物理学发展史上的两朵乌云
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Байду номын сангаас “电磁质量”的发现
在研究阴极射线并测量其荷质比时，人们遇到了一个奇特现象，电子的质量 会随速度的增加而增加，这一事实为爱因斯坦狭义相对论提供了重要依据。1878 年罗兰用实验演示了运动电荷产生磁场的事实，促使人们开始研究运动带电体的 问题。1881 年，J.J.汤姆生首先提出，既然带电体运动要比不带电体需要外界 作更多的功，带电体的动能就要比不带电体大，换言之，带电体应具有更大的质 量。后来，人们用“电磁质量”来代表这一部分增加的质量。这时，电子已经发 现，电子已被认为是物质的最小组成部分。人们开始注意在实验中研究电磁质量 问题。
1871 年，英国物理学家瓦尔利从阴极射线在磁场中受到偏转的事实，提出 这一射线是由带负电的物质微粒组成的设想。他的主张得到本国人克鲁克斯和舒 斯特的赞同。于是在19 世纪的后30 年，形成了两种对立的观点：德国学派主张 以太说，英国学派主张带电微粒说。双方争持不下，谁也说服不了谁。为了找到 有利于自己观点的证据，双方都做了许多实验。克鲁克斯证实阴极射线不但能传 递能量，还能传递动量。他认为阴极射线是由于残余气体分子撞到阴极，因而带 上了负电，又在电场中运动形成“分子流”。以太论者不同意这一说法，用实验 加以驳斥。哥尔茨坦做了一个很精确的光谱实验。他用一根特制的L 形放电管， 电极A、B 可以互换，轮流充当阴极，用光谱仪观测谱线。如果阴极射线是分子 流，它发出的光应产生多普勒效应，即光的频率应与分子流速度方向有关。可是， 不管是那一端发出阴极射线，谱线的波长都没有改变。这就证明了分子流之说站 不住脚。以太论者认为这是对以太说的一个支持。
1901 年考夫曼用β射线做实验，证实电子的质荷比确随速度的增大而增大。 第一次观测到了电磁质量。1903 年，阿伯拉罕用经典电磁理论系统地研究了电 磁质量问题，导出了电磁质量随速度变化的关系。1904 年，洛仑兹把收缩假设 用于电子，推出关系;这个关系也可以从爱因斯坦的狭义相对论推导出来，所以 叫洛仑兹-爱因斯坦公式。然而，考夫曼的进一步实验却倾向于经典理论，他宣 称：“量度结果与洛仑兹-爱因斯坦的基本假设不相容。”对此，爱因斯坦在 1907 年写道：“阿伯拉罕的电子运动理论所给出的曲线显然比相对论得出的曲 线更符合于观测结果。但是，在我看来，那些理论在颇大程度上是由于偶然碰巧 与实验结果相符。因为它们关于运动电子质量的基本假设不是从总结了大量现象 的理论体系得出来的。”果然，不久后，好几个地方做了新的实验，证明爱因斯 坦的结果符合实际。就这样，从经典物理学提出的电磁质量问题，反而成了相对
电子的发现
阴极射线是低压气体放电过程出现的一种奇特现象。早在1858 年就由德国 物理学家普吕克尔在观察放电管中的放电现象时发现。当时他看到正对阴极的管 壁发出绿色的荧光。1876年，另一位德国物理学家哥尔茨坦认为这是从阴极发出 的某种射线，并命名为阴极射线。他根据这一射线会引起化学作用的性质，判断 它是类似于紫外线的以太波。这一观点后来得到了赫兹等人的支持。赫兹在1887 年曾发现电磁波，就把阴极射线看成是电磁辐射，实际上和哥尔茨坦的主张是一 样的。这样就形成了以太说。赞成以太说的大多是德国人。
菲涅耳的部分曳引假说一再得到实验证实，使它成了以太理论的重要支柱。 但由它引出的另一条结论，却始终未见分晓。那就是当以太处处静止时物体在以 太中运动，物体上看，就好像以太在漂移。地球沿轨道绕太阳运转，也必沿相反 方向形成以太风。这就给人们提供一种可能的途径，通过测量以太相对于地球的 漂移速度，来证实以太的存在和探求以太的性质。
1800 年以后，由于波动说成功地解释了干涉、衍射和偏振等现象，以太学 说重新抬头。在波动说的支持者看来，光既然是一种波，就一定要有一种载体。 光能通过万籁俱寂的虚空，证明在虚空中充满这种载体，这就是以太。他们把以 太看成是无所不在、绝对静止、极其稀薄的刚性“物质”。例如：1804年托马 斯·杨写道：“光以太充满所有物质之中，很少受到或不受阻力，就像风从一小 丛林中穿过一样”。但是，直到19 世纪还没有一个实验能直接证明以太的实际 存在。布拉德雷的观测和阿拉果实验之间的不协调开始揭示了以太理论的隐患。
微粒说者也在积极寻找证据。1895 年法国物理学家佩兰将圆桶电极安装在 阴极射线管中，用静电计测圆桶接收到的电荷。结果确是负电。他支持带电微粒 说，发表论文表示了自己的观点。但是他的实验无法作出判决性的结论。因为反 对者会反驳说：佩兰测到的不一定就是阴极射线所带的电荷。
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对阴极射线的本性作出正确答案的是英国剑桥大学卡文迪什实验室教授J.J. 汤姆生（JosephJohnThomson，1856—1940）。他从1890 年起，就带领自己的学 生研究阴极射线。克鲁克斯和舒斯特的思想对他很有影响。他认为带电微粒说更 符合实际，决心用实验进行周密考察，找出确凿证据。为此，他进行了以下几方 面的实验：1．直接测阴极射线携带的电荷。J.J.汤姆生将佩兰实验作了一些改进 他把联到静电计的电荷接受器（法拉第圆桶）安装在真空管的一侧。平时没有电 荷进入接收器。用磁场使射线偏折，当磁场达到某一值时，接收器接收到的电荷 猛增，说明电荷确是来自阴极射线。
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“以太漂移”的探索
如果说，电子和“电磁质量”的发现，从电的方面为现代物理学开辟了道路， 那么，“以太漂移”的探索则从光的方面打开了另一个缺口，促使物理学革命的 爆发。以太的研究等价于两个问题：光是否满足速度的叠加原理；能否探测到绝 对静止的以太空间？
“以太漂移”问题是从光行差的观测开始提出的。1725—1728 年，英国天文 学家布拉德雷对恒星的方位作了一系列的精确测量，把恒星一年四季的位置折算 到天顶，发现都呈圆形轨迹。他百思不得其解。据说，由于有一次偶然他注意到 所乘的船改变航向时，船上的旗帜飘向不同的方向，才领悟到这一现象是因为地 球围绕太阳旋转所致。他写道：“假想CA是一条光线，垂直地落到直线BD 上， 如果眼睛（指观察者）静止于A 点，那么不管光的传播需要时间还是只需瞬间， 物体必然出现在AC 方向上。但是，如果眼睛（观察者）从B 向A 运动，而光的 传播又需要时间，光的速度与眼睛（观察者）的速度比等于CA 与BA 之比，则当 眼睛（观察者）从B 运动到A 时，光从C 传播到了A” 若用α表示∠ACB，v 表 示观察者的速度，则tgα=v/c 这一关系完全适用于天体的光行差现象，布拉德 雷测到的α角为（40.5/2）"≈20"，代入上式，得：c=v/α=3.1×1010 厘米/ 秒=3.1×105 千米/秒，其中v=30 千米/秒。这是光速的最早的数值。
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菲涅耳提出部分曳引假说 对于阿拉果的人眼选择光速的假设，菲涅耳认为很难令人信服。他在1918
年给阿拉果写信，指出这种解释不可取。为了使两个实验的结果能够协调，他提 出了部分曳引假说，即在透明物体中，以太可以部分地被这一物体拖曳。他再假 设透明物体的折射率决定以太的密度，令ρ与ρ1 分别表示真空中和透明物体中 以太的密度，假设这些密度与折射率的平方成正比，真空中的以太是绝对静止的， 透明物体运动时，物体只能带动多于真空的那一部分以太。所以，设透明物体相 对于以太的速度为v，如果透明物体运动速度v 与光的传播方向一致，则以太完 全不受拖曳。这一结果既解释了光行差现象，又解释了阿拉果的实验。
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麦克斯韦的建议
直到1879 年还没有一个实验能测出上述漂移速度。麦克斯韦很关心这件事， 他在为《大英百科全书》撰写的《以太》条目中写道：如果可以在地面上从光由 一站到另一站所经时间测到光速，那么我们就可以比较相反方向所测速度，来确 定以太相对于地球的速度。然而实际上地面测光速的各种方法都取决于两站之间 的往返行程所增加的时间，以太的相对速度等于地球轨道速度，由此增加的时间 仅占整个传播时间的亿分之一，所以的确难以观察。”
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4．证明电子存在的普遍性。J.J.汤姆生还用不同的阴极和不同的气体做实验， 结果荷质比也都是同一数量级，证明各种条件下得到的都是同样的带电粒子流， 与电极材料无关，与气体成分也无关。
1899 年，J.J.汤姆生采用斯坦尼的“电子”一词来表示他的“载荷子”。 “电子”原是斯坦尼在1891 年用于表示电的自然单位的。就这样电子被发现了。 但是J.J.汤姆生并不到此止步，他进一步又研究了许多新发现的现象，以证明电 子存在的普遍性。J.J.汤姆生掌握了大量的实验事实，果断地作出判断：不论是 阴极射线、β射线还是光电流，都是电子组成的；不论是由于强电场的电离、正 离子的轰击、紫外光的照射、金属受灼热还是放射性物质的自发辐射，都发射出 同样的带电粒子——电子。这种带电粒子比原子小千倍，可见，电子是原子的组 成部分，是物质的更基本的单元。这是一个非常重要结论。原子不可分的传统观 念彻底破灭了。
3．用不同方法测阴极射线的荷质比。一种方法是在管子两侧各加一通电线圈， 以产生垂直于电场方向的磁场。然后根据电场和磁场分别造成的偏转，计算出阴 极射线的荷质比e/m 与微粒运动的速度。另一种方法是测量阳极的温升，因为阴 极射线撞击到阳极，会引起阳极的温度升高。J.J.汤姆生把热电偶接到阳极，测 量它的温度变化。根据温升和阳极的热容量可以计算粒子的动能，再从阴极射线 在磁场中偏转的曲率半径，推算出阴极射线的荷质比与速度。
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阿拉果的望远镜实验
阿拉果是法国著名物理学家。由于他曾从事过大气折射的光学研究，引起了 对光速的兴趣。他从牛顿力学速度叠加原理出发，认为如果发光体和观测者的运 动速度不同，光速应有差别，布拉德雷的观测精度有限，没有显出有这种差别。 于是他亲自做了一个实验：在望远镜外用消色差棱镜加于望远镜视场的半边，然 后用望远镜观测光行差。但是实际观测结果却是经过棱镜和不经过棱镜的两边， 光行差完全相同。其实这正说明经典的速度叠加原理不适用于光的传播。但是阿 拉果却和布拉德雷一样，都是光微粒说的信仰者，只能在微波说的前提下作一个 很勉强的假设。他假设星体以无数种速度发射光的微粒，只是因为人眼对光有选 择性，只能接收某一特定速度的光微粒，所以看不出差别。不久，托马斯·杨和 菲涅耳倡导光的波动说获得进展，阿拉果转向波动说，1815 年曾写信给菲涅耳， 告诉他几年前自己做的望远镜实验，征询菲涅耳能否用波动理论予以说明。
2．使阴极射线受静电偏转。J.J.汤姆生重复了赫兹的静电场偏转实验，起 初也得不到任何偏转。后来经仔细观察，注意到在刚加上电压的瞬间，射束轻微 地摆动了一下。他马上领悟到，这是由于残余气体分子在电场的作用下发生了电 离，正负离子把电极上射线所带电荷的实验装置的电压抵消掉了。显然这是由于 真空度不够高的原因。于是，他在实验室技师的协助下努力改善真空条件，并且 减小极间电压，终于获得了稳定的静电偏转。这样，J.J.汤姆生就获得了驳斥以 太说的重要证据。
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哥尔茨坦的光谱实验
舒斯特则将带电微粒解释成气体分子自然分解出来的碎片，带正电的部分被 阴极俘获，电极间只留下带负电的部分，因而形成阴极射线。1890 年，他根据 磁偏转的半径和电极间的电位差估算带电微粒的荷质比，得到的结果在5×106 库仑/千克至1×1010 库仑/千克之间，与电解所得的氢离子的荷质比108 库仑/ 千克相比，数量级相近。
赫兹和他的学生勒纳德也做了许多实验来证明自己的以太理论。赫兹做的真 空管中电流分布的实验，“证明”阴极射线的走向与真空管中电流的分布无关。 他还在阴极射线管中加垂直于阴极射线的电场，却没有看到阴极射线受到任何偏 转。这两个实验不成功的原因是因为当时不了解低压状态下气体导电机制的复杂 性。遗憾的是，赫兹以此作为阴极射线不带电的证据，更加坚持以太说。赫兹做 的另一实验则是成功的。1891 年，他注意到阴极射线可以象光透过透明物质那 样地透过某些金属薄片。1894 年，勒纳德发表了更精细的结果。他在阴极射线 管的末端嵌上厚仅0.000265 厘米的薄铝箔作为窗口，发现从铝窗口会逸出射线。 在空气中穿越约1 厘米的行程。他们认为这又是以太说的有力证据，因为只有波 才能穿越实物。
Байду номын сангаас “电磁质量”的发现
在研究阴极射线并测量其荷质比时，人们遇到了一个奇特现象，电子的质量 会随速度的增加而增加，这一事实为爱因斯坦狭义相对论提供了重要依据。1878 年罗兰用实验演示了运动电荷产生磁场的事实，促使人们开始研究运动带电体的 问题。1881 年，J.J.汤姆生首先提出，既然带电体运动要比不带电体需要外界 作更多的功，带电体的动能就要比不带电体大，换言之，带电体应具有更大的质 量。后来，人们用“电磁质量”来代表这一部分增加的质量。这时，电子已经发 现，电子已被认为是物质的最小组成部分。人们开始注意在实验中研究电磁质量 问题。
1871 年，英国物理学家瓦尔利从阴极射线在磁场中受到偏转的事实，提出 这一射线是由带负电的物质微粒组成的设想。他的主张得到本国人克鲁克斯和舒 斯特的赞同。于是在19 世纪的后30 年，形成了两种对立的观点：德国学派主张 以太说，英国学派主张带电微粒说。双方争持不下，谁也说服不了谁。为了找到 有利于自己观点的证据，双方都做了许多实验。克鲁克斯证实阴极射线不但能传 递能量，还能传递动量。他认为阴极射线是由于残余气体分子撞到阴极，因而带 上了负电，又在电场中运动形成“分子流”。以太论者不同意这一说法，用实验 加以驳斥。哥尔茨坦做了一个很精确的光谱实验。他用一根特制的L 形放电管， 电极A、B 可以互换，轮流充当阴极，用光谱仪观测谱线。如果阴极射线是分子 流，它发出的光应产生多普勒效应，即光的频率应与分子流速度方向有关。可是， 不管是那一端发出阴极射线，谱线的波长都没有改变。这就证明了分子流之说站 不住脚。以太论者认为这是对以太说的一个支持。
1901 年考夫曼用β射线做实验，证实电子的质荷比确随速度的增大而增大。 第一次观测到了电磁质量。1903 年，阿伯拉罕用经典电磁理论系统地研究了电 磁质量问题，导出了电磁质量随速度变化的关系。1904 年，洛仑兹把收缩假设 用于电子，推出关系;这个关系也可以从爱因斯坦的狭义相对论推导出来，所以 叫洛仑兹-爱因斯坦公式。然而，考夫曼的进一步实验却倾向于经典理论，他宣 称：“量度结果与洛仑兹-爱因斯坦的基本假设不相容。”对此，爱因斯坦在 1907 年写道：“阿伯拉罕的电子运动理论所给出的曲线显然比相对论得出的曲 线更符合于观测结果。但是，在我看来，那些理论在颇大程度上是由于偶然碰巧 与实验结果相符。因为它们关于运动电子质量的基本假设不是从总结了大量现象 的理论体系得出来的。”果然，不久后，好几个地方做了新的实验，证明爱因斯 坦的结果符合实际。就这样，从经典物理学提出的电磁质量问题，反而成了相对
电子的发现
阴极射线是低压气体放电过程出现的一种奇特现象。早在1858 年就由德国 物理学家普吕克尔在观察放电管中的放电现象时发现。当时他看到正对阴极的管 壁发出绿色的荧光。1876年，另一位德国物理学家哥尔茨坦认为这是从阴极发出 的某种射线，并命名为阴极射线。他根据这一射线会引起化学作用的性质，判断 它是类似于紫外线的以太波。这一观点后来得到了赫兹等人的支持。赫兹在1887 年曾发现电磁波，就把阴极射线看成是电磁辐射，实际上和哥尔茨坦的主张是一 样的。这样就形成了以太说。赞成以太说的大多是德国人。
菲涅耳的部分曳引假说一再得到实验证实，使它成了以太理论的重要支柱。 但由它引出的另一条结论，却始终未见分晓。那就是当以太处处静止时物体在以 太中运动，物体上看，就好像以太在漂移。地球沿轨道绕太阳运转，也必沿相反 方向形成以太风。这就给人们提供一种可能的途径，通过测量以太相对于地球的 漂移速度，来证实以太的存在和探求以太的性质。
1800 年以后，由于波动说成功地解释了干涉、衍射和偏振等现象，以太学 说重新抬头。在波动说的支持者看来，光既然是一种波，就一定要有一种载体。 光能通过万籁俱寂的虚空，证明在虚空中充满这种载体，这就是以太。他们把以 太看成是无所不在、绝对静止、极其稀薄的刚性“物质”。例如：1804年托马 斯·杨写道：“光以太充满所有物质之中，很少受到或不受阻力，就像风从一小 丛林中穿过一样”。但是，直到19 世纪还没有一个实验能直接证明以太的实际 存在。布拉德雷的观测和阿拉果实验之间的不协调开始揭示了以太理论的隐患。
微粒说者也在积极寻找证据。1895 年法国物理学家佩兰将圆桶电极安装在 阴极射线管中，用静电计测圆桶接收到的电荷。结果确是负电。他支持带电微粒 说，发表论文表示了自己的观点。但是他的实验无法作出判决性的结论。因为反 对者会反驳说：佩兰测到的不一定就是阴极射线所带的电荷。
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对阴极射线的本性作出正确答案的是英国剑桥大学卡文迪什实验室教授J.J. 汤姆生（JosephJohnThomson，1856—1940）。他从1890 年起，就带领自己的学 生研究阴极射线。克鲁克斯和舒斯特的思想对他很有影响。他认为带电微粒说更 符合实际，决心用实验进行周密考察，找出确凿证据。为此，他进行了以下几方 面的实验：1．直接测阴极射线携带的电荷。J.J.汤姆生将佩兰实验作了一些改进 他把联到静电计的电荷接受器（法拉第圆桶）安装在真空管的一侧。平时没有电 荷进入接收器。用磁场使射线偏折，当磁场达到某一值时，接收器接收到的电荷 猛增，说明电荷确是来自阴极射线。
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“以太漂移”的探索
如果说，电子和“电磁质量”的发现，从电的方面为现代物理学开辟了道路， 那么，“以太漂移”的探索则从光的方面打开了另一个缺口，促使物理学革命的 爆发。以太的研究等价于两个问题：光是否满足速度的叠加原理；能否探测到绝 对静止的以太空间？
“以太漂移”问题是从光行差的观测开始提出的。1725—1728 年，英国天文 学家布拉德雷对恒星的方位作了一系列的精确测量，把恒星一年四季的位置折算 到天顶，发现都呈圆形轨迹。他百思不得其解。据说，由于有一次偶然他注意到 所乘的船改变航向时，船上的旗帜飘向不同的方向，才领悟到这一现象是因为地 球围绕太阳旋转所致。他写道：“假想CA是一条光线，垂直地落到直线BD 上， 如果眼睛（指观察者）静止于A 点，那么不管光的传播需要时间还是只需瞬间， 物体必然出现在AC 方向上。但是，如果眼睛（观察者）从B 向A 运动，而光的 传播又需要时间，光的速度与眼睛（观察者）的速度比等于CA 与BA 之比，则当 眼睛（观察者）从B 运动到A 时，光从C 传播到了A” 若用α表示∠ACB，v 表 示观察者的速度，则tgα=v/c 这一关系完全适用于天体的光行差现象，布拉德 雷测到的α角为（40.5/2）"≈20"，代入上式，得：c=v/α=3.1×1010 厘米/ 秒=3.1×105 千米/秒，其中v=30 千米/秒。这是光速的最早的数值。
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菲涅耳提出部分曳引假说 对于阿拉果的人眼选择光速的假设，菲涅耳认为很难令人信服。他在1918
年给阿拉果写信，指出这种解释不可取。为了使两个实验的结果能够协调，他提 出了部分曳引假说，即在透明物体中，以太可以部分地被这一物体拖曳。他再假 设透明物体的折射率决定以太的密度，令ρ与ρ1 分别表示真空中和透明物体中 以太的密度，假设这些密度与折射率的平方成正比，真空中的以太是绝对静止的， 透明物体运动时，物体只能带动多于真空的那一部分以太。所以，设透明物体相 对于以太的速度为v，如果透明物体运动速度v 与光的传播方向一致，则以太完 全不受拖曳。这一结果既解释了光行差现象，又解释了阿拉果的实验。
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麦克斯韦的建议
直到1879 年还没有一个实验能测出上述漂移速度。麦克斯韦很关心这件事， 他在为《大英百科全书》撰写的《以太》条目中写道：如果可以在地面上从光由 一站到另一站所经时间测到光速，那么我们就可以比较相反方向所测速度，来确 定以太相对于地球的速度。然而实际上地面测光速的各种方法都取决于两站之间 的往返行程所增加的时间，以太的相对速度等于地球轨道速度，由此增加的时间 仅占整个传播时间的亿分之一，所以的确难以观察。”
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4．证明电子存在的普遍性。J.J.汤姆生还用不同的阴极和不同的气体做实验， 结果荷质比也都是同一数量级，证明各种条件下得到的都是同样的带电粒子流， 与电极材料无关，与气体成分也无关。
1899 年，J.J.汤姆生采用斯坦尼的“电子”一词来表示他的“载荷子”。 “电子”原是斯坦尼在1891 年用于表示电的自然单位的。就这样电子被发现了。 但是J.J.汤姆生并不到此止步，他进一步又研究了许多新发现的现象，以证明电 子存在的普遍性。J.J.汤姆生掌握了大量的实验事实，果断地作出判断：不论是 阴极射线、β射线还是光电流，都是电子组成的；不论是由于强电场的电离、正 离子的轰击、紫外光的照射、金属受灼热还是放射性物质的自发辐射，都发射出 同样的带电粒子——电子。这种带电粒子比原子小千倍，可见，电子是原子的组 成部分，是物质的更基本的单元。这是一个非常重要结论。原子不可分的传统观 念彻底破灭了。
3．用不同方法测阴极射线的荷质比。一种方法是在管子两侧各加一通电线圈， 以产生垂直于电场方向的磁场。然后根据电场和磁场分别造成的偏转，计算出阴 极射线的荷质比e/m 与微粒运动的速度。另一种方法是测量阳极的温升，因为阴 极射线撞击到阳极，会引起阳极的温度升高。J.J.汤姆生把热电偶接到阳极，测 量它的温度变化。根据温升和阳极的热容量可以计算粒子的动能，再从阴极射线 在磁场中偏转的曲率半径，推算出阴极射线的荷质比与速度。
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阿拉果的望远镜实验
阿拉果是法国著名物理学家。由于他曾从事过大气折射的光学研究，引起了 对光速的兴趣。他从牛顿力学速度叠加原理出发，认为如果发光体和观测者的运 动速度不同，光速应有差别，布拉德雷的观测精度有限，没有显出有这种差别。 于是他亲自做了一个实验：在望远镜外用消色差棱镜加于望远镜视场的半边，然 后用望远镜观测光行差。但是实际观测结果却是经过棱镜和不经过棱镜的两边， 光行差完全相同。其实这正说明经典的速度叠加原理不适用于光的传播。但是阿 拉果却和布拉德雷一样，都是光微粒说的信仰者，只能在微波说的前提下作一个 很勉强的假设。他假设星体以无数种速度发射光的微粒，只是因为人眼对光有选 择性，只能接收某一特定速度的光微粒，所以看不出差别。不久，托马斯·杨和 菲涅耳倡导光的波动说获得进展，阿拉果转向波动说，1815 年曾写信给菲涅耳， 告诉他几年前自己做的望远镜实验，征询菲涅耳能否用波动理论予以说明。
2．使阴极射线受静电偏转。J.J.汤姆生重复了赫兹的静电场偏转实验，起 初也得不到任何偏转。后来经仔细观察，注意到在刚加上电压的瞬间，射束轻微 地摆动了一下。他马上领悟到，这是由于残余气体分子在电场的作用下发生了电 离，正负离子把电极上射线所带电荷的实验装置的电压抵消掉了。显然这是由于 真空度不够高的原因。于是，他在实验室技师的协助下努力改善真空条件，并且 减小极间电压，终于获得了稳定的静电偏转。这样，J.J.汤姆生就获得了驳斥以 太说的重要证据。
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哥尔茨坦的光谱实验
舒斯特则将带电微粒解释成气体分子自然分解出来的碎片，带正电的部分被 阴极俘获，电极间只留下带负电的部分，因而形成阴极射线。1890 年，他根据 磁偏转的半径和电极间的电位差估算带电微粒的荷质比，得到的结果在5×106 库仑/千克至1×1010 库仑/千克之间，与电解所得的氢离子的荷质比108 库仑/ 千克相比，数量级相近。
赫兹和他的学生勒纳德也做了许多实验来证明自己的以太理论。赫兹做的真 空管中电流分布的实验，“证明”阴极射线的走向与真空管中电流的分布无关。 他还在阴极射线管中加垂直于阴极射线的电场，却没有看到阴极射线受到任何偏 转。这两个实验不成功的原因是因为当时不了解低压状态下气体导电机制的复杂 性。遗憾的是，赫兹以此作为阴极射线不带电的证据，更加坚持以太说。赫兹做 的另一实验则是成功的。1891 年，他注意到阴极射线可以象光透过透明物质那 样地透过某些金属薄片。1894 年，勒纳德发表了更精细的结果。他在阴极射线 管的末端嵌上厚仅0.000265 厘米的薄铝箔作为窗口，发现从铝窗口会逸出射线。 在空气中穿越约1 厘米的行程。他们认为这又是以太说的有力证据，因为只有波 才能穿越实物。