好了,现在我们来看汤姆孙对电子的称量结果: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10万千米,它的质量是氢原子的1/1840;它的电荷是4.8×10-10个静电单位。汤姆孙还不放心,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。这么小的东西汤姆孙也将它称出来了。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。不过这回汤姆孙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。
目标难直达,请君绕几步。
却说汤姆孙终于捕捉到电子后,他的学生们围着他七嘴八舌地问道:“这个方法也不算太难,为什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,为什么同一个时间,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,尽量不使用现成的。”
学生中不知谁怯生生地说了一句:“这样不是太费时间了?”
“不,费点儿时间有利于培养你们的创造力。实验室首先是培养会思考、有独立工作能力的人,不只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,而你们掌握了创造能力后却可以得到前人都得不到的知识。”
这些本来就十分聪明的高材生们毕恭毕敬地围在汤姆孙身边聆听师训,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五十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。汤姆孙在卡文迪许实验室任教授和主任辛苦执教三十四年,桃李满天下,育人成果早超过了那些具体的物理发现。
再说汤姆孙发现电子,一时名声大振,许多国家纷纷请他去讲学。但他有个习惯,就是多做少说,轻易不愿登台做报告。美国著名的普林斯顿大学几次恳求,他才去讲了六个小时,而内容却极为精练。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,汤姆孙被誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”,并于1906年荣获诺贝尔物理学奖。
电子的发现,和X光、放射性的发现一起,成为19世纪末物理学的三大发现。汤姆孙在那个晚上的演讲中说,电子是世界上最轻量级的运动员,它如此轻微却联合成一支庞大的队伍,形成了近代工业中最重要的动力源泉。
电子是发现了,但是它在原子中的位置呢?有带负电荷的电子,必定还有一种带正电荷的粒子与之相平衡,它们两者是谁绕着谁运动呢?这又是一个新问题。汤姆孙构想了一个原子模型,就像一个西瓜或者是夹有葡萄干的面包。电子就像西瓜子或葡萄干一样均匀地分布在带正电的瓜瓤或面团中,这就是有名的“均匀模型”。现在,无论是居里夫妇发现镭的自动放热,还是汤姆孙发现电子,问题都集中到原子内部来了,一个原子物理的时代就要到来。汤姆孙最先设计的“均匀模型”到底对不对呢?且听下回分解。