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一、关于阴极射线的研究
电子的发现是和阴极射线的实验研究联系在一起的，而阴极射线的发现和
研究是从真空管中的放电现象开始的。1838年法拉第再真空管中发现了“法拉
第暗区”，即紫色的阴极电辉和粉红色的阳极电辉彼此分开，中间出现一个暗
区，随着真空管内气压的降低，阴极辉光分裂为几条彩带。法拉第认为，弄清
这些现象是很重要的。随着电力工业的发展，电光源开始得到应用，在许多实
际应用中都要求对气体的放电现象作深入的研究。1855年水银真空水泵发明后，
有可能制成低压的气体放电管，给真空管内的气体放电现象的研究创造了条件。
1858年德国物理学家普吕克尔(J.Plucker)在利用放电现象时发现了阴极射线。
他发现当玻璃管内的空气稀薄到一定程度时，管内的光线逐渐消失，也就是法
拉第暗区变得很大，这时在阴极对面的玻璃管壁上出现了绿色荧光。如果改变
放电管所处的磁场，荧光的位置和分布也随着改变。普吕克尔认为这种荧光是
从阴极发出的电流撞击玻璃管壁造成的。后来德国物理学家哥尔茨坦（E.Gold
-stein）把普吕克尔发现的阴极辉光称为阴极射线。1869年普吕克尔的学生希
托夫（J.W.Hifforef）设计了一个喇叭形的阴极射线管,再中间放置一块障碍
物片，使其面对阴极，结果发现在端面玻璃壁上出现一块边界清晰的阴影，形
状与障碍物想似，再次实验证明了普吕克尔的发现。历史上将希托夫发明的阴
极射线管称为“希托夫管”。
为了弄清阴极射线究竟是什么，在19世纪的30年，许多物理学家投入了对
阴极射线的研究工作，逐渐形成了两种不同的观点。以德国物理学家哥尔茨坦
和赫兹（H.Hertz）为代表的德国学派,主张以太说。他们认为阴极射线是类似
于紫外线的以太波。另一种是以英国物理学家克鲁克斯（W.Crooked）和瓦尔
利(C.F.Varley)为代表的英国学派，主张带电微粒说，即阴极射线是由带负电
的“分子流”组成。两种不同的观点都是基于各自的实验观察。双方争持不下，
为了找到有利于自己观点的实验证据，他们不断地改进实验，并设计新的实验。
他们也重复对方的事业，并加以改进，得到越来越多的实验结果。争论持续了
二、三十年，吸引了一大批物理学家参与了对阴极射线的事业研究，使研究工
作越来越深入。
1876年哥尔茨坦的实验进一步证实了阴极射线的直线运动。他从一系列的
实验结果中得出结论：阴极射线不象一般的白炽光灯发出的光那样，向四面八
方散射，而是从阴极表面垂直地发射，一凹面状的阴极可以使射线聚焦；阴极
射线的性质与阴极材料无关；阴极射线会引起化学反应，阴极射线象紫外线的
作用一样可以使真空管的银盐改变颜色。哥尔茨坦根据这些性质，认为阴极射
线类似如紫外线，可以看成是以太的某种扰动。
哥尔茨坦还作了一个著名的光学实验:他用一根特制的L形放电管，如图1
所示。A、B两个电极分别当阴极，用光谱仪观测谱线，研究阴极射线发光波长
是否受多普勒效应的影响。如果A作阴极，从光谱仪接受到的光来自前进方向
的阴极射线。如果B作阴极，光谱仪看到的光来自于垂直方向前进的阴极射线。
实验结果表明，无论是哪一端发出的阴极射线，谱线的波长都没有改变。哥尔
茨坦认为他的实验否定了克鲁克斯等人提出的分子流的假设。
赫兹和他的学生勒纳德（P.Lenard）作了一系列的实验以证明自己的以太
理论，从而否定了阴极射线的带电微粒模型。赫兹作的最重要的实验是观察阴
极射线在电场中的行为。他在阴极射线管中加了一个垂直于阴极射线的电场观
察阴极射线的偏转，结果他没有观察到阴极射线有任何偏转。由此赫兹认为阴
极射线是不带电的，更坚定了他的以太学说。实际上，赫兹的这个实验是不成
功的他忽视了低压状态下气体导电机制的复杂性。下面要讲到J.J.汤姆逊重复
了赫兹的实验，成功地得到了正确的结论。赫兹和勒纳德的另一个实验是非常
成功的。当时在研究阴极射线时，人们只限于观察玻璃管内的现象，因为阴极
射线到达管壁就停止了。若能将阴极射线引出放电管外，就可以更方便地观察
和测量，进一步研究在放电管内无法进行的实验。1891年，赫兹已经注意到了
阴极射线可以象光透过透明物质那样透过某些金属片。在赫兹教授的启发下，
勒纳德制作了一个特制的玻璃放电管，在末端嵌上厚仅2.65微米的薄铝箔作为
窗口，如图2所示。他们观察到了阴极射线能够穿过箔继续在管外的空气中进
行。他们认为这又是以太说的有力证据，因为只有波才能穿越实物。
勒纳德的发现使他取得了一系列的丰硕成果。实验表明，从铝窗发出的射
线和放电管内的射线具有相同的性质，即他们都能激发荧光，都可以被磁铁偏
转等。他进一步证明了阴极射线有某些化学效应，例如使导电照相底片感光，
使空气变成臭氧，使气体导电等。还发现了射线在气体中散射，散射随气体密
度增加而增加；射线对不同的物体的穿透本领不同，吸收率和物体密度有直接
的关系。后来他还证明了阴极射线即使在真空中也带有负电。勒纳德还发现有
不同类型的阴极射线，他们在磁场中的偏转程度不同。勒纳德对阴极射线的研
究成果不仅增加了人们对这些现象的了解，而且在许多方面都成为以后电子论
的发展基础。这在很大程度上要归功于他做出的关于阴极射线可存在于放电管
的这一发现，大大地扩展了研究领域，促进了对其他原未弄清的类似射线的研
究。鉴于勒纳德的研究工作的科学价值和它的开创意义，瑞典皇家科学院决定
授予他1905年的诺贝尔物理学奖。