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第五十六回:巧设计是光是电见分晓,细测算质量电量全找到(2/3)

法。”这时在座的一位学生应声答道:“我这里有一种办法可以一试。”汤姆生一看,说话的正是威尔逊(1869-1959)。原来,这汤姆生身边高徒满座,他们一个个都年轻聪明,基础扎实又各有所长。现在说话的这个威尔逊对大气电学有特殊的兴趣,1894年他到海拔4000多米的尼维斯山顶旅游,被那里奇丽的雾景所吸引,便深入钻研,终于弄懂这是气压低的缘故。

于是他就在实验室里人工造雾,先是让水分凝结在空气中的尘粒上,后来X射线的发现使他想到空气中离子的存在可能导致云雾的形成。威尔逊想阴极射线若真是电子粒,虽然这电子粒看不见,可是造成一个条件使带电粒子和水一起凝结成雾珠,不就可见而且可以测算了吗?

威尔逊当即向老师装好一个简单的仪器。一个大玻璃筒,下面有一个底盘与验电器相连接,筒内充进潮湿空气后将筒上的活塞突然向上提,空气膨胀造成云雾,水滴开始缓缓地向底盘上落去。就是这么个简单的装置却演示出一个很了不起的成果。

他们可以根据云雾向圆盘降落的速度来求雾滴的大小,又根据雾滴的大小和蒸气的总量来求出雾滴的总数,再以验电器收到的总电量除以雾滴的总数,就得出每个雾滴上的电荷值,与法拉第电解定律的求法殊途同归。这真是拐着弯儿作学问。

好了,现在我们来看汤姆生对电子的称量结果:阴极射线是由带负电的粒子组成,这种粒子的飞行速度是每秒十万公里;它的质量是氢原子的1840分之1;它的电荷是4.8×10^-10个静电单位。汤姆生还不放心,又把阴极材料几次更换,结果都可以发出同样的粒子流。

他还发现:不只在阴极射线中,在其他情况下,如将金属加热到一定高的温度,金属或其他物质受光,特别是受紫外线照射时,也都能放出电子。后来威尔逊不断改进他的云雾室,居然实实在在地观察到了电子的轨迹。现在的问题就不只是一个简单的阴极射线是什么了,它又导出了一个伟大的发现——任何元素中都含有电子。

这电子的质量极小,只有9×10^-28克,就是只有一万亿亿亿分之一克。这么小的东西汤姆生也将他称出来了,妙就妙在他能迂回曲折,借助电场、磁场、雾滴,正如本生借光谱识元素,居里夫妇借电流强度识别射线强度一样,善于抓住事物间的联系,步步摸索,终于达到目的。

不过这回汤姆生绕的圈子也实在够大了,他的这个实验在科学史上也就特别的著名。正是:曲径通幽处,科学无近路。目的难直达,请君绕几步。却说汤姆生终于捕捉到电子后,他的学生们围着他七嘴八舌地问道:“这个方法也不算太难,为甚么过去争吵了二十多年就没有人去做个实验呢?

”“事情并不这样简单,我刚开始实验时,曾在两块金属板之间加上一个电场,射线并不偏转。这是由于有气体的存在压力太高。要解决这个问题就先要解决真空条件,而当时真空技术才刚刚使用,很不完善。可知一项研究总是和当时的技术发展水平相联系的。

所以,电子的发现并不是我个人特别聪明,这是前人经过许多知识和技术方面的积累,到现在才水到渠成了。”“老师,这个积累是全社会共享的,为甚么同一个时间,同一个实验室,有人能够利用它去实现新的突破,有的人就做不到呢?

”“所以,我要给你们立两条规矩:第一,接受一个新题目后,首先要将这方面的知识系统复习,特别要注意前人已有的成果,这样既避免重复劳动,又可站在巨人的肩膀上登攀。第二,必须学习好实验技术,全套仪器都要亲手制作,尽且不使用现成的。

”学生中不知谁怯生生地说了一句,“这样不是太费时间了吗?”“不,费点时间有利于培养你们的创造力。实验室是培养会思考、有独立工作能力的人,不是要造就一些死成品。你们不仅是实验的观察者,更重要的是实验的创造者。

老师不能教给你所有的知识,两你们掌握了创造能力后却可以得到前人都得不到的知识。”这些本就十分聪明的高材生们毕恭毕敬地围在汤姆生身边聆听师训,他们以后牢记这一教诲,刻苦读书,勇敢创造,这一批学生中竟出了50多名卓有成绩的大物理学家,其中便有威尔逊、玻尔、卢瑟福等九人获得诺贝尔奖金。

汤姆生在卡文迪许实验室任教授和主任辛苦执教34年,桃李满天下,育人成果早超过了那些具体的物理发现。再说汤姆生发现电子,一时名声大震,许多国家纷纷请他去讲学。但他有个习惯,就是多做少说,轻易不愿登台报告。

美国著名的普林斯顿大学几次恳求,他才去讲了六小时,而内容却极为精炼。英国皇家物理学会规定每星期五晚上要举行一次学术报告会。委员会早就为他安排好了讲演时间,他埋头电子的研究竟拖了三年。直到1897年4月30日晚上,他终于登台了。

这天大厅里灯火辉煌,他将关于发现电子的实验一一讲给同行们,在座的物理学家无论是克鲁克斯派的还是赫兹派的人无不点头叹服,一个比原子还小的基本粒子发现了,汤姆生被誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。

1906年荣获诺贝尔物理学奖。电子的发现,和X光、放射性一起,成为十九世纪末物理学的二大发现。汤姆生在那个晚上的演讲中说,电子是世界上最轻量级的运动员,它如此轻

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