在上個世紀，人類的自然科學有了長足的發展，在前半葉占主導地位的是相對論和量子力學，這是兩個基礎理論，一個改變了人們對物質、能量、運動和時空關系的認識，一個改變人類對微觀世界本質的認識。

到了後半葉，自然科學發展的勢頭并沒有減弱，因為粒子物理學異軍突起，讓我們對這個世界的認識又提高了一個深度，粒子物理學說白了就是研究這個世界的組成成分，以及這些成分之間力的運作方式。

總結起來就是四個字：标準模型。它囊括了目前人類所知的所有基本粒子，以及它們之間相互作用的方式，可以說标準模型是人類目前最大的知識成就，也是人類400多年來物理知識的大成。

所以從這節課開始，我們就說亞原子粒子的發現，以及它們之間的相互作用，我們先說電子，因為它是第一個被人類識别出來的亞原子粒子。

我們現在知道，電子帶負電，它所攜帶的電荷是1.6×10^-19庫侖，那麼庫侖的定義是，1安培的電流在1秒種内，流過一根導線任一截面的電荷。

因此我們說的1安培就是每秒1庫侖，根據電子所攜帶的電荷，我們就能知道1安培的電流其實就是每秒鐘有6.25×10^18個電子流過。這個我們在後面說到電場力的時候會詳細地說到。

那麼在粒子物理學中，我們一般不太說電子具體的電荷是多少，而是會把電子所攜帶的電荷當作一個基本的電荷單位，就是1，我們會說一個物體攜帶了多少個電子電荷，這樣使用起來非常方便。

我們現在還知道電子的質量是9.1094×10^-31千克，或者也可以說成是0.511Mev，之所以能這樣說，是因為愛因斯坦的質能方程。

那麼電子伏特是能量單位，它的定義是，一個電子在經過1伏特的電勢差後所能獲得的動能。1電子伏特等于1.602×10^-19焦耳，可以看出電子伏特是一個非常小的單位，是專門為表示粒子所攜帶的能量而創造的。

同時我們也可以看出來電子它的質量真的很小，是目前我們所知是除中微子以外，第二輕的基本粒子，是最輕的帶電粒子。

但電子對我們來說是非常的重要，因為它質量很小，而且還非常穩定，且帶有負電荷，因此電子是原子重要的組成部分，它在核外繞着帶正電的原子核運行。

而其他所知的所有基本粒子沒有一個可以勝任電子的工作，不是因為它們不穩定、就是因為它們不帶電，例如缪子和中微子，這兩個一個在2.19712×10^-6秒會發生衰變，另外一個為電中性，所以在原子中就不存在這些粒子。

因此我們在日常生活中看到的化學反應、生物學過程、電磁現象都跟電子有着直接的關系。這也是為什麼電子是我們第一個發現的基本粒子。因為它做的事太多了，太重要了。

那麼是誰發現了電子？英國物理學家J.J湯姆遜在卡文迪許實驗室研究陰極射線的時候，測量了陰極射線粒子的荷質比，确定了原子中基本帶電粒子，電子的存在。1897年，他把這些研究結果寫成了三篇論文。

為了把這件事說得更詳細一些，讓大家都了解湯姆遜是怎樣測量電子的荷質比的，我覺得在這之前還是要鋪墊很多的基礎知識。

這會涉及到電現象的發現、電場、電場力、磁場和磁場力，等等這些基礎知識。好，那我們這節課的後半部分就說，人類是怎樣發現電現象，以及對電現象研究的曆史。

人類發現電現象其實非常的偶然，并不是我們想象地看到了雷電，就認為大自然有電現象，而是古時候的富人們一手拿着毛皮、一手拿着琥珀，在他們擦拭完琥珀以後，就發現被毛皮摩擦過的琥珀可以吸引細小的物體，比如一些毛發、碎屑之類的東西。

這個現在最早的記錄出現在公元前4世紀柏拉圖的對話集《蒂邁歐篇》當中，裡面就描述了琥珀具有吸引力的現象。

到了16-17世紀，一位叫威廉·吉爾伯特的英國醫生就發現，這種吸引力的現象其實非常的普遍，它也可以發生在像玻璃、石蠟、鑽石、煤玉等等這些物質的身上，吉爾伯特也是第一個仿照琥珀的希臘字，創造了電的這個詞（electricity）。

在這麼多的物體上都發現了電吸引的現象，這就說明電這種奇怪的東西，并不是單個物體所特有的屬性，而是當兩個物體摩擦的時候産生的一種流質。

1729年，英國人斯蒂芬·格雷就發現把摩擦過的玻璃棒與其他物體接觸以後，可以讓這些物體具有吸引其他物體的能力，這說明電可以傳遞給别的東西。從而就驗證了上面的說法，電是一種流質，不是某一個物體特有的屬性。

随後人們就發現了電不僅有吸引力，還有排斥力，這一下讓電的現象變得複雜了，發現這個現象的人叫弗朗西斯·豪克斯比，他說，用摩擦後的玻璃棒接觸一些銅屑以後，這些銅屑之間竟然表現出了排斥力，和玻璃棒之間也有了排斥力。

到了1733年，這個現象就變得更加複雜了，因為法國科學家迪費就發現，和玻璃棒接觸過的銅屑雖然互相排斥，但是它們卻和與帶電樹脂接觸過的銅屑，表現出了吸引力。

所以迪費得出結論，有兩種完全不同的電，一種叫玻璃電，一種叫樹脂電。玻璃電和玻璃電、樹脂電和樹脂電互相排斥，而玻璃電和樹脂電互相吸引。

這樣的結論就可以解釋以上的現象了，當玻璃與絲綢摩擦以後，玻璃上會帶玻璃電，絲綢上會帶樹脂電，當像琥珀這類樹脂與毛皮摩擦以後，琥珀就會帶樹脂電，毛皮就會帶玻璃電。

這種說法就是電的雙流體理論，在很長一段時間内他符合我們的實驗的觀察，但是到了18世紀中期，人們就提出了一個全新的理論，叫單流體理論，相比于雙流體它更加的簡潔。

提出并發揚這個理論的人我們非常的熟悉，他是美國費城的著名學者：本傑明·富蘭克林。他說，每一個物體本身都可以容納一定的電，在沒有摩擦的時候，這種電是滿的，不缺也不多，所以物體不帶電。

當摩擦以後，比如玻璃棒與絲綢摩擦，在這個過程中有一些電就會從絲綢上跑到玻璃上，這時玻璃上就會攜帶更多的電，叫盈餘電，這種電跟費迪說的玻璃電是一樣的。

但這時由于一部分電跑到了玻璃上，那麼在絲綢上就會出現一些缺額，這些缺額就是迪費所說的樹脂電。

同時富蘭克林還發明了一些名詞到今天仍在使用，比如說他把缺額，也就是樹脂電叫負電，把盈餘電，也就是玻璃電叫正電。

同時他也創造了電荷這個詞語，用來描述物體上攜帶電的數量，提出了“電荷守恒”這個非常超前的基本假說，說的是，電荷不會被創造，隻會從一個物體的身上上轉移到另外一個物體的身上。

富蘭克林的單流體理論也可以解釋電現象的排斥和吸引，他假定有盈餘電的物體相互排斥，但它們卻可以吸引有電缺額的物體，而有電缺額的兩個物體之間卻會表現出互相排斥的現象。

那麼到底是單流體理論還是雙流體理論，這個問題直到電子發現以後才沒有了争論，以我們現在掌握的知識來看，其實兩種理論都是正确的。

你看，是這樣的，我們可以認為電隻有一種就是電子攜帶的負電荷，當玻璃棒與絲綢摩擦的時候，是玻璃棒上的電子跑到了絲綢的上面，玻璃棒有了缺額帶了正電，絲綢有了盈餘帶了負電。

所以說單流體沒有問題，但可以看出富蘭克林當年把一件事給搞差了，他把缺額，也就是樹脂電叫負電，把盈餘，也就是玻璃電叫正電。

後來物理學家就沿用了一部分富蘭克林的說法，把玻璃棒上的電荷就叫正電荷，把絲綢上的電荷就叫負電荷。

所以電子就帶了負電，原子核就帶了正電，正負完全是人為規定的。沒有什麼特殊的原因。那為什麼說雙流體理論也是正确的？

因為确實有正電荷的存在，确實有兩種電荷，比如說在鹽的溶液當中，我們就可以得到帶負電的粒子流，和帶正電的粒子流，這就是兩種電荷的流體。

而且從更高的層面上說，帶負電的電子還有一個反物質版本叫正電子，他跟電子的質量和自旋是一樣的，但是電荷相反，所以雙流體理論也是正确的。不過在一般情況下，單流體理論使用起來更加的方便。

可以看出人類對電的認識是從摩擦生電開始的，但是為什麼摩擦會生電？為什麼用絲綢摩擦玻璃棒，電子會從玻璃棒上跑到絲綢的上面？為什麼毛皮上的電子會跑到琥珀的上面？

說起來也奇怪，看似簡單常見的問題，其實我們并不知道其中的原因，而且摩擦生電也是人類第一個認識到的電現象。對此，我們沒有一個詳細完整的解釋。

不過通過大量的研究，我們總結出了摩擦生電物質的順序表，前面的物質傾向于失去電子，而後面的物質傾向于獲得電子，也就是說，每種材料它們對電子的渴望程度不同，當兩種材料相遇，一種容易失去電子，一種渴望獲得電子，它們隻要一接觸就會傳遞電子。

其實并不是摩擦本身的原因，就算不摩擦也可以生電，比如說，一張塑料紙，你沒有摩擦它，它都會粘在你的手上。

隻不過摩擦是一個比較充分的、長時間的接觸過程，所以才讓我們産生了一個誤區，認為是摩擦生電了，其實是接觸就可以生電。

所以問題就變成了為什麼不同材料的物體，它們對電子的渴望程度不同？這就涉及到了複雜物體表面的物理學問題了，這個分支學科的發展并不成熟。

而且有一點特别的重要，每一種材料對電子的渴望程度并不是固定的，随着溫度的變化、空氣濕度的變化都會影響它們對電子的态度，因此以上的這個摩擦生電順序表中物質的相對順序并不是固定了。所以加上影響因素比較多，摩擦生電的過程非常複雜，現在還沒有一個詳細合理的解釋。

好了，今天的内容就到這裡，下節課我們說人們對陰極射線的研究。

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