上个世纪，人类的自然科学取得了长足的进步。在本世纪上半叶，相对论和量子力学占主导地位。这是两个基本理论，其中一个改变了人们对物质、能量、运动和时空之间关系的认识，改变了人类对微观世界本质的认识。

下半年，自然科学发展的势头并未减弱，因为粒子物理学的异军突起，将我们对世界的认识提升到了一个新的高度。这些组件之间的力是如何工作的。

可以概括为四个字：标准模型。它包括人类已知的所有基本粒子以及它们相互作用的方式。可以说，标准模型是人类最伟大的智力成果，也是400多年来人类物理知识的结晶。

所以从这节课开始，我们会讲到亚原子粒子的发现，以及它们之间的相互作用。先说电子，因为它是人类识别的第一个亚原子粒子。

我们现在知道电子是带负电的，它所带的电荷是1.6×10^-19yao，那么yao的定义就是1安培的电流在1秒内流过导线的任意横截面充电.

所以我们说1安培就是1个库仑每秒。根据电子所带的电荷，我们可以知道，1安培的电流实际上每秒流过6.25×10^18个电子。这个我们后面讲电场力的时候再详细讲。

所以在粒子物理学中，我们一般不多说电子的比电荷，而是以电子所带的电荷为电荷的基本单位，即1。我们会说一个物体带多少电荷电子充电，使用起来非常方便。

我们还知道一个电子的质量是9.1094×10^-31千克，也可以说是0.511Mev。之所以可以这样说，是因为爱因斯坦的质能方程。

电子伏特是一个能量单位，它的定义是电子通过1伏特电位差后所能获得的动能。1电子伏特等于1.602×10^-19焦耳。可见，电子伏特是一个非常小的单位，专门用来表示粒子携带的能量。

同时我们也可以看到，电子的质量真的很小，是目前已知的除了中微子之外第二轻的基本粒子和最轻的带电粒子。

但是电子对我们来说很重要，因为它质量小，很稳定，而且带负电荷，所以电子是原子的重要组成部分，它围绕着带正电的原子核运行。

而其他已知的基本粒子都不能做电子的工作，要么是因为它们不稳定，要么是因为它们不带电荷，例如μ子和中微子，这两个中的一个在2.19712×10^-6处，第二个衰变，另一个是电中性的，所以这些粒子不存在于原子中。

因此，我们在日常生活中看到的化学反应、生物过程、电磁现象等，都与电子有直接的关系。这就是为什么电子是我们发现的第一个基本粒子。因为它做了很多事情，而且非常重要。

那么电子是谁发现的呢？英国物理学家J.J汤姆森在卡文迪许实验室研究阴极射线时，测量了阴极射线粒子的荷质比，确定了原子中基本带电粒子电子的存在。1897年，他将这些发现写成了三篇论文。

为了更详细的解释这件事，让大家明白汤姆逊是如何测量电子的荷质比的，我觉得在这之前还有很多基础知识需要铺垫。

这将涉及电现象、电场、电力、磁场和磁力等的发现。好吧，那我们下半节讲讲人类是如何发现电现象的，以及电现象的研究历史。

人类发现电现象是非常偶然的。并不是我们看到雷电就想象自然界中有电。琥珀之后，发现用毛皮摩擦过的琥珀可以吸引细小的物体，比如一些毛发、碎屑之类的。

这方面的最早记载出现在公元前4世纪柏拉图的对话录《蒂迈欧篇》中，描述了琥珀的迷人现象。

到了16、17世纪，一位名叫威廉吉尔伯特的英国医生发现，这种吸引现象其实很普遍，它也可以发生在玻璃、石蜡、钻石、喷气等东西上。关于这些物质，吉尔伯特也是第一个模仿希腊语中的琥珀词，创造出电（electricity）这个词的。

在这么多物体上都发现了电吸引现象，说明电这种奇异的东西并不是单个物体独有的特性，而是两个物体摩擦产生的一种流体。

1729年，英国人斯蒂芬·格雷发现，经过摩擦的玻璃棒与其他物体接触后，这些物体可以具有吸引其他物体的能力，也就是说可以将电传递给其他物体。至此，上述说法得到验证，电是一种流体，而不是某一物体的独有属性。

后来人们发现电不仅有吸引力还有排斥力，这就使电的现象复杂化了。发现这种现象的人叫做弗朗西斯·霍克斯比。他说，经过摩擦，玻璃棒接触到一些铜屑后，铜屑之间表现出斥力，玻璃棒与玻璃棒之间也存在斥力。

到1733年，这种现象变得更加复杂，因为法国科学家杜弗发现，虽然曾与玻璃棒接触过的铜屑相互排斥，但与曾与玻璃棒接触过的铜屑表现不同带电树脂。吸引力不足。

于是Diffe得出结论，有两种完全不同的电，一种叫玻璃电，一种叫树脂电。玻璃电与玻璃电、树脂电与树脂电相互排斥，玻璃电与树脂电相互吸引。

这种结论可以解释上述现象。当玻璃与蚕丝摩擦时，玻璃会带上玻璃电，蚕丝会带上树脂电。当像琥珀这样的树脂与毛皮摩擦时，琥珀就会带电，如果树脂带电，毛皮就会与玻璃带电。

这句话就是电的双流体理论。长期以来，这与我们的实验观察是一致的。但是到了18世纪中叶，人们提出了一种全新的理论，叫做单流体理论。与Two-fluid相比，它更简洁。

提出并推广这个理论的人，我们都很熟悉。他就是美国费城著名的学者：本杰明·富兰克林。他说，每个物体本身都可以容纳一定的电量。没有摩擦时，这个电就充满了，不缺也不多，所以物体不带电。

经过摩擦，比如玻璃棒和蚕丝摩擦，在这个过程中会有一些电从蚕丝跑到玻璃上，然后玻璃会带上更多的电，这就是多余的电。这与费尔第所说的玻璃电是一样的。

但是这时候，因为有一部分电已经跑到玻璃上了，丝上就会出现一些缝隙，而这些缝隙就是Diffe所说的树脂电。

同时，富兰克林还发明了一些至今仍在使用的术语。比如，他把亏电，也就是树脂电，叫做负电，把多余的电，也就是玻璃电，叫做正电。

同时，他还创造了电荷这个词，用来描述物体所带电量的多少，并提出了非常先进的“电荷守恒”基本假说，也就是说电荷不会创建，但只会从一个对象生成的主体转移到另一个对象的主体。

富兰克林的单流体理论也可以解释电现象的排斥和吸引。他假设有余电的物体相互排斥，但可以吸引缺电的物体，而两个缺电的物体之间有间隙。会表现出互斥。

那么究竟是单流体理论还是双流体理论，这个问题直到发现电子之后才开始争论。从我们现在掌握的知识来看，这两种理论其实都是正确的。

看，是这样的。我们可以认为只有一种电，就是电子所带的负电荷。当玻璃棒与蚕丝摩擦时，玻璃棒上的电子跑到蚕丝的顶端，玻璃棒上有一个缝隙。带正电荷，蚕丝有余，带负电荷。

所以单流体是没有问题的，但是可以看出富兰克林当年在一件事上犯了错误。他把亏空，也就是树脂电，叫做负电，把盈余，也就是玻璃电，叫做正电。

后来物理学家沿用了富兰克林的部分说法，称玻璃棒上的电荷为正电荷，称丝绸上的电荷为负电荷。

所以电子带负电，原子核带正电。正负完全由人决定。没有特别的理由。那么为什么二流体理论也是正确的呢？

因为确实有正电荷，所以确实有两种电荷。例如，在盐溶液中，我们可以得到一股带负电的粒子流和一股带正电的粒子流。这是一种带有两种电荷的流体。

并且从更高的层次上讲，带负电的电子还有一个反物质版本叫做正电子，正电子具有与电子相同的质量和自旋，但电荷相反，所以双流体理论也是正确的。但总的来说，单流体理论使用起来更方便。

由此可见，人类对电的认识是从摩擦发电开始的，但是为什么摩擦会发电呢？为什么用丝绸摩擦玻璃棒时，电子会从玻璃棒跑到丝绸上？为什么毛皮上的电子会跑到琥珀的顶部？

不过，通过大量的研究，我们总结出了摩擦生电物质的顺序表，前者的物质倾向于失去电子，而后者的物质倾向于获得电子，也就是说，每种物质对电子的渴望程度各不相同度，当两种材料相遇时，一种容易失去电子，另一种则急于获得电子，它们一接触就会转移电子。

其实不是摩擦本身引起的，没有摩擦也能发电，比如塑料纸不摩擦就会粘在手上。

只是摩擦是一个比较充分和长期的接触过程，所以我们有一个误解，认为摩擦会产生电，但是接触可以产生电。

所以问题就变成了为什么不同材料的物体对电子的需求不同？这涉及到复杂物体表面的物理学，该分支学科的发展还不成熟。

而且有一点特别重要，每种物质对电子的渴望并不是固定的，因为温度的变化和空气湿度的变化都会影响它们对电子的态度，所以上面摩擦发电的顺序是物质的相对顺序表不固定。因此，影响因素较多，摩擦发电的过程十分复杂，目前尚无详细合理的解释。

好了，今天的内容就到这里。下节课，我们讲讲人们对阴极射线的研究。