電的旅程 ( 95 )

「第六章：電子真面目」

        ＜湯姆森與電子 ( 2 )＞……(續上)

        湯姆森的結果震撼了整個科學界。十二年後，物理學家密立坎（Robert Millikan）將粒子上的電荷精確的測量出來，因而粒子的質量也確定了，證明了湯姆森的想法。這種極輕而又帶負電的基本粒子，命名為電子（electron），是原子構造中的一部分。在某些物質中可移動的電子很多，也很容易受電場影響而移動，這些物質就是很好的導電體，譬如銀、銅、鋁等。另有某些物質可移動的電子很少，又難以受電場影響而移動，所以導電困難，這就是絕緣體。到了二十世紀固態物理發展後，這些基本性質都可以精確的計算出來。

        在真空管實驗中，電子是由強力的電場把它們從陰極的固體材料表面上「拔」出來的。這些電子離開了固體環境，赤裸裸的暴露在真空中，最後給人認出了真面目。湯姆森還發現陰極材料在高溫時更容易把電子「蒸發」到真空中去，而用鹼土金屬做成的陰極，則在室溫下也可有自由電子被電場輕易「拉」入真空。他又觀察到，把光照在特別處理過的陰極材料表面上，更多的電子會逃入真空，這個現象稱作「光電效應」（photoelectric effect）。後來愛因斯坦發展了理論根據，清晰的闡明了「光子」（photon）的原理，為此他在1921年得到諾貝爾物理獎。光電效應是發展陰極射線管（CRT）電視攝影機的核心技術。

        湯姆森的實驗為真空電子研究的紛爭，暫時劃上句號，在1906年還得到諾貝爾物理獎。他在1940年逝世後，安葬在倫敦西敏寺，與牛頓和達爾文為鄰，被尊崇為英國最偉大的科學家之一。但是湯姆森的發現仍然不能解釋電子可以「穿隧」鋁薄膜的現象，所以物理上的懸題「電子到底是粒子還是波」，當時還沒有確實的答案，經過十幾年爭論，在量子力學的基礎上，才有了公認的解答──原來電子在不同條件下可以像粒子，也可像波，並無衝突。這是一個在概念上極大的突破。英國和德國的科學家都沒有錯，或可說都錯了一半。…… (完)