过去的大头电视和大头显示器，对于许多00后来说，可能显得十分陌生。这些设备之所以拥有如此庞大的体积，原因在于其内部一个关键部件——电子显像管的巨大体积。简单来说，电子显像管通过发射电子并使其击中荧光屏，从而产生图像。尽管这一技术在当代已不多见，但在当时，它曾因其在电子领域的开创性发现而广受欢迎。

在1855年的法国第二届世博会上，一件新奇的商品吸引了众多目光。这件商品缠绕着漆包线，人们对此感到十分好奇。其标签上写道：“感应线圈，能够将低电压直流电转换为数千伏的高压电。”落款为：“巴黎工程师鲁姆科夫，1851年发明。”鲁姆科夫的感应线圈让在场的观众大为震惊，因为它能够实现电压的转换。物理学家们对此感到欣喜，因为在当时，想要在实验室中获得高电压，通常需要将许多电池串联起来。感应线圈的出现，无疑解决了这一问题。因此，无论价格如何，人们都愿意购买。由于电压较高，鲁姆科夫线圈一旦通电，便会产生火花，这在世博会上引起了极大的关注，并逐渐在世界各地流行开来。

一位名叫盖斯勒的德国人对这些电火花产生了浓厚的兴趣。为了深入研究，他设计了一种方法：将线圈的正负极通过两根铂丝导线连接，并在中间加入一个玻璃管，使得火花在玻璃管内产生。这样，他就能够更方便地观察电火花。他进行了一系列实验，例如将玻璃管抽成真空，以观察其现象。他发现，当玻璃管内的气体非常稀薄时，残留的气体会发光。这一发现令他感到惊奇。他将这一装置命名为“低压气体放电管”。实际上，这正是我们今天所熟知的日光灯、霓虹灯，以及电视显像管的前身。为了纪念盖斯勒，人们将这种管子称为盖斯勒管。

随着时间的推移，物理学家们进一步发现，当盖斯勒管内的气压更低时，气体将不再发光。然而，在阳极附近的玻璃上，却会出现一块明显的荧光区域。这似乎是一束看不见的光从阴极发射出来，并击中玻璃，从而产生可见光。但是，如果这是光，为什么在中间的部分看不见呢？于是，人们将这种不明射线称为阴极射线。顾名思义，它是从阴极发射出来的。因此，经过改良的盖斯勒管也被称为阴极射线管。

那么，阴极射线究竟是什么呢？英国科学家认为它是由带电粒子组成的，他们认为当时已知的最小粒子是原子，因此可能是带电的原子束。而德国科学家则普遍认为它是电磁波，类似于紫外线的电磁波。当时的人们普遍认为电磁波是波而非粒子。德国科学家赫兹发现，如果对阴极射线施加一个微小的磁场，它会发生偏转。但如果施加一个微小的电场，它却不会发生偏转。众所周知，如果是带电粒子，磁场和电场都应导致偏转。因此，赫兹认为这肯定不是带电粒子，而可能是一种未知的物质。另一位德国科学家莱纳德则更有创意。他将阴极射线管阳极一侧的玻璃管切开一个小口，并用铝箔（一种非常薄的铝片）替换。结果发现，这束阴极射线可以穿透铝箔并发射出来。莱纳德因此认为，这怎么可能是粒子呢？如果是粒子，肯定会被反弹回来。只有射线才能穿透过去。因此，德国方面断定，即使这不是射线，那么它肯定也不是粒子。莱纳德还因对阴极射线管的研究获得了1905年的诺贝尔物理学奖。

英国方面的代表人物是克鲁克斯。他的证据是，首先，阴极射线在磁场中能够发生偏转，这证明它不是电磁波，因为电磁波不带电。就像你把一束光放在磁场中，它也不会发生偏转。接着，克鲁克斯进行了一个实验，他将一个小型风车放入玻璃管中。阴极射线击中风车，居然使其旋转。他向他人展示说，你看，电磁波怎么可能有如此高的能量呢？因此，这肯定是带电粒子，而且根据在磁场中的偏转方向来看，还是带负电的粒子束。就这样，英国人和德国人就这个问题争论了很久。

一场不平凡的争论注定要由一个天才来平息。1895年，一位名叫约瑟夫·约翰·汤姆逊的人很快发现了问题的关键。他问道，为什么阴极射线在电场中不发生偏转呢？原因在于受到稀薄气体导电性的影响。换句话说，阴极射线管中的气体没有被完全抽出，真空度不够。虽然听起来简单，但实际操作并不容易。当时的真空泵无法达到所需的真空度，只能达到当时的水平。因此，汤姆逊花费了很长时间改进真空泵，终于在1897年让人们看到阴极射线也可以在电场中发生偏转。这次实验结果非常明显，阴极射线就是带负电的粒子束。

然而，新的问题又出现了。虽然现在可以证明它是带电粒子束，但它们是什么粒子呢？是分子还是原子？当时人们只知道这两种粒子。汤姆逊根据实验数据进行了计算，以确定这种粒子的质量，并看看它与已知的粒子是否接近。当时人们所知的最轻的原子是氢原子。计算结果令人震惊，这种神秘的带电粒子的质量大约是氢原子的两千分之一。因此，汤姆逊大胆地推测，人们一直认为原子是不可再分的最小单元的结论可能并不正确，因为他发现了更小的粒子。这也很好地解释了为什么阴极射线可以穿透铝箔——因为它足够小。后来，人们将这种带电粒子称为电子。电子有多小呢？它的直径仅相当于我们头发丝的一千亿分之一。这是人类历史上发现的第一个基本粒子，至少到目前为止，它被认为是不可再分的。汤姆逊因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖。从那时起，人们认识世界的方式再次发生了改变。

作者：妈咪说科普创作者

审核：罗会仟中国科学院物理研究所副研究员

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