第一章物质与醚中间物质的性质
我们所研究过的一切物质的解离产物的形态,都表现出明显介于物质和醚之间的特征。有时它们具有物质性质,如钍和镭的放射物,可以像气体一样凝结并封闭在管子中。它们同样表现了非物质事物的某些性质,如最后所说的辐射,在其演化的某些阶段,由于转化为电粒子而消失了。因此,这就是一个物质的实体向非物质的实体的完全转变。但有可能进一步发展。
有哪些规定可以使我们断言,一种物质既不是物质,又不是物质,并在这两种物质之间构成某种中间的东西。
只有当我们看到物质失去了它的一个不可约的特性,也就是说,失去了它不能被任何其他方法所剥夺的特性时,我们才有资格说它失去了它的物质性质。
我们已经看到,这些不可约的特征并不多,因为迄今为止只发现了一个。物质的一切通常性质——固态、形状、颜色等等——都是不可毁灭的。一团岩石受热可转化为蒸汽。只有一个性质,即由重量测量的质量,在物体的所有变换中变得不变,并允许它们被遵循和重新发现,尽管它们的变化频率很高。化学和力学正是建立在质量的这种不变性的基础上。
众所周知,质量仅仅是惯性的量度,也就是说,是一种本质未知的性质,这种性质使物质能够抵抗运动或运动的变化。它的大小可以用重量来表示,对于任何给定物体,无论它被置于何种条件下,它都是一个绝对不变的量。因此,我们被引导去考虑一种物质,它的惯性,因而质量,可以用任何方法被解释为一种与物质截然不同的东西。
现在,正是这种质量的可变性——也就是说,惯性的可变性——在放射性物体解体时释放的电粒子中被注意到。这种基本性质的可变性将使我们能够说明,由于物体的分离而产生的元素,这些元素除了在一般性质上与物质物质不同之外,还形成了一种介于物质和醚之间的物质。
在目前关于电场结构的理论(现在认为是由特定原子的结合而形成的)出现很久以前,人们就注意到电场具有惯性,也就是说,它对运动或运动的变化具有阻力,但是直到最近,人们才开始测量这种惯性。莱顿罐的振荡放电是最早揭示电流体惯性的现象之一。这种振荡放电可以与注入u形管的液体在达到平衡位置之前的运动相比较。自我感应现象也是通过惯性产生的。
只要电粒子的惯性无法测量,就可以假定它与物质的惯性相同;一旦有可能根据使它们偏离轨道所需的磁力强度来计算它们的速度,就有可能测量它们的质量。然后可以看到它随着他们的速度而变化。
关于这一点的第一个实验是考夫曼和亚伯拉罕做的。通过在照相板上观察两个叠加磁场和电场影响下的偏移,他们注意到放射性粒子携带的电荷e与该粒子质量m的关系随其速度而变化。由于不能假定在这种关系中电荷是变化的,所以变化的显然是质量。
粒子质量随速度的变化与光的电磁理论是一致的,这一点已经被许多作者指出了,拉莫尔就是其中之一。质量的变化足以证明表现出这种性质的物质不再是物质。因此,考夫曼从他的观察中推断出,由某些放射物组成的电子“只不过是分布在体积或非常小尺寸表面上的电荷”。
把亚伯拉罕方程化成曲线的形式,就很容易看出游离物质的元素质量随速度的变化。起初是恒定的,即使速度非常快,当它接近光速时,它会突然增加并迅速趋于无穷大。
只要质量的速度不等于光速的20%,也就是说,不超过50000公里/秒,它的大小,在开始时用1表示,就保持不变(1.012)。当速度达到光速的一半(15万公里/秒)时,质量仍然只增加了十分之一。当速度等于光速的四分之三时,质量的增加仍然很小(1.369)。当速度等于光速的十分之九时,质量还没有翻倍(1.82);但一旦速度达到光速的0.999倍,质量就会增加6倍(6.678)。
我们现在的速度已经非常接近光速了,而质量却只增加了六倍;但从现在开始,由方程推导出的数字开始奇异地增加。要使电子原子的质量增大20倍(20,49),它的速度只需与光的速度相差零点一毫米。如果它的质量要增加100倍,它的速度就必须与光的速度相差58个数字,相差1毫米。最后,如果原子的速度与光的速度完全相等,理论上它的质量将是无限大的。
这些最后的结果无法被任何实验证实,显然只是一种推断。但是,我们不应该认为这样一种物质的存在是荒谬的,它的质量会以巨大的比例增长,而它已经非常巨大的速度只会变化一毫米的微小部分。在许多可以用渐近曲线解释的物理定律中,可以观察到在原因的微小变化的影响下,结果的显著增加。当一个物体非常接近透镜的主焦点时,该物体的微小位移所引起的图像大小的巨大变化就是一个例子。假设一个物体被放置在距离焦点为10厘米的透镜的十分之一毫米处。透镜的一般问题表明,它的图像将被放大一千倍。如果把这个物体拉近百分之一毫米,从理论上讲,它的像将放大十万倍。最后,如果把这个物体放在焦点上,从理论上讲,像将是无限大的。每当一个物理定律可以通过曲线转换到上面的时候,变量中最微小的变化都会在极限(1)附近产生极其重要的函数变化。
(1)顺便说一句,我必须指出——这一观察结果将解释许多历史事件——不仅是物理现象,而且许多社会现象也同样可以用具有我们刚才所说的特性的曲线来定义,因此,在这些曲线中,一个原因的微小变化可能产生很大的影响。这是由于这样一个事实:当一个原因在同一方向上作用一段时间,它的影响在几何级数中增加,而原因只是在等差级数中变化。原因是结果的对数。
撇开这些理论的考虑,回到实验的结果上来,我们可以说:在物质分离过程中产生的粒子具有一种类似于惯性的性质,在这一点上它们类似于物质;但是这种惯性的大小不是恒定的,而是随速度而变化的,在这一点上,游离物质的粒子与物质原子有明显的区别。
对这些元素的惯性特性的研究,正如我们将要看到的,导致我们认为它们是由物质产生的,具有与物质原子有些相似,但又明显不同的特性的东西。它们代表了物质非物质化的一个阶段,只能保留最后一个阶段的一部分性质。我们将在另一章中看到,电场同样具有介于物质和以太之间的性质。
有些物理学家设想——然而他们无法提供任何证据——物质的惯性是由构成物质的电粒子所决定的,因此,物质的所有惯性都完全源于电磁。没有任何迹象表明,物质的惯性可以与解离物质的粒子的惯性相一致。这最后一种物质的质量,实际上只是由于它是带电的运动物体的状态而产生的表观质量。此外,它们似乎有一个纵向质量(测量运动方向上加速度的阻力),不同于横向质量(垂直于运动方向)。在各个方面,很明显,游离物质的元素的性质与物质原子的性质有很大的不同(1)。
(1)本段所抨击的论点的恶性循环已被H.A.威尔逊教授很好地阐述了:“现在有人认为,一切物质都是由电子组成的,因此,一切惯性都是电磁的。根据这种观点,密度就是单位体积内的电子数。电磁惯量——也就是所有的惯量——是由于移动电荷产生的磁场能量。磁场的能量存在于以太中。根据麦克斯韦动力学理论,以太的电磁能量是由于以太部分的运动,这些部分具有运动。但我们真正知道的唯一一种惯性是物质的惯性,它是由组成物质的电子的电磁作用引起的。如果惯性是由电子引起的,那么如果我们把惯性的性质归于乙醚的某些部分,我们就应该说,乙醚在单位体积内含有如此多的电子。但是自由醚不应该包含任何电子;事实上,如果我们用移动电荷产生的磁场能量来解释惯性,那么用以太中的惯性来解释这种能量显然只是在兜圈子”(《自然》,1905年6月22日)]
那么,这些被认为是带电的、所有物体在溶解过程中释放出来的原子是由什么组成的呢?这个问题的答案提供了可衡量事物和不可估量事物之间所需的联系。在目前的科学水平下,要给所谓的电粒子下一个定义是不可能的,但我们至少可以这样说:那些既不是固体,也不是液体,也不是气体的物质,它们穿过障碍物,除了一定的惯性,甚至惯性随速度变化之外,没有物质的共同性质,这些物质与物质有非常明显的区别。同样地,它们也有别于以太,因为它们不具备以太的属性。因此,它们形成了两者之间的过渡。
因此,从自发放射性物体发出的流出物,或从在我们所列举的许多原因的影响下能够成为放射性物体的流出物,在物质和以太之间形成了一种联系。既然我们知道,如果没有物质的绝对损失,就不能产生这些流出,我们就有权说,物质的解离无可争议地实现了可衡量的事物到不可估量的事物的转变。
这种转变与科学遗留给我们的一切观念截然相反,却是自然界中最常见的现象之一。它每天都在我们眼前产生;但由于以前没有任何试剂来显示它,所以它是看不见的。
第二章:电作为物质非物质化所产生的半物质物质。
(1)放射性和电现象
在研究物质的解离过程中,通过一系列的实验,我们逐渐认识到,电是物质解离过程中最重要的产物之一,它的起源是完全不知道的,因此它可以被认为是原子解离所释放的原子内能量的表现形式。
我们在上一章已经看到,放射性物质发出的粒子构成了一种从物质中衍生出来的物质,具有介于物质和醚之间的性质。现在我们将看到,物质解离的产物与我们实验室里的电机解离的产物是一样的。这种概括一经确立,整个电,而不仅仅是某些形式的电,对我们来说,将是物质世界和以太世界之间的联系纽带。
我们知道,一切物体的分离产物都是相同的,差别只是在于它们的穿透力的大小和速度的不同。我们已经确定,(1)在任何压力下都由一定体积的正离子组成,并且在它们的结构中总是包含一些物质部分;(2)由称为电子的原子形成的负离子,它们可以在大气中用中性物质粒子包围自己;(3)从所有物质成分中脱离出来的电子,当它们的速度足够时,能够通过它们的碰撞产生x射线。
这些不同的元素是由所有解离的物体产生的,特别是由自发的放射性物质产生的。在从克鲁克斯管中获得的产品中也发现了它们具有相同的性质,也就是说,在耗尽后,放电通过这些管。作用中的克鲁克斯管和解离过程中的放射性体之间的唯一区别,正如我们已经看到的,是第二个管自发地产生,也就是说,在我们未知的作用的影响下,而第一个管只在放电的影响下产生。
因此,无论物质的解离过程是怎样的,作为物质解离的最终产物,各种形式的电总是会遇到的。正是这一实验事实促使我去探究,从一般意义上讲,通过任何方式产生的电——例如一台静态机器——是否可能不是物质解离的一种形式。
但是,如果克鲁克斯管和放射性物体之间的相似性最终变得如此明显,以致于不再有争议,那么,在克鲁克斯管中发生的现象和常压空气中的放电之间建立类比就不那么容易了。然而,他们是两个相同的东西,虽然他们在方面不同。现在我将对此进行演示。
当与发电机的两极相连的两根金属棒彼此相距很短的距离时,两种带有相反符号的电流体由于相互吸引而倾向于重新结合。一旦电张力强到足以克服空气的阻力,它们就会激烈地重新结合,产生巨大的火花。
空气由于其绝缘特性,对电的通过有很大的阻力;但是如果我们通过将两个电极引入一个耗尽的接收器来消除这个电阻,现象将会非常不同。然而,在现实中,试管中什么也没有创造出来。在那里所发现的一切,无论是离子还是电子,都已经在被引入的电中了。最多能在那里形成新的电子,这些电子来自于电源对仍然留在管中的稀薄气体粒子的撞击。
如果在真空管中放电所获得的效果与在充满空气的管中放电所产生的效果有很大的不同,其原因是在真空中,电粒子不受空气分子的阻碍。只有在真空中,当电子撞击管壁时,才能获得产生x射线所必需的速度。
在这种情况下,我重复一遍,离子和电子在真空管中形成;他们是从外面带到这里来的。它们是发电机产生的元素。物质不是在克鲁克斯管中解离的;它在那里已经解离了。
如果真是这样的话,我们就应该能够在一台电动机在空气中产生的放电中,遇到我们已经注意到在克鲁克斯管中存在的各种元素——离子和电子,我们也知道放射性物体也会产生这些元素。
那么,让我们来研究一下我们实验室里的小型静电机器所提供的电力。我们可以把最简单的一根玻璃棒或硅棒作为典型的发电机,它以两三千伏的电压发出电,但它的使用对许多实验来说是不方便的。然而,实验室使用的大多数电机与这种基本设备的区别仅仅在于物体接受摩擦时所呈现的更大的表面,并且可以借助各种技巧分别收集两个称为极点的不同末端的正电和负电。
然而,从我们感兴趣的角度来看,静态机器发出的电具有相当大的优势。它的输出很小,但它发出的电流在极高的张力下,很容易超过50,000伏。正是在这种情况下,我们可以证明静态机器的绝缘极发出的电粒子与放射性物体发出的粒子有严格的相似之处。电池的电显然和静态机器的电是一样的,但是由于它的电压只有几伏,所以它不能产生同样的投影效果。也有可能,静态机器的结构所基于的摩擦是原子解离的一种手段,从而使原子内的能量发挥作用。毫无疑问,这并不作用于电池所基于的化合物的分子解离,这可能就是为什么电能产生的原因,但在一个非常低的张力下,在野兽型电池中几乎不超过2伏。如果一台静态机器的输出能达到一个小的普通电池的输出,它将构成一个非常强大的代理人,能够产生大量的工业工作。假设一台手动工作的电机以50千伏的电压供电,但输出只有2安培——也就是说,这是最小的电池的输出——它的输出功率将达到100千瓦,或136马力/秒。考虑到从极少量物质的解离中会产生相当大的能量释放,在未来,创造出这样一台机器——也就是说,创造出一种产生能量的装置,其能量远远高于使其运动所消耗的能量——是可能的。对于这个问题,如果放在大约十年前,解释起来似乎是完全荒谬的。 To solve it, it would be enough to find the means of placing matter in a state in which it can be easily dissociated. Now, we shall see that a simple ray of sunlight is a model agent of dissociation, it is probable that many others will be discovered.
如果形成两极的末端杆之间的距离非常大,就会在它们的末端看到一串串被称为白鹤的小火花(图21和22),这些火花会发出特有的噼啪声。在这些要素的产生中存在着基本现象。正是通过研究它们的组成,人们才注意到放射性体的产物和克鲁克斯管的产物以及电机的产物之间存在的相似性。
从磁极发出的元素所得到的效果根据这些磁极的分布而有所不同,首先记住这一点很重要。
如果我们用一根任意长度的电线把两极连接起来,在电路中插入一个检流计,磁针的偏差就会向我们显示一种无声的无形的产物,叫做电流。它和我们的电报线路上的电子是一样的,它是由一种流体组成的,按照目前的观点,这种流体是由机器不断产生的称为电子的电粒子结合而成的。
与其用电线把两极连接起来,不如把它们靠得近一点,不过要保持一定的距离。相反符号的电元素相互吸引,我们已经注意到白鹤相当拉长,用一个相当强大的机器,可以观察到它们在黑暗中形成连接两极的发光粒子云(图23)。
如果我们使两极更接近,或者如果我们不使它们更接近,而是用电容器的方法增加电的张力,那么具有相反符号的电粒子之间的吸引力就会变得更有能量。这些粒子现在凝结在更少的线或只在一条线上,并且两种电流体在收缩、噪声和发光火花的形式下发生重组(图24)。但它们仍然是由相同的元素组成的,因为我们只改变了两极之间的距离或张力的高度。
我们刚才所描述的各种效应,自然地,与我们在一个空气或多或少稀薄的球体中观察到的放电效果大不相同。空气的缺失产生了这些差异,但是这种气体对发电机脱离的电元件没有作用。这些元素由什么组成?
(2)电机极点发射元素的组成和性质。它们与放射性物体发射的类比
要分析这些元素,必须在电粒子重组之前对它们进行研究——也就是说,在两极相距很远的时候,在产生上述白鹭的过程中。
在这些理论中,我们将遇到放射性物体的放射的基本性质,特别是使空气成为电的导体和它们本身被磁场所偏离的那些性质。从机器的正极出发的是正离子,从磁极出发的是具有一定大小的纯电原子,即电子。但与真空中发生的情况相反,这些电子立即成为气态粒子的吸引中心,并将自己转化为与气体电离和各种形式的电离所产生的负离子相同的负离子。
这些离子的发射伴随着次级现象,热,光等,我们将在后面讨论。它们还伴随着从两极撕裂的金属尘埃的投影,根据J.J.汤姆森的研究,其速度可以达到1800米/秒。
离子的投影速度,一起形成一个静态机器的极点的白鹭,取决于,自然,电张力。我用高频谐振器把电压提高到几十万伏特,成功地使白鹭的电粒子明显地(图25和图26)毫无偏差地穿过半毫米厚的绝缘体板。这是一项与Oudin博士合作的实验,我已经发表了证实照片。在这本书的实验部分,将发现重复它所必需的技术指导。尽管它很重要,但它给物理学家们留下的印象很少,尽管这是第一次有人成功地用原子明显地穿透物质。通过在感应线圈几乎不分开的两极之间放置一块玻璃板,就可以很容易地刺穿感应线圈;但这是一个简单的机械作用。在我们的实验中,白鹭穿过人体时不会受到任何影响,就像光线一样。电荷的方向证明它们是由正离子组成的。
电机的极点发射出的电子后来转化为离子,伴随着各种各样的现象,这些现象在放射性物体中以几乎不同的形式出现。要研究它们,最好是在机器的两极两端有点。这样就很容易证实,从带电点发出的东西和从放射性物体发出的东西是一样的。
唯一的实际区别是,在常压下,这个点不产生x射线。当希望以后观察这些时,必须将点与导体连接,使放电发生在耗尽的球体中。在这种情况下,即使只使用一个极,x射线的产生也足够丰富,足以在铂氰化钡屏上显示出手的骨骼。
在其他方面,不产生x射线与理论是一致的。x射线是由高速电子撞击产生的。现在,在大气压下的气体介质中形成的电子,随着中性粒子的加入,立即转变为离子,因此,这种附加电荷不能保持产生x射线所必需的速度。
除了产生x射线的这种性质以外(这种性质并不是一切放射性物体所共有的),我再说一遍,从带电点上脱离的粒子,在各方面都可与一切物体的原子脱离所产生的粒子相比较。事实上,它们使空气成为电的导体,正如布朗利很久以前所证明的那样,而且,正如j·j·汤姆森所证明的那样,空气是被磁场偏离的。
游离物质的粒子——也就是说,离子——投射到空气分子上,就产生了所谓的风,风可以使一盏灯熄灭,使一个漩涡旋转等等。正如所有关于物理的论著中不断指出的那样,它绝不是由于空气粒子的带电,因为气体不能通过任何过程带电,除非它被分解。正是离子传递给空气分子的动能引起了这些分子的位移。
我们在一台电机的电杆上安装了一些点,这些点发出的离子可以产生与用镭观察到的非常相似的荧光效应。它们使我们能够模仿旋光镜的效果,使物质的分离可见。根据勒杜克先生的说法,人们只需要在黑暗中把一根杆子放在离铂氰化钡屏几厘米的地方,杆子的末端非常细,与静态机器的一根杆子(可以选择正极)相连,另一根杆子接地。如果用放大镜检查屏幕,将观察到与旋光镜中完全相同的火花阵雨,原因可能是相同的。
一般来说,静态机器的两极发出的离子并不具有很强的穿透力——事实上,这种穿透力并不比构成镭99%放射物的离子强。然而,通过适当提高电张力,我已经能够通过一张黑纸获得非常清晰的摄影印象(图27)
把要复制的物体——例如奖牌——放在放置在与其中一根杆子相连的金属片上的照相板上,而在金属上面固定一条与另一根杆子相连的道路就足够了。一些小火花就足够了。这样获得的复制效果不能归因于放电产生的紫外线,因为奖牌是由一张黑纸与头部分开的,在这种条件下,显然任何可见光或不可见光都无法成功地产生奖牌细节的印象。然而,这种现象是相当复杂的,对它的深入讨论将使我们走得太远。因此我不坚持这一点。
带电点发射的离子通常伴随着光的发射,在某些放射性物体中也观察到类似的现象。这种光的光谱是奇异地分散开来的。事实上,根据我的研究,它的长度从不超过两到三毫米的赫兹波到长度在0.230微米以下的紫外线不等。如果太阳衍射光谱的长度是一厘米,那么在同样的尺度上,带电点的光谱大约是30米长。在电火花的光谱中产生紫外光,人们早已知道并加以利用,但是,我想,是勒杜克先生第一个从点上指出紫外光在白鹭中的存在。
然而,我心中对它的存在仍存有疑虑。在通电点周围的整个区域存在一个强电场,能够在一定距离上照亮盖斯勒管,也许也能够照亮荧光体。因此,必须消除其行动。
为了将紫外线的作用与可能由电场引起的作用分开,我使用了欧丁博士的12片大型机器,其作用非常强大,产生的白鹭可以照亮几米外的铂氰化钡屏或盖斯勒管。
在Oudin博士的合作下,通过以下实验,以最明确的方式实现了电场作用与紫外线作用的分离:
在一个用金属纱布包裹的木笼子里——为了避免所有的电作用——放置着盖斯勒管和金属板,上面用溶解在阿拉伯树胶中的铂氰化钡粉描摹字母。然后发现,在笼子外面发光的盖斯勒管,一旦放进笼子里就完全不发光了;然而,与此相反,与氰化铂放在一起并被关在金属笼子里的字母继续发光。因此,后者的照明完全是由于紫外线。
因此,它的结果是,带电白鹭的形成伴随着大量不可见的光的产生。使用高频谐振器,其数量是如此之大,以至于可以在超过5米的距离上产生铂氰化物的照明。
我不应该在这里探究紫外线如何作用于荧光体。从斯托克斯时代起,人们就承认荧光是由不可见的紫外线波转变为较大的可见波而产生的。但是,我必须顺便指出,也许更简单的假设是,荧光是由于在众所周知的紫外光的作用下,物体产生了轻微的原子放电,这些物体的结构使它们能够产生荧光。
为了确定上述实验中产生的紫外线的限度,我利用了放置在氰化铂屏上的各种屏,并首先用以前研究中使用的摄谱仪确定了它们的透明度。紫外线的活跃部分——也就是说,能够产生荧光的部分——延伸到大约0.230微米。
但是带电的放电点不仅是紫外线的来源;它还会发出赫兹波,这是我研究之前完全不知道的事实。在这项工作的实验部分,我已经指出了揭示它们的方法。由于它们的长度很小,可能不超过两毫米,它们很难将自己推进超过40到50厘米(1)。
(1)总是伴随电火花的赫兹波不再是电,而是以太振动的一种现象,似乎只是在波的长度上与光不同。虽然它已经脱离了电,但当它接触任何物质时,它都能恢复正常的电形式。然后,它向后者传递一个由验电器验证的电荷,并能产生火花……]
赫兹波、可见光和不可见的紫外光的产生是所有电粒子发射的永恒的伙伴,我们必须把它们记在心上,因为我们以后在另一章讨论这个问题时,它将为我们提供物质转化为以太振动的最后过程的关键。
综上所述,我们可以说,一个通过任何途径,特别是摩擦而通电的物体,只不过是一个原子开始解离的物体。如果这种解离的产物是在真空中释放出来的,它们与放射性物质产生的产物是相同的。如果在空气中释放,它们的性质与放射性物质的不同之处在于它们的速度更小。
从这个观点来看,电在我们看来是物质非物质化的一个最重要的阶段,因而也是原子内能量的一种形式。由于它的性质,它构成了介于物质和醚之间的半物质物质。
第三章:电流体与物质流体性质的比较
我已经证明,电粒子和它们结合而形成的流体具有一种特殊性质的惯性,这种惯性不同于物质的惯性,这种惯性与其他性质结合在一起,使我们可以把各种形式的电看作是构成物质和以太之间的一个中间世界。
当我们把物质流体的流动规律和电子流体的分布规律进行比较时,我们还会看到这种中间体的性质。这些不同流体之间的差异太明显了,没有必要详细说明。电流体具有一种流动性,使它能够以光速在金属线中循环,这对任何物质都是不可能的。它逃脱了万有引力定律,而物质流体的平衡只受这些定律的支配,等等。
因此,差异是巨大的,但类比是如此相似。其中最引人注目的是由支配物质流体和电流体流动的规律的同一性所形成的。知道了前者,就知道了后者。这种身份花了很长时间才建立起来,现在已经成为经典。最基本的论述每一页都强调电的分布和液体的分布之间的同化关系。然而,他们小心地指出,这种同化是象征性的,并不适用于每一种情况。然而,仔细研究一下这个问题,就不得不承认,这绝不是一个简单的同化问题。在最近的一项研究中,博学的数学家Bjerkness指出,我们只要采用某种电学单位制,就可以使“电公式和磁公式与流体力学公式完全相同”(Les动作流体动力学距离).
举几个例子就可以看出这些定律的相似之处。为了让它们更有权威性,我借用了coru几年前出版的一本著作(静电和动力现象的相关性).
首先必须指出的是,电学的基本定律,即欧姆定律(i = e/r),可以从工程师们早已知道的导管中液体的运动中推导出来。
然而,对于最重要的例子,这里是支配这些不同现象的规律的比较。其中一列适用于物质流体,另一列适用于电流体:
材料:单位时间内液体通过通信管的流出量与液位差成正比,与通信管的电阻成反比。
电电流在给定导线中的强度与两端存在的电位差成正比,与电阻成反比。
材料当前位置液体通过管子从一个固定的水平面流到另一个同样固定的水平面时,我们所作的功等于液体的量与水平面之差的乘积。
电当前位置当电流通过电线从一个给定的电势传递到另一个同样固定的电势时,电力的功等于电量与电势之差的乘积。
材料容器中液位的高度与倒入其中的液体量成正比,与容器的截面成反比。
电导体的电势与产生的电量(电荷)成正比,与导体的容量成反比。
材料:两个互相连通的装满液体的容器,当它们的水平面相等时,处于流体静力平衡状态。
电当两个带电导体相互连接时,当它们的电势相等时,就处于静电平衡状态。
材料:然后将液体的总量按容器容量的比例进行分配。
电总电荷量然后按导体容量的比例分配。
科努比我在这里做了更多的类比,他谨慎地提醒我们,这些都是对日常应用的同化,“电渠化必须像水的分配一样对待;在系统上的每一点都必须确保输出所必需的压力”。
在电流体中观察到的所有上述现象,就像在物质流体中观察到的一样,都是流体在恢复平衡时服从某些规律而破坏平衡的结果。产生电现象的平衡扰动,无论什么时候——例如,摩擦——使正负两种元素分离,就会产生电流体。平衡的重新建立是以这两个要素的重新组合为特征的。
正如我已经说过的,只有由平衡的扰动所引起的现象才是我们能够理解的。中性电流体——没有发生任何平衡变化的电流体——是一种我们可以假设存在的东西,但没有任何试剂能揭示它。但是,人们很自然地相信,水的存在就像封闭在不同储层中的水的存在一样真实,在这些储层之间,不存在任何能产生机械效应的变化,从而揭示液体的存在。我们所说的电,完全是由所谓的电流体或其元素的位移所引起的现象所产生的。
我们刚才已经证明,电在运动时的行为就像物质流体一样,但是为什么这两种明显不同的物质却遵循同样的规律呢?结果的类比能表明原因的类比吗?
我们知道这是不可能的。重力对电没有明显的作用,而它是支配液体流动的定律的唯一原因。如果一种液体从较高的能级流向较低的能级,那是因为它服从万有引力,而电则完全不是这样。落水的势能,即起点和终点之间的高度差,完全是由重力造成的;如果说储存在一定高度的水代表着能量,那是因为它被吸引到地球的中心去了——只有禁锢它的墙壁阻止了它服从这种吸引力。当人们打开蓄水池,让水流动时,由于地球的引力,水的下落会产生一种与抬升时相对应的力。一旦落到地面上,它就不能再做功了。
如果支配液体流动的万有引力与电流体循环中注意到的现象完全不同,那么最后一种现象的原因是什么?我们知道这个原因的作用完全像万有引力,但它与万有引力有必然的不同。虽然我们不知道电流体的本质,但我们可以想象它,因为观察告诉我们,由于分子之间的相互排斥,电流体呈现一种膨胀的趋势,这种趋势被称为张力。在气体中也观察到他的膨胀倾向,但它与电流体的膨胀倾向不同。事实上,最后一种气体可以保留在任何绝缘物体的表面,而气体立即扩散,除非被密封容器的壁所限制。能量的一切形态,无论是以量的形式出现,还是以张力的形式出现,都遵循相同的一般规律。
因此,我们不断地看到物质的事物和非物质的事物之间的相似之处——有时相近,有时遥远。正是由于以太和物质之间的这些类比的性质,才有了我们所注意到的差异和相似之处。
第四章:电粒子的运动——现代电学理论
我们刚才已经说明了电流体和物质流体的类比,并且注意到它们的分布规律是相同的。
当我们不去研究流体状态下的电,而去研究构成这种流体的元素的性质时,这种类比就变得非常微小,甚至最终消失了。我们知道,根据目前的观点,它是由一种叫做电子的粒子组成的。电的不连续颗粒结构的概念可以追溯到法拉第和亥姆霍兹,最近的发现大大加强了这一概念。如果加以适当的解释,它将使我们不仅能鸟瞰所谓的放射性现象,而且还能鸟瞰以前在电学和光学中所知道的现象,如伏打电流、磁和光。这些现象中的大多数可能是由简单的平衡变化和电粒子的运动引起的,也就是说,由同一事物的位移引起的。我们现在就来证明这一点。
在大多数情况下,我们不取一个假设的物体,如原子或电子,而取一个带电的小金属球。这个简单的替换并不改变理论,它的优点是使实验验证成为可能。
根据这个球体是静止的,还是在运动中,还是在运动时停止,我们将看到,它将产生一系列的电和发光现象。
让我们拿一个小金属球,用任何一种普通的方法把它绝缘,然后开始给它通电。没有什么比这更简单的了,因为它只需要与一种异质物质接触。众所周知,接触后分离的两种不同金属仍带电荷。旧机器所基于的摩擦电气化只是接触电气化的一种特殊情况。摩擦,事实上,只是增加和更新现有的异质表面。
解决了这个问题,让我们把球体移到离它最初接触的物体稍远的地方。然后,我们发现,通过各种方法,它被称为力线的线与最后一个结合在一起,j·j·汤姆森将其归结为纤维结构。这些线倾向于将它们所处的物体聚集在一起,并具有相互排斥的性质(图6)。法拉第将它们比作物体之间拉伸的弹簧。这些弹簧的末端构成了电荷。
现在,让我们把我们的球体移到远离通过接触而使它带电的物质的地方。将两个物体连接起来的力线保持相互连接,并以直线向空间辐射(图4)。电场的名称是对它们作为一个整体而给予的。
如果我们的球体以这种方式通电并被辐射线包围,那么它就能很好地绝缘,它就能保持电荷,并产生静电中所观察到的所有现象:光体的吸引,火花的产生等等。
在这种静止状态下,通电的球体不具有磁性,这可以通过它对磁化的针没有作用来证明。它只有在启动后才能获得这一属性。让我们使它运动起来,假设它的速度是匀速的。我们带电的球体,仅仅通过这种运动的事实,就会获得普通伏打电流——即沿着电报电线循环的电流——的所有特性。根据目前的理论,甚至可以假定,除了电子运动所产生的电流外,不可能有其他的电流。
但是,由于带电的运动球的作用方式与伏打电路相同,它就应该具有它的所有性质,从而具有它的磁性。事实上,它的运动本身,就被构成磁场的圆形力线所包围。这些线包围着带电物体的轨迹,我们已经说过,这些轨迹是由辐射的直线组成的。
围绕在带电物体周围的磁场,绝不仅仅是一种理论观点,而是由放置在物体附近的磁化针所产生的偏差所揭示的实验事实。电流周围的这些圆形力线的存在,可以很容易地显示出来,只要让电流穿过一根与电流平面成直角的金属穿孔杆,即一块撒有金属屑的纸板。这些颗粒受到电流磁场的吸引,在磁棒周围成圈排列。因此,带电物体仅仅通过运动就获得了电流和磁铁的特性。这就相当于说电场的任何变化都会产生磁场。
但这还不是全部。我们假定带电球的运动速度是匀速的。现在让我们改变这种运动,或者减缓它,或者加速它,新的现象就会出现。
带电物体的速度的变化,由于电粒子的惯性,产生了感应现象——产生了一种新的电力,使它在与磁力线垂直的方向上被感觉到,从而在电流的方向上被感觉到。因此,磁场的变化会产生电场。正是基于这一现象,许多用于电力商业生产的机器得以存在。
这种新的力叠加在运动已被改变的带电物体的磁场上的另一个结果,就是在以太中出现以光速传播的振动。无线电报就是利用这种波。在所有现代物理学家所接受的光的电磁理论中,甚至假定这些振动是光产生的唯一原因,只要它们的速度快到足以被视网膜感知。
在前文中,我们假定带电物体在空气中或常压气体中作位移运动。如果使它在一种非常稀薄的介质中运动,仍然会出现次序完全不同的新现象。这些是阴极射线,其中的原子似乎完全脱离了所有物质的支持,而x射线是由这些原子撞击障碍物产生的。在这里,显然我们不能再求助于我们的带电金属球的图像了。我们必须单独考虑电荷,它脱离了携带电荷的物质球体。
因此,正如我们在前面所说的,只要改变某些粒子的运动和平衡,就能得到所有的电和光现象。
上述理论在大多数情况下都可以通过实验得到验证。实际上,它甚至只是实验的理论翻译。至于光的现象,在塞曼的研究之前,还没有得到任何实验的证实。在白炽灯的物体中,进入振动的是原子,而不是物质,这只是一种假设。人们认为,火焰中含有围绕平衡位置运动的电子,其速度足以产生能够在以太中传播的电磁波,当速度足够快时,眼睛就会产生光的感觉。
为了证明这一假设是正确的,必须能够通过磁场使火焰的电子偏离轨道,因为带电物体在运动时可以被磁铁偏离轨道。正是这种偏差,塞曼通过使一个强大的电磁铁作用于火焰而产生。然后,他注意到,在用分光镜检查火焰时,光谱的射线偏离了,并翻了一番。根据这样分离的谱线之间的距离,塞曼能够推导出火焰中电子的电荷e与其质量m之间存在的比率e/m。这个比率被发现与克鲁克斯管中阴极粒子的比率完全相等。这一测量有助于证明普通火焰与阴极射线和放射性体的相似性。
这里可以看到电子在当前思想中所起的基本作用。许多物理学家认为它们构成了电流体的唯一元素。“一个被正电的物体,”其中一个说,“就是一个失去了部分电子的物体。把电从一点带到另一点是通过电子从正电过剩的地方转移到负电过剩的地方来实现的”。元素进入化合物的能力取决于它们的原子获得电子电荷的能力。它们的不稳定性应该是由于它们的电子丢失或过剩造成的。
电子理论使我们能够以非常简单的方式解释许多现象,但它仍然存在许多不确定性。电子是通过什么机制在导电体(例如电报线)中如此迅速地传播的?为什么电子能穿过金属,而这些金属却对最猛烈的电火花形成了绝对的障碍?为什么可以穿过金属的电子不能穿过1毫米真空的间隔,这可以通过将两个电极放在一起来证明,如果在一个完全真空的管(希托夫管)中有一个感应线圈?即使线圈在空气中产生50厘米的火花,电力也无力克服1毫米的真空(1)。
(1)通过用细针代替电极,我有时得到了电流的通过情况,但我没有从实验中得出任何结论,不能肯定管子中的真空是否完全。但是库珀·休伊特已经证明,通过首先在电极之间产生短路,电粒子可以被迫穿过完全真空。
目前,电子已成为许多物理学家的一种迷恋物,他们认为用它来解释一切现象。原来属于原子的性质已经转移到它身上,许多人认为它是物质的基本元素,因此,物质只是电子的集合体。
对于它的最内部结构,我们无话可说。它并没有给出一个非常确定的解释来向我们保证它是由一个类似陀螺仪的以太漩涡构成的。它的尺寸在任何情况下都应该是非常小的,但它能被认为是不可分割的,这意味着它具有无限的刚性吗?难道它本身的结构不像现在认为的原子那样复杂吗?难道它不像原子那样,能形成一个真正的行星系统吗?在无限的世界里,大小和微小只有相对的价值。
就我们目前的知识状况来看,在电的名义下,很可能是把极其不同的东西混淆在一起,但它们都有一个共同的性质,即最终产生某种电的现象。这个想法我已经讲过好几次了。但是,我们没有权利把电称为一切产生电的东西,正如我们没有权利把热称为一切能够产生热的原因一样。