电子

十九世纪三十年代，为了解释电解原理，法拉弟（MichaelFaraday, 1791 — 1867）提出了“电荷原子”（ atoms of charge）的概念，但是麦克斯韦（Maxwell ,1831—1879）的*电磁理论中并没有提到它。由于阴极射线在磁场中发生偏转，这证实它们是带负电的粒子流。于是克鲁克斯（WilliamCrookes,1832— 1919）和舒斯特 （Arthur Schuster, 1851—1934）又复活了*电荷为独立单位的思想。但德国物理学家反对他们这样做，因为他们相信，这种射线是电磁辐射的一种特殊形式。后来争论得到裁决，电子的存在也于1897年为汤姆逊（J. J. Thomson,1856—1940）所证实。他在*高真空放电管中使用电场和磁场，证实了射线是由带电粒子组成，其速度比光速小得多。他还测量了粒子的荷*质比，提出一种假说：电荷（e）和斯托尼（G. J. Stoney，1826—1911）的“电子”（这是1891年斯托尼引入的一个术语，他把它看作电解中一价*元素的*离子所携带的电荷单位）是同一个东西，他最后算出了该粒子的质量（m ） 洛伦兹（Hendrik Lorentz，1853—1928）根据塞曼（Zeeman）效应〔参看*磁光学（* magnetoop-tics ）〕计算后很快又得到了电子质量的一个更好值。1897年和1903年间，汤姆逊、勒纳德（ PhilippLenard, 1862—1947 ）、贝克勒尔 （Henri Becquerel, 1852—1908）、卢瑟福（Ernest Rutherford，1871—1937 ）和其他人在改进e/m的测量过程中终于搞清楚了，汤姆逊的电子就是在许多物理现象中释放的带负电的粒子，这些现象包括热离子辐射、*光电效应和*放射性 （即β射线）。对携带少量基本电荷的油滴（这是对汤姆逊水滴实验的改进）运动的观察，使密立根 （Robert Millikan, 1868—1953）能够极为精确地测定电子的电荷，并暂时建立了电荷的幺正性质〔参看*基本粒子（* elementary par-ticle）〕。 1924年，德布罗意（ Louis deBroglie, 1892—）提出一种假说，后来薛定锷（Erwin Schr■dinger,1887—1961）又将其发展成为*波动力学。该假说认为，电子同时具有波和粒子的性质。三年以后，戴维森（Clinton Davisson，1881—1958）、革末（Lester Germer，1896—1971）和汤姆逊（George P .Thomson, 1892—1975）使用高速电子束证实：电子波通过排列整齐的单晶晶格后发生了衍射，这就证实了电子的*波粒二象性假说。与此同时，古德斯密特（SamuelGoudsmit, 1902—1978）和乌伦拜克（George Uhlenbeck，1900—）指出，若假设电子围绕它自己的质量中心自旋，则可求出它的内禀动量矩和磁矩，这样也就可以解释*光谱线的精细结构了（1925年） 自此，自旋也成了电子的另一个*量子数〔参看*原子结构（* ato-mic structure）〕。 二十世纪二十年代后期，狄拉克（Pul Dirac, 1902—）在电子理论方面的工作标志着这个领域中后量子解释阶段的开始，他那篇论《电子的相对性理论》（The Rela-tivistic Theory of the Electron，1928）的论文，把薛定锷的电子*波动方程和爱因斯坦（Einstein ,1879—1955）的狭义*相对论统一起来。从而证明，电子自旋是电子相对论速度的结果；并提出，除电子外，自然界还应该存在一种正电子〔参看*基本粒子（* elements-ry particle）；*宇宙线（* cosmicrays ）〕。他的关于电子和其辐射*场相互作用的一些论文（1927—1930年）构成了*量子电动力学的基础。 参考文献D. L. Anderson, The Discovery of the Electron: The Development of the Atomic Concept of Electricity （ Princeton, 1964）．E. Whittaker,A History of the Theories of Aether and Electricity, 2 vols, reprint （ New York, 1960） JGM著 宋子良译