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以太波。另一方面，伐利（Varley）和克鲁克斯提出证据——例如，这些射
线在磁场中发生偏转——说明它们是由阴极射出的荷电质点，因撞击而产生
磷光。1890 年，舒斯特（Schuster）观察了它们在磁场中的偏转度，测量了
这些假想质点的电荷与其质量的比率，而估计这一比率为液体中氢离子的比
值的500 倍左右②。他假定这些质点的大小与原子一样，推得气体离子的电荷
远较液体离子为大。1892 年赫兹发现阴极射线能贯穿薄的金片或铝片。这一
发现，似乎与组成射线的质点为普通原子流或分子流的想法颇难调和。1895
年，贝兰证明：这些质点偏转到绝缘的导电体上时，就把它们所有的负电荷
给与导电体。在1897 年，质点的速度及其电荷e 与质量m 的比值，为几个物
理学家测定之后③，它们的性质的问题就得到了解决。一月间，维歇特
（Wiechert）证明几种射线的速度约为光速的十分之
一；而其e/m 则等于电解液中氢离子的比值的2000 至4000 倍。他按电
①
J。J。Thomson，Conduction of ElectricitythroughGases，（Cambridge， l903andl906。J。S。E。Townsend，
ElectricityinGases，Oxford，1915。
②
一个运动的带电质点相当于一股电流，因而可为磁铁所偏转（见218 页），如果加上强度为H 的磁场，
则质点所受的机械力为Hev。这个力的作用方向与磁场和质点运动的方向在每一瞬刻都成直角。这正是产
生圆运动所需要的条件（见152 页），因而这Hev 即表向心力mv2/r，故。在实验中，质点只走圆圈的一
段，其离开直线行径的偏转为Sm=l2/2r=l2He/2vm。
③ 要知这些研究的历史，可看Townsend 所著的书453 及以后数页。
容器的振荡周期测量速度，而按磁场中的偏转测量e/m。七月间考夫曼
（Kaufmann）发表他的实验报告：他从电极间的电位差与磁场中的偏转，求
得质点的能量。同时J。J。汤姆生将这些射线导入绝缘的圆柱，测量其电荷，
并观测其给予温差电偶的热量，而求得其动能。最后他于十月间发现在高度
真空下，阴极射线不但能为磁场所偏转，也能为电场所偏转，他因而测量了
这两种偏转度①。
图11 表明汤姆生用来进行上述有历史意义的实验的仪器。一支高度抽空
的玻璃管装着两个金属电极：阴极C 和开有小缝的阳极A。从C 发出的阴极
射线的一部分，穿过小缝后，再为第二个小缝B 所削细。这样得到的小束射
线，经过绝缘片D 与E 之间，射在玻璃管他端的荧光幕或照相底片上。如将
绝缘片连于高电压电他的两极，则其间产生电场。整个仪器放在一强力的电
磁体两极中间，使得射线也受到磁场的作用。
假定阴极射线是荷有负电的质点的急流，由简单计算可以看出，射线的
电场偏转度，亦如其磁场偏转度，是依质点的速度V 及其电荷与质量之比e/m
而改变的①。所以通过测量电场与磁场的偏转度，便可求得 v 与e/m 的数值。
汤姆生求得质点的速度在光速的十分之一左右，而略有变化，但其e/m
则不管气体的压力与性质及电极的性质如何，均无改变。在液体电解质中，
以氢离子的e/m 为最大，约为10，000 或104②。汤姆生求得气体离子的e/m
为7。7× l06，换言之，即为液体中氢离子的e/m的770倍，而考夫曼在1897
年12 月所求得的更精密的数值为1。77 × l07。这些结果也许表明，在气体
内的阴极射线的质点中，不是象舒斯特所预料的那样，电荷比在氢原子中大
得多，就是质量小得多。汤姆生暂时假定这些质点比原子小，他以牛顿所常
用的微粒那个名词去称呼它们，并且说它们是我们寻求多年的各种元素的共
同成分。但是当时还没有明确的证据可以证明这些微粒所负的电荷，不比电
解质中单价离子所负的更大，因而也无法计算其质量。所以电荷的疑案就成
了急待研究的下一个问题了。
1898 和1899 年，汤姆生测量了х射线在气体中所造成的离子的电荷。
他利用威尔逊（C。T。R。Wilson）在1897 年所发现的方法，即离子和尘埃一样，
可以成为潮湿空气中蒸汽凝成雾滴的核心。从这些雾滴在空气阻力下降落的
速度，可以计算出雾滴的大小。从凝结的水的体积，可以求得雾滴的数目，
再从已知电动势所产生的电流，可以求得电荷的总量。不久以后，汤森
（Townsend）测量了离子渗入气体的扩散速度，而由此计算出离子的电荷。
到了1899 年，汤姆生用云室法与磁场偏转法，测量了相同一种质点（以紫外
光射在锌片上所产生的质点）的电荷e 和e/m。所有测量结果都证明：在实
验误差限度以内，气体质点的电荷与液体单价离子的电荷相符合。事实上，
在米利根（Millikan）新近的实验结果中，这两个数字相差不及四千分之一。
由此可见，并非微粒的电荷比液体中氢离子的电荷更大，而是其质量更
①
Phil。Mag。vol。XLIV，1897，P。 293。
① 设一强度为f 的均强电场，垂直地施于质量为m，电荷为e 的质点的运动方向上，则质点所得的加速度a
为fe/m，而在电场方向的位移为。在时间t 内该质点以其原有的速度v 进行的距离l＝vt。因此t2=l2/v2，
而在与垂直于原来运动方向上的位移为Se=fel2/2mv2
② 见第六章，217 页。
小。这些微粒是原子的一部分，无论元素的性质如何，均为其原子共有的成
分。从汤姆生最初的实验来看，每一微粒的质量似约为氢原子的1/770。但
从上述考夫曼测量的e/m，已可求得较精密的结果。自此以后关于微粒的电
荷与其e/m，接着又有新的测定，最著名的是米利根的测定。他在1910 年改
进威尔逊的云室法，又在1911 年测量了小油滴在被电离的空气中降落的速
度。当一油滴捉到一离子时，其速度便忽然改变。这样求得离子的电荷为
4。775 × l0…10静电单位。这说明这些微粒或电子的质量，为氢原子的1/1830
①
。从气体分子运动论可求得一个氢原子的质量约为1。66×l0…24克，所以一
个电子的质量约为9 ×10…28克。
这个伟大的发现终于解决了一个古希腊留下的问题：即不同的物质是否
有共同的基础的问题。同时也阐明了“带电”的意义。汤姆生当时发表其个
人的观点说：
我认为一个原子含有许多更小的个体；我把这些个体叫做微粒。这些微
粒彼此相等；其质量等于低压下气体中阴离子的质量，约为3 ×10…28克。在
正常原子中，这些微粒的集团，构成一个中性的电的体系。个别的微粒，行
为虽然好象阴性的离子，但聚集于中性的原子中时，其阴电效应便为某种东
西所抵消。此种东西使微粒散布的空间，好象有与这些微粒电荷之和相等的
阳电似的。气体的带电现象，我认为是由于气体原子的分裂，致使微粒脱离
某些原子。脱离出来的微粒，性质如阴性的离子，每个都荷有一恒量的阴电，
为简便计，我们名之为单位电荷。剩余的原子的另一部分，性质如一阳性的
离子，载有一单位的正电荷，还有比阴电子更大的质量。由此观之，带电现
象主要是由于原子的分裂，其中一部分质量被放出，而脱离了原来的原子①。
这些新发展与前不久的一种研究，颇有关联之处。按照麦克斯韦的理论，
光既然是一种电磁波系，那么光必定是由振荡的电体所发出的②。由于光谱是
元素所特有的而不是元素的化合物所特有的，所以这些振荡体（或称振子）
必为原子或原子的一部分。依照这种推理，洛仑兹（LorentZ）在汤姆生的发
现的前几年，创立了一种物质的电学说。这个学说预料，光谱的出现当受磁
场的影响，而这一预料已为塞曼（Zeeman）所证实。塞曼在1896 年发现光源
放在强磁场之内时，其所发钠光谱的谱线即行变宽。他后来又以更强的磁场
将单一谱线分成了两条或多条。根据测量这些线条之间的距离所得的资料，
按照洛仑兹的学说，可以算出振荡质点的电荷与其质量之比e/m 的新值。如
是求得此值的数量级为107电磁单位，根据更精密的测量算出，此数字为1。77
×l07，与根据观察阴极射线和他法所得的结果甚为符合