第三十六章  电子与原子

为什么会有不同的元素？元素是由什么构成的？人类的好奇心无处不在。除了化学家的研究，对物质的探索还循着另一条路线，由物理学家在进行。

从古代起，人们已经知道摩擦起电现象；从更古的时候起，当人类意识到自己与大自然的关系开始，人们就知道闪电，并且将它作为一种自然现象进行崇拜。

然而，只有到了工业革命时期，欧洲人才真正开始研究电的奥秘。因为，只有在获得了较纯的金属—铜与锌—这两种最常被用来制作伏特电池的材料之后，意大利人伏特（A· Volta，1745—1827）才能在1800年发明这种以他的名字命名的电池组，电的性能才开始被详尽地进行研究。

早在1784年，法国工程师库仑（C·A· de Coulomb，1736—1806）已经用摩擦生电的方法开始对电进行研究。

1780年，意大利人伽伐尼（L·A· Galvani，1737—1798）的一个小发现引发了几件大事。伽伐尼发现，用两块不同的金属片接触青蛙腿部，会引起蛙腿肌肉的痉挛。他这样一个小小的动作，引发了科学在几个方面的发展。第一，他发现了金属的不同电位，导致了伏特的研究与伏特电池组的发明，从而引发了后来与电有关的一切结果；第二，他发现了“生物电”；第三，还有人认为这件事与心理学的发展有关^①。有可能，因为伏特与伽伐尼都是意大利人，伏特对于伽伐尼的事有更方便的了解与更多的关注，所以才有了伏特电池组的发明。

伏特电池组发明以后，在最早的开始时期，被用于电化学领域的研究。后来，英国人法拉第（M· Faraday，1791—1867）、法国人安培（A·M· Ampere，1775—1836）和德国人欧姆（G·S· Ohm，1781—1854）对电的性质作了最初的研究。他们的名字都被后人用作电学的单位名称，与他们的成就一同留传后世。他们为后代的人们打开了一扇自然的奥秘之门，如果没有与电有关的物件产生的各种功能，今日人们的生活将会是迥然不同。

可以说，工业技术的发展是引发现代物理科学的发展必要条件。物质的各种射线研究多数是在真空管中充分展开的。这里，我们又遇到了玻璃，看来，玻璃与科学结下了不解之缘，先是天文、光学和化学，现在又是物理学。没有玻璃，我们不会有明亮的住宅，很可能我们也就不会有整个科学。

产生真空，是工业发展的一个标志；照相底板，也是工业的产物，X射线的偶然发现，便与这两者密不可分。

在真空管中，1869年，一个德国人发现了“阴极射线”。英国人汤姆逊（J·J· Thomson，1856—1940）对这种射线进行了仔细的研究，发现组成这种射线的粒子带有单位负电荷，与氢原子相比，具有极微小的质量，这种粒子就是电子。

汤姆逊根据他的研究，提出了他的“葡萄干布丁”原子模型：一个正电荷的球，电子在球内运行^②。

现代科学的兴起与工业革命是不可分的，玻璃、金属制成的实验设备，是现代科学实验不可缺少的。而制造这些材料与设备，真空实验条件的建立，离开现代工业技术是不可能的。所以，工业革命是现代科学发展的必要条件。

古代希腊人发展了科学，但是他们的科学大部分只是纯粹思辨的产物，他们建立了丰富的科学概念与观念，并且其中许多非常接近现代的观点，然而他们并没有以科学实验对这些概念与观念进行检验，之所以如此，根本的原因就是他们没有进行实验的手段。

①《科学史及其与哲学和宗教的关系》，W. C. 丹皮尔著，李珩译，商务印书馆，1975年9月第一版，第407页。

② 同①，第511页。