简介
电子,其英语称呼为electron,乃是一种带有负电的次原子粒子,一般是被标记为。
电子归属于轻子类,凭借重力、电磁力以及弱核力同其它粒子产生相互作用,轻子身为构成物质的基本粒子当中的一种,是不能够被分解成更小粒子的。
电子带有二分之一自旋,它属于一种费米子。所以,依据泡利不相容原理,任意两个电子都无法处于相同的状态。
正电子也就是被称作正子者,它是电子的反粒子,其质量、自旋以及带电量大小跟电子一样,不过电量正负性和电子相反,电子跟正子会因碰撞而相互湮灭,在该过程里,生成一对以上的光子。
历史溯源
为何摩擦能够产生电呢?经过摩擦的物体缘何可以吸引轻小的物体呢?三百多年以前,一些科学家觉得电是一种看不见的奇妙液体。他们展开想象:在那些能够经过摩擦而起电的物体当中,存在着一种看不见的无形流体,当对物体进行摩擦时,这种看不见的流体就会静悄悄地从被摩擦的物体当中流淌出来,去吸引邻近的轻小物品。
这类见解于当下看来,就连小学生都会觉得滑稽可笑,然而在电学处于迷惘的阶段时,却被众多人视作确凿无疑的道理,就连十七世纪声名最为显著的大科学家牛顿,都觉得在带电的物体内部存在着一种特殊的液体在流动。
在十八世纪的时候,存在这样一种情况。当时,存在另外一些人。这些人提出了一种相关的学说,该学说认为电是一种神秘的“电素”。正好如同那段时期广泛流行的各种各样其他的“素”理论那般。人们把所有的各种现象都归纳为“素”所发挥的作用。具体表现为,物体出现发热这种现象,其原因在于物体的内部聚集了“热素”。物体具备弹性这种情况,是因为这个物体含有“弹性素”。物体拥有能够被燃烧的性质,是因它里面包含着“燃素”。磁石或者磁铁所展示出来的磁性,那是由于所谓的“磁素”而引发的。当然了,依据这样的情况进行推理得出,物体呈现出带电这种状况,应该是“电素”引发出来的。
可是那些被称作“素”的玩意儿,到底是啥玩意儿呢?没人晓得,为啥呢?因为不管是早前提出的“热素”、“燃紊”,还是才冒出来呢“电素”,不但从来都没人见过、摸过,更关键的是,它们从来都没被实验给发现或者证实过。
所以,这些关于“素”的看法呀,把它们称来,与其讲是用来阐释现象的理论,倒不如说是用来躲开问题的挡箭牌,并且还是对事物完全无知的代名词呢。
于1733年,有个被叫做杜·费的法国人,借助多次实验的观察,他觉得存在两种异性的电,一种是呈现负性的(负电),另一种是呈现正性的(正电),这两种异性的电彼此相互吸引,然而同是负性或者同是正性的电却展现出相互推斥的现象,这便是如今大家都晓得的异性电相吸、同性电相斥的现象。
十余年的时间又过去了。到十八世纪四十年代,富兰克林进一步提出物体带正电或负电的原因。他觉得这是因带电物体相互之间进行电的分配而引发的。他还提出了电的“粒子学说”,也就是一切电都是由无数个微小的荷电粒子构成的,富兰克林把这种电的粒子称作“电荷”。这算得上是近代电子论的第一级梯子,因为在此处富兰克林已勾勒出一个关于电子的模糊轮廓。
直至十九世纪初期发展而来,一些科学家们清晰地提出了电子概念,他们觉得在物体当中存有一颗颗微小的带电粒子电子,电流乃是电子的流动所导致的,此一正确的看法更深入地迫近了近代电子论。
几千年来,在探寻电的本质以及寻觅电的源起的漫长征途之上,人类便是如此一步一阶地艰难摸索着前行。到了十九世纪初期,一个较为粗糙的电子概念终于首先被提出来了,这意味着电学研究取得了重大突破。按常理来说,人们完全能够借助这个已然打开的电的缺口,直接深入到电子世界当中,进而加速近代电子论的构建。然而,在通往电子论的门槛之处横卧着一个巨大的障碍物。那时,电的液体概念,已然深深牢牢地盘踞于不少人的脑海之中,尤其是因为,提倡电的液体学说之人里,涵盖了像牛顿那般受到万人敬仰的伟大的学者,所以,信仰取代了科学,偏见摒弃了真理。有关电的正确的电子概念以及学说,竟然遭受了众多人的反对与非议,早期的电子论,即便在科学界里,也没能引发应有的共鸣。
在电的液体学说统治其所处那一时期科学界且态势仿若君临一切时,看来,若要冲破旧理论的束缚,将电学从液体学说内彻底解放出来,可不拿出确凿证据以及活生生的实验结果是不行的。
于是人们想方设法用实验去证明电子的存在。
自十九世纪三十年代末期起始,人们相继发觉电流不但能够经由金属导体或者导线,并且它还能够从稀薄气体里通过,这便是所谓的稀薄气体放电现象。
依据电的液体学说来认定,电为此种看不见的液体,那么鉴于所观察到的诸多稀薄气体放电现象,难道能够讲,液态的电能够毫无束缚地飞越空气稀薄的空间吗?
在这一年,也就是1879年,一个英国的科学家,名叫克鲁克斯,他在之前其他人所做实验的基础之上,开展了一回特别有意思的实验,而这个实验,就是那非常有名的克鲁克斯实验。
有一根玻璃管,它被抽成了较高真空,在其两端各封接了一个金属电极,如图2 - 1所示 ,当在这两个电极之间施加近千伏的高压时 ,加有负电压的一端被称作阴极 ,连接正电压的电极则被称为阳极 ,此时 ,正对阴极的玻璃管壁上竟然出现了闪烁的光辉 ,其面积类同阴极大小 ,仿佛好像是从这个阴极发射出了一种怪射线 ,这种射线笔直地射到阴极对面的管壁上 ,进而使管壁出现亮光 ,人们把这种射线叫做阴极射线。
图2-1
要验证阴极射线的存在,还要探明它的本质,人们在玻璃管内阴极的前面,安置了一块呈“ + ”字形的云母片,也就是图2 - 2所示的那个,想看看是不是真有东西从阴极射出来,然后打到管壁上。结果呢,当把云母片加上去之后,玻璃上出现了很清晰的“ + ”暗形。这样一来,人们才敢断定:从阴极确实射出了一股射线,并且射线是像光线那样直线进行的。
图2-2
很多人觉得阴极射线乃是一种无法看见的光线(光波),就如同人眼看不见的红外线或者紫外线那般;然而又有人声称阴极射线是带着电的微粒流(电子流),另外还有人提出别的看法。
议论纷纷,彼此谁都没法将另一方说服,争论如同马拉松一般,前后延续了大概二十年的时长,这场历时长久的争论借由著名的汤姆逊实验得以平息,争论的成果是发现了电子。
1897年,英国科学家汤姆逊,也就是约瑟夫·约翰·汤姆逊,题目中提到的约瑟夫,一般被称作汤姆逊,为了探明阴极射线,去证实电子的存在,在克鲁克斯实验玻璃管的两旁,分别设置了电场和磁场,图为2 - 3,这时发现,原先管壁上辉光所在的地方移位了,这表明阴极射线,在电场或者磁场的作用下,发生了弯曲。
图2-3
汤姆逊所做的实验,将阴极射线并非光线(光波)这种颇为流行的说法给否定掉了,诸多实验反复表明,不管是在电场里,还是在磁场中,光线都不会出现拐弯的情况,唯有电流才会于电场或者磁场里自行发生弯曲,所以,阴极射线是一股带有电荷的射线,这是毋庸置疑的。
汤姆逊依据阴极射线于不同电场以及磁场里的偏转方向,迅速地判断出阴极射线是带负电的,并且这种带负电射线乃是由带负电的微粒构成的,他还进一步测得了这种带负电微粒子的速度,以及每个微粒所带电量跟它质量的比值,汤姆逊惊奇地发觉,不论使用何种金属材料当作阴极,从阴极发射出来的微粒,其带电量与质量的比值始终是相同的,所以这种带负电的微粒是恒定不变地客观存在着的,电流现象正是由于这种微粒的运动而出现的。汤姆逊将此种带负电的微粒称为“电子”。
于1911年时,美国物理学家密里根等人历经长时期的实验,运用精确的实验方法,测量出了单个电子所带的电量,还测量出了单个电子的质量。奇怪之处在于,无论所使用的阴极材料存在多么大的差异,从阴极射出的每个电子都带有完全相同的电量,并且有着同样大小的质量,这更进一步表明电子是一种具有完全确定质量且带有恒定电量的不变微粒。
更让人感到惊讶的是,人们察觉到,一切带电的物体,其所带的电量,总是比电子所具备的电量要大,并且,始终都是电子所用电量的整数倍数。这也就告知了人们,电子所拥有的电量,乃是最小的电量,电子是最为微小的“电”的粒子,就如同原子是物质存在的最小粒子那般(所以当时人们把电子称作电的“原子”)。
倘若所有带电的物体,其所带的电,始终都是电子具备电量的整数倍,那么便有依据觉得,物体带电是因为该物体存有电子所致。
一个半世纪之前,电学的先驱者富兰克林提出了电荷的概念,他将电想象成一个个电的微粒,如今先驱者的预言得到了证实,富兰克林的见解在新的科学园地里开花结果了。经过几代人前赴后继地努力探索,古老的臆测最终变成了科学的现实,人们终于发现并抓住了幽灵似的电,这也是人类首次发现了基本粒子的存在。
与之相关的参考资料是维基百科,其网址为https://zh.wikipedia.org ,其中涉及赵保经所著的关于电子的基本概念,由科学技术文献出版社于1983年出版。






