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)