打开原子的大门-第8节

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　　克鲁克斯指出：在盖斯勒管中是低压气体在发光，不论管子是什么形状，在高压电的作用下，充满整个管子的低压气体都会发出明亮的辉光。但是在高真空放电管中只有阴极射线，阴极射线是走直线的，并且是肉眼所看不见的，我们能看见的只是由阴极射线打在玻璃管壁上而引起的荧光。
　　他的助手搬来一个V形放电管，上面两端接有电极。克鲁克斯将电源接到放电管上以后，报告厅窗上的帷幕拉上了，大厅里的灯也熄灭了。在黑暗中，大家看到V形管右半部管壁发出一股微弱的荧光，管底则发出一片明亮的荧光，而管子左半部却完全是黑暗的。
　　克鲁克斯说明右边管子头上接的是阴极，左边接的是阳极。接着，他把电极交换了位置，结果V形管左半部有荧光，而右半部变成黑暗的了。
　　克鲁克斯说：很清楚，阴极射线是由阴极发出来的，它不能拐弯。
　　接着助手又搬上两个大的梨形放电管。通电后，在阴极对面的玻璃壁上发出一片绿色的荧光。克鲁克斯把一个放电管立了起来又放下，这时在管中竖立起一片十字形的金属片，这金属片挡住了阴极射线，玻璃壁上出现了十字形的黑影，非常清楚。
　　克鲁克斯说：虽然阴极射线像光线一样可以生成影子，但是它不是光线。
　　他把另一个放电管中的挡片立起来，同样出现了黑影。
　　他说：这个挡片是透明的云母做的，光线能透过，阴极射线却透不过。那么阴极射线是什么呢？请看下一个实验。
　　一个长长的放电管搬上来了。这管子做得十分巧妙，中间平行地安放着两根玻璃棒，就像火车的轨道一样，在玻璃轨道上安放着一个云母片做的小风车。通上电以后，小风车开始转动，离开阴极向阳极跑去。把电极互换以后，原来的阴极变成阳极，原来的阳极变成阴极，小风车又往回转动。
　　克鲁克斯告诉大家，由阴极发出来的射线实际上是微小的粒子流，它们打在小风车一侧的翼上就会使风车转动。
　　克鲁克斯表演了各种各样的放电管，有的里面放着铂铱片，在阴极射线集中射击下发热发光；有的里面放了一块钻石，有的放着各种矿石，这些物质在阴极射线的射击下发出五颜六色的光芒。他说，分析这些光的光谱，可以鉴定物质的化学组成。
　　 最使人惊叹不已的是这样一个放电管：阴极做成了凹面镜形，所以发出的阴极射线聚焦在一个小点上。在管中装了一个可以转动的风车，在风车和阴极之间立着一块挡板。通电以后，阴极射线射在挡板上，风车静止不动。这时候，克鲁克斯把一块磁铁挂在放电管上面，在磁场的作用下，阴极射线往上偏转了，通过挡板的上方射在风车的翼上，于是风车就飞快地转动起来。克鲁克斯又把磁铁转了180°，磁场方向也跟着变了180°，阴极射线反过来向下偏转了，通过挡板的下方射在风车翼上，于是风车就反方向转动起来。
　　克鲁克斯反复地转动磁铁，风车就一会儿正着转，一会儿反着转。风车上画了清晰的螺旋线，所以由螺旋线是展开还是收缩可以看清风车旋转的方向。
　　“啊！真是妙极了！”人们惊呼。
　　克鲁克斯告诉大家，光线是不能被磁场弯曲的，而阴极射线能被磁场弯曲，这说明阴极射线不仅是一种粒子流，而且是带电的粒子流。
　　各种放电管都表演过了，窗上的帷幕打开了。最后，克鲁克斯对这些实验作了总结，他指出：阴极射线是一种物质的流，是带电的物质的流，它以很高的速度离开阴极，这是由于同性相斥，它带的显然是阴电。
　　这是一种什么样的物质呢？这不是我们通常见到的三种形态的物质，不是固态的，不是液态的，也不是气态的，而是超气态物质，在放电管中的物质是第四态物质。
　　在极其热烈的掌声中，克鲁克斯结束了他的科学报告。大家涌上台去，更仔细地察看那些巧妙的放电管。这一系列精彩的科学实验使大家赞叹不已！阴极射线是一种带负电的粒子流，是一种前所未知的新物质。
　　许多科学家回去之后都装起了克鲁克斯管，想揭开阴极射线之谜。
　　　原子里的电子
　　现在要讲一下世界上最有名的实验室的工作了。英国剑桥大学有个卡文迪许实验室，是为了纪念1810年去世的著名科学家卡文迪许而建立的，创建于1874年。第一任实验室主任就是伟大的物理学家麦克斯韦，他创建了电磁场理论，并指出光是电磁波。第二任主任是瑞利，他和拉姆赛一起发现了空气中的惰性气体。1884年，汤姆逊做了第三任实验室主任，他开始研究阴极射线。
　　卡文迪许实验室有各种精密的物理学仪器，有研究电磁学的光荣传统。汤姆逊在研究了普吕克、希托夫、古德斯坦以及克鲁克斯的工作以后，设想：既然阴极射线是带电的粒子，又能够被磁场和电场偏转，那么就可以利用这个特点来测定阴极射线的速度、质量和电荷。
　　汤姆逊设计了一个阴极射线管，在管子一端装上阴极和阳极，在阳极上开了一条细缝，这样一来，通电后阴极射出的阴极射线就穿过阳极的细缝成为细细的一束，直射到玻璃管的另一端。这一端的管壁上涂有荧光物质，或者装上照相底片。
　　在射线管的中部装有两个电极板，通上电压以后就产生电场。电场越强，阴极射线通过电场后偏转就越大。电场强度和偏转程度都可以测量出来。
　　这时候在射线管外面又加上一个磁场，这个磁场能使阴极射线向相反的方向偏转。调节电场和磁场的强度可以使它们对阴极射线的作用正好相互抵消，结果阴极射线不发生偏转。　
　　汤姆逊测量了在这种情况下的电场和磁场的强度，利用物理学定律计算出了阴极射线的速度。这速度非常快，大约是3万公里每秒（相当于光速的1／10）。
　　接着他又测量组成阴极射线的带电粒子的电荷和质量的比值，发现这种带电粒子的质量非常小，大约是氢原子的质量的1／2000。
　　汤姆逊作了许多实验。他用金、银、铜、镍等各种金属作阴极，他测量了不同阴极上射出的带电粒子，发现它们的电荷和质量的比值都是一样的。他又把不同的气体——氢气、氧气、氮气……充到管内，阴极上射出的带电粒子的电荷和质量的比值还是一样的。
　　这就说明了一个非常重要的问题：不管阴极射线是由哪里产生的——是由电极产生的还是由管内气体产生的，结果都一样。也就是说，在各种物质中都有一种质量约为氢原子质量的1／2000的带阴电的粒子。这实验是1897年10月完成的。
　　1897年4月30日，汤姆逊在英国皇家学会讲演的时候曾经指出：“阴极射线不是带电的原子，阴极射线的粒子应该比原子小得多。”半年之后，他证实了自己的论断。
　　关于电，从18世纪以来，许多科学家都在研究。他们认为电也有一种最小的粒子，并且起名叫做电子。如今，汤姆逊真的发现了这个电的小微粒——电子。
　　阴极射线实际是高速的电子流。后来人们又发现，炽热发光的电灯丝也会发射电子，光照在某些物质上也会发出电子，电子在各种物质中都有，它是原子的组成部分。后来人们更精密地测定了电子的质量，它是氢原子质量的1／1837。
　　现在大家都公认，是汤姆逊在1897年正式发现了电子。这是19世纪末最伟大的发现之一。20世纪是电子时代，是原子时代。电子的发现为人类打开了这个新时代的大门。
　　要知道，汤姆逊的实验装置实际上就是电视显像管的前身。尽管电视显像管十分复杂，基本原理却是一样的。在今天，你可以在看电视的时候做一下汤姆逊的实验，只要拿一块磁铁放在显像管旁边，就会看到电视的映像变了形状。这是因为磁场对显像管中的电子束起了偏转作用。
　　人们不断深人地研究气体放电管，终于发现了电子。在电子发现的前一两年，还有两件伟大的发现也是与放电管的研究分不开的，这就是X射线和放射性的发现。
　　　“偶然”的大发现
　　1896年初，一件科学发现轰动了世界各国的大学和科学院。科学家们一碰头就会询问和议论：“你看到那篇科学论文了吗？德国伦琴教授的。”
　　“你知道吗？发现了一种看不见的射线——X射线，它能穿透各种东西！”
　　“昨天用我们实验室里的阴极射线管作了实验，真有这种射线，奇妙极了！”
　　这到底是怎么回事呢？
　　原来，1895年10月间，德国波恩的物理学教授伦琴在实验室内装起了阴极射线管，开始研究阴极射线。过了不久，实验室中发生了一件怪事，有一包用黑纸包得很好的照相底片全部感了光。再去买来一包新的底片放在实验室里，过了几天一检查，又都感光了。这可是从来没有发生过的事。
　　伦琴想：过去没发生过的事，现在发生了，现在和过去不同的是实验室内新安装了阴极射线管。是不是阴极射线使底片感光了呢？
　　为了避免再发生底片自动感光的事件，11月8日晚上，他把阴极射线管用厚的黑纸包了起来，接通了电源，看了看，果然看不到射线管壁发出来的荧光了。接着他收拾了一下实验室，关掉电灯就离开了。刚走了不远，他猛然想起，阴极射线管的电源还没有关，于是他又走回实验室。
　　推开门以后，在漆黑的实验室里他看到有一处在闪闪发着绿光。打开电灯一看，原来是一块涂有铂氰酸钡的荧光屏。他把阴极射线管的电源关掉，再关上电灯，这时候荧光屏不再发光了。他摸黑把阴极射线管的电源重新接通，荧光屏又发光了。
　　真是怪事！铂氰酸钡是一种荧光物质，只有在强光照射下才会发出荧光。现在荧光屏发光，显然和阴极射线管有关。但是，阴极射线管发的光很弱，并且已经被厚的黑纸包了起来，荧光屏怎么还会发光呢？况且这荧光屏还在两米以外。
　　伦琴想试试是不是有什么光线从阴极射线管发出来照在荧光屏上。他把手伸在荧光屏和阴极射线管之间。果然，在荧光屏上出现了手的影子。但是仔细一看，伦琴大吃一惊！在很淡的手影之中还显出了黑色的手的骨骼的影子。手动一动，影子也动一动，骨骼也在动，非常清楚！
　　面对着这个新发现，伦琴激动极了，他也不想回家了，在实验室里用各种东西放在这看不见的射线中间试验，一直搞到天亮。他发现纸片以至厚木板都挡不住这种射线，只有较厚的铅片才能把它完全挡住。
　　现在他清楚了，放在抽屉中的照相底片所以会感光，是因为木板和纸挡不住这种穿透力极强的射线。
　　伦琴几乎整天在实验室中研究这新的射线，回家也在讲他的发现。1895年12月22日，他妻子到实验室来看他的新发现。他从别的实验室拿来一片用黑纸包好的照相底片，放在阴极射线管旁边，让他妻子把手按在底片上，接着他把阴极射线管的电源接通了一会，然后把底片拿去冲洗。冲好的照相底片使他的妻子大吃一惊，这是一只手的骨骼的照片，手上戴的金戒指也显得一清二楚！ 对于这种看不见的射线，伦琴开始认为是穿透了玻璃管壁跑了出来的阴极射线。他用磁铁去试了一试，这种看不见的射线没有偏转，说明它不是阴极射线。他又猜想可能是一种光线，便让这种射线通过三棱镜，结果证明它和普通的光线不同，三棱镜不能使它发生折射。真是一种性质未知的奇妙射线！
　　伦琴想起了代数中的未知数常用X来表示，所以，他把这未知性质的射线起名叫做X射线。
　　伦琴把他的发现写成论文，于1895年12月28日在德国的科学杂志上发表了。伦琴的发现立刻震动了世界，不仅在科学界，社会上也轰动了，各种报纸和杂志都在讲X射线，有的还刊载第一张X射线照片——伦琴夫人的手骨。
　　新发现的消息传到美国的第四天，就有一位医生用X射线检查了受枪伤的病人身体里有没有留下子弹。X射线能看穿人的身体，可真是医生的好助手。伦琴也就在全世界出了名。
　　许多人都认为伦琴真幸运，他偶然地得到了这个伟大的发现。实际上并不是这样。在当时，许多实验室都在研究阴极射线，许多实验室也都使用照相底片，底片感光的“偶然”现象必然会在这些实验室发生。例如，发明高真空阴极射线管的克鲁克斯，在当时就曾经遇到过放在实验室里的底片感光的现象，但是他当时正专心地制作各种放电管去研究阴极射线，而没想到会有什么看不见的射线在作怪，所以他认为是底片厂的产品