電的旅程 ( 94 )
「第六章:電子真面目」
<湯姆森與電子 ( 1 )>
在研究真空電流的過程中,觀察到的現象一直受到真空完善的程度、管中存餘氣體的種類與氣壓、電極的設計等各種因素困擾。從葛斯勒到克魯克斯,所有實驗的結果沒有得到一致的結論。英國和德國科學界為陰極射線是粒子還是波動,爭執不休。
1894年,英國科學家湯姆森(J. J. Thompson)決定徹底弄清楚這個問題,他設計了一連串重要的實驗。湯姆森當時任劍橋大學「卡文迪西」(Cavendish)實驗室講座教授,他在英國科學界上公認為最權威的人物,這個講座是馬克士威親手設立的。
在第一組實驗中,湯姆森證明了陰極射線帶著負電荷。第二套實驗,湯姆森用了最先進的真空技術,首次證明電場也可以令陰極射線折射,折射的方向符合陰極射線帶負電荷的性質。在這套實驗之前,其他研究者無法用電場來影響陰極射線,是因為他們實驗設備的真空程度還不夠,帶電的離子遮掩了電場作用。第三組實驗,湯姆森利用磁場對陰極射線折射的程度,準確的導出了陰極射線內的帶電粒子飛行速度,以及所帶電荷與質量的比值(荷質比)。
1897年4月30日,湯姆森到皇家研究院演講,就在戴維及法拉第慣用的講台上,發表了他的研究結論:陰極射線是由帶負電荷的粒子組成,無論用什麼方法或陰極材料,所產生的粒子性質都是一樣的。如果粒子上的負電荷和氫離子所帶的正電荷(當時已成功測量出氫離子的荷質比)是一樣的話,那麼這種粒子的質量只有氫離子(質子,proton)的1837分之一,這種極輕的粒子是原子組成的一部分。當時科學界都認同原子是物質中最小、也是最基本的組成粒子。難道原子裡面還有文章?…… (待續)