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这又是一个长故事，还是从头说起吧。先说结果吧，电子是英国科学家汤姆逊发现的。 汤姆逊也是一位大神，14岁就进入了曼彻斯特大学，为什么呢？一方面因为他是天才，一方面是因为他走了一个小小的后门。 他的父亲，你是不是以为我要说是大学教授啊，就象泡利一样，混了进去，不是的，他父亲是一个书商，不过这个书商可不简单，是专门印刷大学课本的，所以呢，就认识了一批大学教授，不管怎么着吧，反正是早早就进了大学。 大学期间，成绩优异，这就不用说了，然后就是讲师，教授，大家都是这么混的，可是汤姆逊不一样，28岁上他做了一件前无古人，后无来者的事情。 年仅28岁的汤姆逊要申请卡文迪许教授，这太胆大妄为了，还记得卡文迪许实验室吗？那是伟大的麦克斯韦创建的，当时的卡文迪许教授是瑞利勋爵，对瑞利勋爵还有印象吗？惰性气体就是他发现的，他最著名的成就就是瑞利——金斯公式，用来解释黑体辐射的，后来普朗克提出普朗克公式，提出量子概念，引发了物理学革命，可以说瑞利勋爵也算量子力学的先驱，关于麦克斯韦和瑞利的故事我在其他回答中有提到，这里就不展开了，有兴趣可以移步去看一眼。 回过头来继续说汤姆逊，汤姆逊当时申请卡文迪许教授的行为相当于什么呢？现在的千青、杰青可不上，就算现在的院士也比不上，相当于申请担任中科院副院长吧，是不是有点异想天开啊。 可奇迹发生了，他还真申请成功了，一方面是由于他的天才，另一方面是瑞利勋爵慧眼识英雄。 既然已经得到了这么高的荣誉地位，那就开始干活吧。 当时，已经发现了辉光现象，辉光现象就是进行放电实验时，对着阴极的玻璃管壁放出绿色的辉光，当时认为这是阴极射线造成的，可是阴极射线是什么？却是众说纷纭，有的说是电磁波，有的说是带电的原子，有的说是带阴电的微粒，这个说法有点靠谱，不过谁也不能说服谁，这一争就是二十年。 辉光放电 汤姆逊做了一个实验，他把涂有硫化锌的玻璃片放在了阴极射线经过的路径上，结果玻璃片闪光了，这说明硫化锌可以显示阴极射线的轨迹，这下就好办了。 汤姆逊在阴极射线经过的路径上加了一个电场或磁场，这无所谓了，都可以，结果发现轨迹不再是直线了，偏折了，这下好办了，在电磁场的作用下，发生偏转，这是因为什么啊，因为带电啊，这个我们大家都学过，而且还可以根据偏转方向判断电荷的正负，这说明阴极射线是一种带负电的粒子。 事情还没完，万一是阴离子呢，也带负电啊，那就测一测这种微粒的荷质比，就是所带电荷和其质量的比值。 这个原理就比较好解释了，就是中学时学过的粒子在电磁场中的运动，还是解释一下吧，毕竟中学时那速度都是给定的。 汤姆逊对阴极射线同时施加电场和磁场，并且调节其强度，使得阴极射线仍然做直线运动，这样，通过电场强度和磁感应强度的比值就可以算出微粒的速度，知道了速度就好办了，通过偏转就可以知道荷质比，明白了吗？要是还没有明白就复习一下中学知识，我就不推导过程了。 汤姆逊测出来荷质比后发现这个值太大了，远大于氢原子的荷质比，大约大2000倍，现在我们知道是1836倍，这肯定是一种新的粒子了，这就是电子。 这一下子轰动了物理界，之前人们认为原子已经不可再分，而汤姆逊的发现原子还可以继续分，可以说汤姆逊打开了原子物理学的大门。 不过事情还没有完，汤姆逊提出了原子的枣糕模型，不过这个模型很快被他的学生卢瑟福的行星模型取代了，卢瑟福也没有得意多久，他的行星模型很快被他的学生玻尔的原子模型取代了，这一门都是欺师灭祖的典范，不过我们更欣赏这种欺师灭祖，不是说“吾爱吾师，吾更爱真理”吗，关于他们师徒的故事，我在《电子为什么不飞向原子核》这个问题下的回答中有详述，有兴趣的可以移步去看一下。 咱们继续说电子的事情，现在已经知道了电子带负电荷了，可是是多少呢？而且知道了电子电荷，又知道了荷质比，电子质量也可以算出来算，所以必须要想法测出来电子电荷。 这就要有请美国科学家密立根出场了，我个人觉得这是美国人第一次登台，别说爱因斯坦，他是后来加入美国籍的，不算。 密立根也是一位大神，他做实验肯定了爱因斯坦的光电方程，测出了最精确的普朗克常数，对x射线的研究，还导致了乌仑贝尔提出电子自旋，对，就是被泡利骂跑的那个电子自旋。 不过他最著名的还是测量电子电量的油滴实验。 油滴实验就是在匀强电场中喷入很多小油滴，调节电场强度，使得小油滴做匀速运动，根据牛顿第一定律，这时候油滴受力平衡，而油滴此时受到电场力和重力，而重力是比较容易测出来的，而电场强度是已知的，自然就可以测出电子电荷了。 这是实验原理，但是做起来并不简单，首先因为油滴是在空气中，要受到空气的粘滞力，另外，那么多油滴，怎么知道哪个是在匀速运动啊，那要不错眼珠盯着啊。 但不管怎么说，密立根测出来了，密立根发现，无论油滴多么小，其电量都是某个数值的整数倍，这个数值就是电子电荷电量了。 很神奇是吗？可密立根很苦恼，因为他得不出这么一个基本数值，怎么办啊？于是密立根想到了造假。 密立根做了140次实验，可是他只公布出来58次，就是说他对数据进行了筛选，他提前预设了电子电量，只保留了和他设想相符的数据，这就是数据造假啊，没想到吧，数据造假的祖宗是美国人，可神奇的是他还造假造对了，他公布出来的电子电荷电量基本就是对的。 不过事情还没完，密立根最初用的是水滴做的实验，我们都知道，水是很容易蒸发的，所以一直得不出合适的数据。 那一天，密立根有事没在实验室，他的学生弗雷彻改用了油滴做实验，油的蒸发要远低于水，所以得出来比较靠谱的数据。 密立根回来后，非常高兴，于是两人立即开始实验，很快得到了结果，可是密立根起了小心思，这个结果要不要署学生的名，署名吧，好没面子啊，不署名吧，这也说不过去啊。 密立根经过严密思考后，对弗雷彻说要不你这次就算了，下一次你单独署名，我就不署名了。 这情节是不是听起来很熟悉啊，现在各个学界大佬利用权势抢学生成果的开端也是密立根开创的，不过密立根还不错，后来真让弗雷彻单独署名了一篇论文，不过其重要程度已经不能和测量电子电荷电量相提并论了。 都说到学生了，说一下汤姆逊的学生，汤姆逊的学生不止有卢瑟福，还有威尔逊，就是发明威尔逊云室那位，汤姆逊的学生们有九位诺贝尔奖获得者，不知密立根想到汤姆逊会不会感到惭愧。 好了，现在总结一下，汤姆逊发现了电子，密立根测出来了电子电荷电量，这就是电子电荷传奇历史。 |
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