基本粒子2｜神奇的真空玻璃管，如何让人类发现

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摘要：上节课我们说了人类对电现象研究的历史是从摩擦生电开始的，通过对摩擦生电的研究我们对电现象有了一些定性的认识，比如说我们规定了玻璃电就是正电，树脂电就是负电，这个规

上节课我们说了人类对电现象研究的历史是从摩擦生电开始的，通过对摩擦生电的研究我们对电现象有了一些定性的认识，比如说我们规定了玻璃电就是正电，树脂电就是负电，这个规定直接导致了今天的电子带负电，原子核带正电，甚至还提出了电荷守恒这个非常超前的概念。

但是由于摩擦生电的本质原因非常的复杂，直到今天我们都不太了解为什么有些材料相比于另一些材料更加渴望电子。

所以在18世纪的时候，当时的人们想要对电进行定量的研究，想要知道更多关于电的细节，研究摩擦生电肯定就不行了。我们需要找到一种简单的、直观的电现象才能继续往下研究。

那有些人就想，那大自然的闪电现象怎么样呀？1752年的时候富兰克林还证明了天空中的闪电，跟地面上的静电释放一样，都是电流。

不过天空中的闪电离我们太远，而且它们发生的时间、地点都没有规律，也不好控制，所以研究起来也不方便，因此我们还是需要找到一些简单、易控制的电现象来进行研究。

就在1709年的时候，发现电具有排斥现象的英国人豪克斯比就发现，把一个玻璃管中的空气抽走，不过当时真空泵的能力有限，只把管内的气压抽到标准大气压的1/60，然后在玻璃管的两端接上电极，然后再连结上摩擦生电的电源。

注意，电极这个词是后来法拉第发明的。在后面的文章我们讲到电场和电场力的时候，还会再说到法拉第。

那么豪克斯比就在上面的这个装置中看到奇妙的闪光，再往后的很长一段时间内，包括华生在内的很多科学家都发现了这个现象。

不过，当时人们并不知道这个闪光是怎么来的？只知道这个现象很神奇，引起了所有人极大的兴趣。

其实这个现象，直到1913年玻尔在发表了他的“三部曲”论文以后，才得到了解释，我们现在知道这是，玻璃管中的阴极和阳极之间放电的时候，其中电流中的电子击中了玻璃管中稀薄气体的原子，并且从这些原子中敲出了它的基态电子，上层的电子在往下跃迁的时候就发出了电磁辐射，所以才形成了闪光。这个现象其实就是今天的荧光灯、氖光灯的发光的基本原理。

不过在当时来说，电子可以使得惰性气体放光这件事其实没有多大意义，当时人们就算知道了这个原理，他也造不出绚丽的霓虹灯，其实这个现象对人类来说最重要的是阴极和阳极之间的放电现象。为啥这么说呢？

因为这意味着我们可以直接在真空管中研究电流了，以前的电流都是导体内部，你看不见它，没有办法研究，现在我们可以把电流装在透明的瓶子里面，我们就能在实验室对它的性质进行可控的分析了。这才是关键。

所以说，要想得到纯电流，我们就应该排除电流让气体放光这种次级现象，那要怎样做？肯定是抽干管子里面的气体，那没了气体不就没了次级反应了。

不过制造真空对人类来说还是比较有挑战的，相信你听过这么一句话“大自然厌恶真空”，所以直到1858年的时候，我们才发明了一个真正意义上的真空泵，可以让玻璃管内的气压低到标准大气压的万分之几，这个级别。

“这是比较现代的一个阴极射线管”

气压一低，立马就有了新发现，这一年德国波恩大学的普吕克就发现，低压真空放电管中气体的发光消失了，但是在阳极末端的玻璃壁上确看到了绿色的辉光。

那这些绿色的辉光是从哪里来的？到底是跟阴极有关、还是跟阳极有关？1878年，英国物理学家克鲁克斯改进了真空放电管，也就是下图的样子。

它在阳极末端的玻璃管前放置了一个金属箔片，并且在末端玻璃管内壁上涂了荧光粉，可以看到金属箔片的阴影投在了末端玻璃管上，这充分的证明了有一种看不见的东西是从阴极发射出来的，然后打在了末端玻璃管上，出现了绿色的辉光。也可以看出这种东西，它的穿透能力有限。所以才被金属箔片给挡住了。

鉴于它是从阴极发射出来的，所以以后人们就叫它阴极射线，这种管子就叫阴极射线管。所以接下来的问题是，阴极射线到底是啥？

文章来源：《真空与低温》 网址: http://www.zkydw.cn/zonghexinwen/2022/0114/524.html

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