生成氢氧化钠和氢气,就是因为椭球形状的钠可以更好的结合在面面包圈形状的氧原子中。至于说不同的原子可以发出不同频率的光,则是因为不同的原子形状不一样,振动时频率不同,就好像钢琴和小提琴发出的声音不同一样。不过这些说法没有取得任何实质的进展,没办法进行实验证实。后来人们才终于认识到,原子并不是实心球体,而是具有结构的。
人们认识原子的第一步是从发现电子开始的。在19世纪后半叶,科学家们发明了阴极射线管原理,和后来的电视机显像管差不多。在涂有荧光物质的玻璃管中放置一个电路,电路的阴极就会发出一种射线,射线打在荧光物质上就会发光。这种阴极射线是什么东西呢?科学家们的意见并不一致。
当时的德国有一个著名的年轻科学家海因里希赫兹,他在1887年用实验证实了电磁波的存在,验证了麦克斯韦的观点,轰动了世界。从那时起,无线电就开始进入了人们的生活。赫兹了解到阴极射线之后,想知道这种射线是否带电,就把阴极射线放在了电场之中。结果他发现射线在电场中并没有发生偏转。赫兹认为这说明阴极射线不带电,阴极射线是电磁波。与此同时,在英国的剑桥大学有一个享誉世界的实验室,叫做卡文迪许实验室。其实就是剑桥大学的物理系,这个实验室诞生了许许多多的诺贝尔奖获得者,迄今为止依然是世界上最顶尖的研究机构之一。
在1884年,约瑟夫他孙成了卡文迪许实验室的主任。他重复了赫兹的实验,并且敏锐地想到赫兹没有发现阴极射线在电场中偏转,很可能是因为管内的真空度不够,因为气体可以阻碍射线的偏转。于是他用更好的抽气机将管子里的气体尽量的抽出,让射线在接近真空的环境中运动。汤姆森设想,如果这种粒子带电……