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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( 二 )


这个现在最早的记录出现在公元前4世纪柏拉图的对话集《蒂迈欧篇》当中 ， 里面就描述了琥珀具有吸引力的现象 。
到了16-17世纪 ， 一位叫威廉·吉尔伯特的英国医生就发现 ， 这种吸引力的现象其实非常的普遍 ， 它也可以发生在像玻璃、石蜡、钻石、煤玉等等这些物质的身上 ， 吉尔伯特也是第一个仿照琥珀的希腊字 ， 创造了电的这个词（electricity） 。
在这么多的物体上都发现了电吸引的现象 ， 这就说明电这种奇怪的东西 ， 并不是单个物体所特有的属性 ， 而是当两个物体摩擦的时候产生的一种流质 。
1729年 ， 英国人斯蒂芬·格雷就发现把摩擦过的玻璃棒与其他物体接触以后 ， 可以让这些物体具有吸引其他物体的能力 ， 这说明电可以传递给别的东西 。 从而就验证了上面的说法 ， 电是一种流质 ， 不是某一个物体特有的属性 。
随后人们就发现了电不仅有吸引力 ， 还有排斥力 ， 这一下让电的现象变得复杂了 ， 发现这个现象的人叫弗朗西斯·豪克斯比 ， 他说 ， 用摩擦后的玻璃棒接触一些铜屑以后 ， 这些铜屑之间竟然表现出了排斥力 ， 和玻璃棒之间也有了排斥力 。
到了1733年 ， 这个现象就变得更加复杂了 ， 因为法国科学家迪费就发现 ， 和玻璃棒接触过的铜屑虽然互相排斥 ， 但是它们却和与带电树脂接触过的铜屑 ， 表现出了吸引力 。
所以迪费得出结论 ， 有两种完全不同的电 ， 一种叫玻璃电 ， 一种叫树脂电 。 玻璃电和玻璃电、树脂电和树脂电互相排斥 ， 而玻璃电和树脂电互相吸引 。
这样的结论就可以解释以上的现象了 ， 当玻璃与丝绸摩擦以后 ， 玻璃上会带玻璃电 ， 丝绸上会带树脂电 ， 当像琥珀这类树脂与毛皮摩擦以后 ， 琥珀就会带树脂电 ， 毛皮就会带玻璃电 。
这种说法就是电的双流体理论 ， 在很长一段时间内他符合我们的实验的观察 ， 但是到了18世纪中期 ， 人们就提出了一个全新的理论 ， 叫单流体理论 ， 相比于双流体它更加的简洁 。
提出并发扬这个理论的人我们非常的熟悉 ， 他是美国费城的著名学者：本杰明·富兰克林 。 他说 ， 每一个物体本身都可以容纳一定的电 ， 在没有摩擦的时候 ， 这种电是满的 ， 不缺也不多 ， 所以物体不带电 。
当摩擦以后 ， 比如玻璃棒与丝绸摩擦 ， 在这个过程中有一些电就会从丝绸上跑到玻璃上 ， 这时玻璃上就会携带更多的电 ， 叫盈余电 ， 这种电跟费迪说的玻璃电是一样的 。
但这时由于一部分电跑到了玻璃上 ， 那么在丝绸上就会出现一些缺额 ， 这些缺额就是迪费所说的树脂电 。
同时富兰克林还发明了一些名词到今天仍在使用 ， 比如说他把缺额 ， 也就是树脂电叫负电 ， 把盈余电 ， 也就是玻璃电叫正电 。
同时他也创造了电荷这个词语 ， 用来描述物体上携带电的数量 ， 提出了“电荷守恒”这个非常超前的基本假说 ， 说的是 ， 电荷不会被创造 ， 只会从一个物体的身上上转移到另外一个物体的身上 。
富兰克林的单流体理论也可以解释电现象的排斥和吸引 ， 他假定有盈余电的物体相互排斥 ， 但它们却可以吸引有电缺额的物体 ， 而有电缺额的两个物体之间却会表现出互相排斥的现象 。
那么到底是单流体理论还是双流体理论 ， 这个问题直到电子发现以后才没有了争论 ， 以我们现在掌握的知识来看 ， 其实两种理论都是正确的 。
你看 ， 是这样的 ， 我们可以认为电只有一种就是电子携带的负电荷 ， 当玻璃棒与丝绸摩擦的时候 ， 是玻璃棒上的电子跑到了丝绸的上面 ， 玻璃棒有了缺额带了正电 ， 丝绸有了盈余带了负电 。
所以说单流体没有问题 ， 但可以看出富兰克林当年把一件事给搞差了 ， 他把缺额 ， 也就是树脂电叫负电 ， 把盈余 ， 也就是玻璃电叫正电 。
后来物理学家就沿用了一部分富兰克林的说法 ， 把玻璃棒上的电荷就叫正电荷 ， 把丝绸上的电荷就叫负电荷 。
所以电子就带了负电 ， 原子核就带了正电 ， 正负完全是人为规定的 。 没有什么特殊的原因 。 那为什么说双流体理论也是正确的？
因为确实有正电荷的存在 ， 确实有两种电荷 ， 比如说在盐的溶液当中 ， 我们就可以得到带负电的粒子流 ， 和带正电的粒子流 ， 这就是两种电荷的流体 。
而且从更高的层面上说 ， 带负电的电子还有一个反物质版本叫正电子 ， 他跟电子的质量和自旋是一样的 ， 但是电荷相反 ， 所以双流体理论也是正确的 。 不过在一般情况下 ， 单流体理论使用起来更加的方便 。

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