粒子物理1｜为什么摩擦会生电？人类至今都搞不懂
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【|粒子物理1｜为什么摩擦会生电？人类至今都搞不懂】在上个世纪 ， 人类的自然科学有了长足的发展 ， 在前半叶占主导地位的是相对论和量子力学 ， 这是两个基础理论 ， 一个改变了人们对物质、能量、运动和时空关系的认识 ， 一个改变人类对微观世界本质的认识 。
到了后半叶 ， 自然科学发展的势头并没有减弱 ， 因为粒子物理学异军突起 ， 让我们对这个世界的认识又提高了一个深度 ， 粒子物理学说白了就是研究这个世界的组成成分 ， 以及这些成分之间力的运作方式 。
总结起来就是四个字：标准模型 。 它囊括了目前人类所知的所有基本粒子 ， 以及它们之间相互作用的方式 ， 可以说标准模型是人类目前最大的知识成就 ， 也是人类400多年来物理知识的大成 。
所以从这节课开始 ， 我们就说亚原子粒子的发现 ， 以及它们之间的相互作用 ， 我们先说电子 ， 因为它是第一个被人类识别出来的亚原子粒子 。
我们现在知道 ， 电子带负电 ， 它所携带的电荷是1.6×10^-19库仑 ， 那么库仑的定义是 ， 1安培的电流在1秒种内 ， 流过一根导线任一截面的电荷 。
因此我们说的1安培就是每秒1库仑 ， 根据电子所携带的电荷 ， 我们就能知道1安培的电流其实就是每秒钟有6.25×10^18个电子流过 。 这个我们在后面说到电场力的时候会详细地说到 。
那么在粒子物理学中 ， 我们一般不太说电子具体的电荷是多少 ， 而是会把电子所携带的电荷当作一个基本的电荷单位 ， 就是1 ， 我们会说一个物体携带了多少个电子电荷 ， 这样使用起来非常方便 。
我们现在还知道电子的质量是9.1094×10^-31千克 ， 或者也可以说成是0.511Mev ， 之所以能这样说 ， 是因为爱因斯坦的质能方程 。
那么电子伏特是能量单位 ， 它的定义是 ， 一个电子在经过1伏特的电势差后所能获得的动能 。 1电子伏特等于1.602×10^-19焦耳 ， 可以看出电子伏特是一个非常小的单位 ， 是专门为表示粒子所携带的能量而创造的 。
同时我们也可以看出来电子它的质量真的很小 ， 是目前我们所知是除中微子以外 ， 第二轻的基本粒子 ， 是最轻的带电粒子 。
但电子对我们来说是非常的重要 ， 因为它质量很小 ， 而且还非常稳定 ， 且带有负电荷 ， 因此电子是原子重要的组成部分 ， 它在核外绕着带正电的原子核运行 。
而其他所知的所有基本粒子没有一个可以胜任电子的工作 ， 不是因为它们不稳定、就是因为它们不带电 ， 例如缪子和中微子 ， 这两个一个在2.19712×10^-6秒会发生衰变 ， 另外一个为电中性 ， 所以在原子中就不存在这些粒子 。
因此我们在日常生活中看到的化学反应、生物学过程、电磁现象都跟电子有着直接的关系 。 这也是为什么电子是我们第一个发现的基本粒子 。 因为它做的事太多了 ， 太重要了 。
那么是谁发现了电子？英国物理学家J.J汤姆逊在卡文迪许实验室研究阴极射线的时候 ， 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 ， 他把这些研究结果写成了三篇论文 。
为了把这件事说得更详细一些 ， 让大家都了解汤姆逊是怎样测量电子的荷质比的 ， 我觉得在这之前还是要铺垫很多的基础知识 。
这会涉及到电现象的发现、电场、电场力、磁场和磁场力 ， 等等这些基础知识 。 好 ， 那我们这节课的后半部分就说 ， 人类是怎样发现电现象 ， 以及对电现象研究的历史 。
人类发现电现象其实非常的偶然 ， 并不是我们想象地看到了雷电 ， 就认为大自然有电现象 ， 而是古时候的富人们一手拿着毛皮、一手拿着琥珀 ， 在他们擦拭完琥珀以后 ， 就发现被毛皮摩擦过的琥珀可以吸引细小的物体 ， 比如一些毛发、碎屑之类的东西 。
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