汤姆逊的阴极射线是“愚弄”人吗？

《阴极射线》是汤姆逊于1897年10月发表在英国《哲学杂志》上的一篇著名论文。在这篇论文中，汤姆逊介绍了他发现的电子，打破了原子不可分割的传统观念，使人们进入了原子世界，具有划时代的重要意义。

1859年，德国物理学家普鲁克尔发现，当电流经过盖斯勒真空管时，管中的阴极对面出现了带绿色的辉光。1869年，普鲁克尔的学生希托夫发现从阴极上飞出的东西是沿直线方向前进的，如果在它的通道上放一块小物体，就会在阳极方面的玻璃上出现这个物体的阴影。1876年，德国物理学家戈尔茨坦断定，这种绿色的辉光是由于从阴极上发出某种射线射到玻璃上而引起的，他把这种射线叫“阴极射线”。

这种阴极射线究竟是什么？当时有两种针锋相对的观点：一种以德国物理学家赫兹为代表，认为阴极射线是一种类似光的电磁波；另一种以英国物理学家克鲁克斯为代表，认为阴极射线是一种高速带电的粒子流，J·J·汤姆逊也持这种观点。

1894年，汤姆逊做了一个实验，似乎有利于粒子说的观点。如果阴极射线是电磁波，那么它的飞行速度就应该是光在真空中的速度c=108米/秒。但汤姆逊用旋转镜实验测得阴极射线的速度是1.9×107厘米/秒（只有c的1/1500）。这一测量，使汤姆逊更加相信阴极射线不是电磁波。

汤姆逊猜想，阴极射线也许是由比原子小得多的带电粒子组成的。1897年4月30日，在英国伦敦皇家学会会议上，汤姆逊第一次正式提出了自己的猜想，但没有什么人相信，有人甚至说汤姆逊在“愚弄”他们。

当然，这不是事实，但汤姆逊一时也拿不出实验证明。为了证明自己的猜想是正确的，不是在“愚弄”人，汤姆逊想到只有用更精密的实验作出证明，此外别无选择。

首先，他必须用实验证明，阴极射线可以在电场中偏转。他猜想，赫兹之所以没有能让阴极射线在电场偏转，可能是因为气体放电管中真空程度不够，结果残留在平行板电容器中的气体，在阴极射线电离的作用下成了导体，使阴极射线不能偏转。根据这一猜想，汤姆逊用更好的真空泵，使气体放电管中真空程度增加。结果，阴极射线真的偏转了！这样，阴极射线是带电粒子流的假说就被证实了。伟大的赫兹没想到自己犯了一个大错误。

第二步，得用实验证实阴极射线是比原子小得多的带电粒子。汤姆逊利用正交的电磁场（使电场和磁场相互垂直），可以测定带电粒子的质荷比m/e（即粒子质量m和所带电荷e的比值）。他在实验中发现：①质荷比与制造阴极的材料以及放电管中气体种类无关，这说明这种带电粒子与元素原子种类无关，是每种原子中都共有的一种成分；②阴极射线的m/e比氢离子（H+）的m/e大得多，这说明阴极射线是质量很小的带电粒子，只有氢离子的1/1000左右。

这两步实验，使汤姆逊确信：比原子小得多的带负电的粒子是存在的，它是构成物质的普遍成分。1897年10月，他的著名论文《阴极射线》发表在英国《哲学杂志》上。

1899年，汤姆逊同意斯通尼（1821～1911）的意见，把这个带负电的基本粒子叫做“电子”。就这样，电子被汤姆逊发现了！

电子的发现具有划时代的意义，它打破了原子是不可分割的最小微粒的传统观念，把人们领进了原子世界，科学开始了向原子更深的层次即原子核与基本粒子进军。