電的旅程 ( 98 )

「第六章：電子真面目」

＜穿透性的X光 ( 3 )＞……(續上)

在真空電子的研究過程中，湯姆森證實了電流的基本組成是帶負電的電子，就像水流中最基本的組成是水的分子一樣。在應用方面，葛斯勒管啟蒙了現代的螢光燈、霓虹燈和「電漿」平面電視螢幕的基本技術。克魯克斯管直接導致了布勞恩的CRT，一直到二十世紀末仍舊是電視機及電腦顯示器的基本技術。X射線的發明在醫學上開啟了一個重要的新領域。

還有一個真空電子的應用是用電子束和磁場的交互作用來產生高功率的微波。赫爾（Albert Hull）在1921發明了「磁控管」（magnetron），范理恩兄弟（Sigurd and Russel Varian）在1938年發明了「調速管」（klystron），都是後來雷達及衛星通訊的基礎技術。

真空電子的研究從1855年葛斯勒開始，到1897年湯姆森發現電子及布勞恩發明CRT，過程約有四十年。除了奠定了很多應用技術基礎外，還帶動了物理學上的革命。很多真空電子研究中觀察到的現象，無法用牛頓及馬克士威的理論來解釋，譬如白熾燈發出的光譜及葛斯勒管中用氫氣發出的光譜。這些現象都需要有新的物理來解釋。

1900年德國科學家普朗克（Max Planck）提出了「黑體輻射」（blackbody radiation）模型，準確無誤的表述了白熾燈的光譜；他在模型中首次採用了能量的「量子化」及機率概念。丹麥物理學家波耳（Niels Bohr）在1913年成功發展了氫原子模型。在理論上也加入了量子與電子的粒子及波動二象性（波粒二象性）的原理，完美的解釋了觀察到的氫氣光譜現象。普朗克、波耳及其他科學家帶動了1920年代量子力學（quantum mechanics）的飛速發展，為日後的固態物理及固態電子奠定了理論基礎。…… (完)