Narozen 18. prosince 1856, Cheetham poblíž Manchesteru, Velká Británie
Zemřel 30. srpna 1940, Cambridge, Velká Británie
Nobelova cena za fyziku 1906.
Formulace Nobelovy komise: „V uznání obrovského příspěvku k teoretickým a experimentálním studiím vodivosti plynů.

Naše současná postava se zdá výjimečná i ve srovnání s „obyčejným“ laureátem Nobelovy ceny. No, začněme tím, že sedm jeho „vědeckých synů“ se také stalo laureáty Nobelovy ceny (dožil se pěti cen). Stejně jako mnoho jeho „vědeckých vnoučat“ (psali jsme jak o nejslavnějším „vědeckém synovi“, tak o jednom z jeho vnuků). Jeho vlastní syn se také stal laureátem Nobelovy ceny a za stejnou elementární částici, kterou objevil náš hrdina. Uhodli jste to? No, samozřejmě... Seznamte se s JJ.

A to není pseudonym nějakého rappera, tohle je stará dobrá Anglie. „JJ“ je správné jméno, i když je to zkratka pro „Sir Joseph John Thomson“. Thomson však nebyl šlechtic od narození, jako jeho nejslavnější student Rutherford. Narodil se do knihkupecké rodiny, také JJ (Joseph James) Thomson a Emma Swindales. Otec chtěl, aby jeho syn dostal dobré vzdělání a stal se inženýrem, a proto ve věku 14 let JJ Jr. odešel na Owens College, nyní známou jako University of Manchester.

O dva roky později Thomson starší zemřel. Peníze také nebyly, ale pomohla maminka a její dobré studijní výsledky, které jí zajistily stipendium. Školení pokračovalo. Owens College měla vynikající kurz experimentální fyziky. Ke studiu fyziky jste však již tehdy potřebovali dobré znalosti matematiky. A Thomson nastupuje na Trinity College v Cambridge, kde studuje teoretickou fyziku a matematiku. V roce 1880, ve věku 24 let, získal bakalářský titul a začal pracovat v Cavendish Laboratory (ve skutečnosti Cambridge Physics Department).

moderní vzhled Cavendishova laboratoř
Připomeňme čtenářům, že laboratoř nedostala své jméno od slavného chemika Henryho Cavendishe, ale podle jména kancléře Cambridge, Williama Cavendishe (Henry byl 2. lord Cavendish a William 7.), který věnoval spoustu peněz na jeho stavbu, i když se v něm samozřejmě zachovala vzpomínka na Henryho Cavendishe.

O čtyři roky později, v roce 1884, když Thomsonovi ještě nebylo 28 let a neměl žádné zvláštní vědecké úspěchy kromě slávy dobrého fyzika a matematika s „ se správnýma rukama“, nebyl registrován, stane se něco úžasného. Ředitel Cavendish Laboratory John William Strett, třetí baron Rayleigh, ostřílený muž, který později (v roce 1904) obdrží Nobelovu cenu za objev argonu a zanechá svůj titul v dějinách vědy ve smyslu Rayleighova rozptylu a Rayleigh mává, rezignovaně. Před Strettem zastával post režiséra sám James Clerk Maxwell (mimochodem, který strávil spoustu času rozborem a publikováním vědeckého archivu Henryho Cavendishe).

John William Strett

A pak je na tento důležitý post jmenován Thomson. Úžasné! Píší, že jeden americký fyzik, který byl na stáži v laboratoři, poté, co se dozvěděl o novém Cavendishově profesorovi, uprchl do své vlasti se slovy „nemá smysl pracovat pod profesorem, který je jen o dva roky starší než vy“, a jedním učitelem z Cambridge. -mentor promluvil ostřeji: "...na univerzitě přicházejí kritické časy, kdy se profesory stávají jen chlapci!" V tomto případě si vybral sám odcházející Strett. Možná proto, že navzdory dosavadní absenci, jak se říká, „průlomových“ výsledků, byl Thomsonův talent stále zřejmý? Není divu, že jeho první tisk vědecká práce publikoval v „Proceedings of the Royal Society of London“, když mu bylo pouhých 19 let. Každopádně se Strett nemýlil – Thomson excelentně vedl laboratoř více než třetinu století, stejně jako jeho předchůdce dostal Nobelovu cenu a předal svůj post stejně skvělému vědci... Ale o tom Později.

Poté, co se stal ředitelem a dostal větší svobodu jednání, začal Thomson studovat elektrickou vodivost plynů v Crookesově trubici. Jedná se o skleněnou nádobu se dvěma elektrodami na opačných koncích, ze které byl odčerpán téměř všechen vzduch. Ve skutečnosti William Crookes, tvůrce tohoto zařízení, zjistil, že když je vzduch dostatečně zředěný, sklo na konci trubice naproti katodě začne fluoreskovat žlutozeleným světlem, zřejmě pod vlivem nějakého druhu záření, kterému se říkalo katodové paprsky.

Fluorescence v katodové trubici

Sir William Crookes s katodovou trubicí. Kreslený 1902

Pár slov je samozřejmě třeba říci o samotném Williamu Crookesovi, tvůrci katodové trubice. Slavný vědec, který objevil thalium a získal helium v ​​laboratoři, byl zaníceným spiritistou. V roce 1874, ve věku 42 let, v rozkvětu svých vědeckých schopností, publikoval článek, ve kterém prohlásil, že spiritualismus je vědecký a že se duchovní jevy skutečně vyskytují. Skandál byl takový, že Crookes musel „lehnout“ na mnoho let – čekat, až se jeho vědecká autorita stane neotřesitelnou, stejně jako jeho postavení v Královské vědecké společnosti, čekat na rytířský titul (1897) a v roce 1898 udělat jakousi „coming out“, ale v duchu těch let.

Podvodníci a duch, kterého vyvolává

Crooks uvedl, že byl oddaným homosexuálním spiritualistou. Tím zůstal Crooks až do své smrti v roce 1919. V letech 1913 až 1915 tedy Královskou společnost v Londýně podle našeho názoru vedl pseudovědec (ale jen ten). Mimochodem, v roce 1915 byl Crookes na tomto postu nahrazen naším hrdinou na 6 let.

Ale vraťme se o tři desetiletí zpět, od starého Crookese k mladému Thomsonovi. Na začátku studií s Crookesovou trubicí vědecký svět došlo k vážným sporům – relativně vzato, zastupitelé Britská škola(a Crookes sám) věřili, že katodové paprsky jsou proudem určitých částic, a zástupci, relativně vzato, Němců na základě nepříliš spolehlivých Hertzových experimentů věřili, že jde o vlny éteru - určité látky, která prostupuje plocha.

Thomsonova katodová trubice c magnetické cívky k vychylování elektronů

Thomsonovou hlavní zásluhou bylo, že dokázal ukázat: katodové paprsky jsou stále částice (korpuskuly, jak je sám Thomson nazýval), a přitom jsou stále stejné. Thomsonovi se dokonce podařilo změřit poměr náboje k hmotnosti částice – nyní jednu ze základních konstant. Tak byly objeveny elektrony a lidstvo udělalo první krok do hlubin atomu. Thomson sám se stal autorem prvního modelu struktury atomu, který se nazýval „rozinkový pudink“ – v nějakém rozmazaném kladně nabitém těle „rozinky“ – elektrony – plavou nebo jsou prostě rozptýleny.

Thomsonův atom

O půl století později by jeho vlastní syn a student obdržel Nobelovu cenu za to, že dokázal ukázat dvojí povahu elektronu objevením jeho vlnových vlastností. A mnohem dříve by jeho první student udělal další krok k pochopení struktury atomu a zničil Thomsonův „chutný“ model.

Ještě před objevem elektronu (1896–1897), v roce 1895, došlo v životě Thomsona a celé britské i světové vědy k další důležité události (ne, Nobelova cena – ta se tehdy vůbec neudělovala a Thomson dostane své zasloužené ocenění až v roce 1906, jak víme, v prvních letech Nobelova komise „vybírala“ hodné fyziky z velmi rozsáhlého fondu). Thomsonův první doktorand (výzkumný student), mladý Novozélanďan Ernest Rutherford, se objevil v Cavendish Laboratory.

Novozélandský vědecký časopis "Rutherford"

Právě s ním Thomson učinil hlavní objev svého života. Rutherfordovy dopisy jeho nevěstě nám zachovaly popis Thomsona a jeho rodiny. „Je velmi příjemný v konverzaci a vůbec to není staromódní fosilie. Co se týče vzhledu, je průměrného vzrůstu, tmavovlasý a velmi mladistvý. Velmi špatně oholený a spíše se nosí dlouhé vlasy. Má hubený, podlouhlý obličej, výraznou hlavu, od nosu mu směřují dva hluboké svislé rýhy... Pozval mě na oběd k sobě na Scroop Terrace, kde jsem viděl jeho ženu - vysokou hnědovlasou ženu s nemocný obličej, ale velmi přátelský a upovídaný...“

Musím říct, že Ji-Gi byl naprosto slušný člověk a normální vedoucí laboratoře. Jakmile uvidíte studenta ve své vlastní laboratoři, ožeňte se. Otec studenta je navíc profesorem medicíny Regius na Cambridge. V roce 1890 se 28letý Thomson a Rose Paget vzali a o dva roky později se jim narodilo první dítě George Paget. Nositel Nobelovy ceny v roce 1937 za objev vlnové povahy elektronu, pokud ano.

George Paget Thomson

Mimochodem, pokud by někdo chtěl statistiky o nominacích, tak zde:

Nobelova cena za fyziku, 1906. 18 nominací.

J.J. Thomson - 8 nominací
Gabriel Lipmann (1908 laureát) - 3
Henri Poincaré (byl nominován 51krát, ale nikdy mu nebyla udělena cena) - 3
Ludwig Boltzmann (který si cenu zasloužil, ale bohužel zemřel v roce 1906) - 2
Zbytek - 1 každý (mezi nimi Thomsonův jmenovec - William Thomson (1824-1907), známější jako Lord Kelvin, kterému se také nepodařilo získat cenu)

Thomson žil dlouhý život. Svou vznešenost si vydobyl, jak s oblibou říkával Vladimir Vorošilov, „vlastním rozumem“, stal se nobelistou. V roce 1913 se stal hlavou Královské společnosti v Londýně a v roce 1919 přenesl profesuru na Rutherforda, který se vrátil do Cambridge. Sedm jeho spolupracovníků se stalo laureáty Nobelovy ceny, počínaje prvním doktorandem Rutherfordem, kterého Thomson přežil a pohřbil. Počkal, až jeho syn získá Nobelovu cenu. Byl hlavou Royal Society of London, hlavou Trinity College...

Bylo mu 84 let, když zemřel; Druhá probíhala světová válka Bitva o Británii byla v plném proudu. JJ obdržel nejvyšší čest, že byl pohřben ve Westminsterském opatství. Mimochodem, další zajímavý bod: Thomson je jedním z mála nositelů Nobelovy ceny z prvních let, které můžeme vidět a slyšet. Na stránkách Nobelova výboru je příspěvek z roku 1934, kde Thomson hovoří o objevu elektronu.

A o samotném přínosu Thomsona, který začal vytvářet školu Cavendish Laboratory, lze slovy Olivera Lodge říci: „Oč méně by svět věděl, kdyby na světě neexistovala Cavendish Laboratory. Ale jak moc by se sláva této proslulé laboratoře snížila, kdyby Sir J. J. Thomson nebyl jedním z jejích ředitelů!

Cavendishova výzkumná skupina. 1932. Sedící (zleva doprava): Ratcliffe, P. Kapitsa, D. Chadwick, Ladenberg, J. J. Thomson. E. Rutherford, C. Wilson, F. Aston, C. Ellis, P. Blackett D. Cockcroft. Druhá řada: čtvrtá zleva - Marcus Oliphant; čtvrtý zprava - Norman Feather.

V roce 1897 britský fyzik Joseph John Thomson (1856-1940) objevil elektron po sérii experimentů zaměřených na studium povahy elektrického výboje ve vakuu. Slavný vědec interpretoval výchylky paprsků elektricky nabitých desek a magnetů jako důkaz, že elektrony jsou mnohem menší než atomy.

Velký fyzik a vědec se musel stát inženýrem

Thomson Joseph John, velký a mentor, se měl stát inženýrem, jak jeho otec věřil, ale v té době rodina neměla prostředky na zaplacení vzdělání. Místo toho mladý Thomson navštěvoval vysokou školu v Machesteru a později v Cambridge. V roce 1884 byl jmenován do prestižní pozice profesora experimentální fyziky v Cambridge, i když osobně prováděl velmi málo experimentálních prací. Objevil svůj talent pro vývoj zařízení a diagnostiku souvisejících problémů. Thomson Joseph John byl dobrý učitel, inspiroval své studenty a věnoval značnou pozornost širokému problému rozvoje nauky o učitelství na univerzitách a středních školách.

Nositel Nobelovy ceny

Thomson obdržel mnoho různých ocenění, včetně Nobelovy ceny za fyziku v roce 1906. Měl také velké potěšení vidět, jak někteří z jeho blízkých spolupracovníků přebírají Nobelovu cenu, včetně Rutherforda za chemii v roce 1908. Řada vědců, jako William Prout a Norman Lockyer, navrhla, že atomy nejsou nejvíce drobné částečky ve Vesmíru a že jsou postaveny ze zásadnějších jednotek.

Objev elektronu (stručně)

V roce 1897 Thompson navrhl, že jedna ze základních jednotek byla 1000krát menší než atom, což se stalo známým jako elektron. Vědec to objevil při svém výzkumu vlastností katodových paprsků. Hmotnost katodových paprsků odhadl měřením tepla generovaného při dopadu paprsků tepelného přechodu a porovnal ji s magnetickou výchylkou paprsku. Jeho experimenty ukazují nejen to, že katodové paprsky jsou 1000krát lehčí než atom vodíku, ale také to, že jejich hmotnost byla stejná bez ohledu na typ atomu. Vědec dospěl k závěru, že paprsky se skládají z velmi lehkých, záporně nabitých částic, které jsou univerzální stavební materiál pro atomy. Tyto částice nazval „corpuscles“, ale později vědci dali přednost názvu „elektrony“, který navrhl George Johnston Stoney v roce 1891.

Thompsonovy experimenty

Porovnáním vychýlení paprsků katodových paprsků s elektrickými a magnetickými poli fyzik získal spolehlivější měření náboje a hmotnosti elektronu. Thomsonův experiment byl proveden ve speciálních katodových trubicích. V roce 1904 předpokládal, že atomový model představuje sféru pozitivní hmoty, ve které jsou polohy částic určovány elektrostatickými silami. Aby vysvětlil obecně neutrální náboj atomu, Thompson navrhl, že částice byly rozmístěny v jednotném poli kladného náboje. Objev elektronu umožnil uvěřit, že atom lze rozdělit na ještě menší části, a byl prvním krokem k vytvoření podrobného modelu atomu.

Historie objevů

Joseph John Thomson je široce uznáván jako objevitel elektronu. Profesor strávil většinu své kariéry prací na různých aspektech vedení elektřiny plyny. V roce 1897 (v roce objevení elektronu) experimentálně dokázal, že takzvané katodové paprsky jsou vlastně záporně nabité částice v pohybu.

Mnoho zajímavých otázek přímo souvisí s procesem objevování. Je jasné, že charakterizace katodových paprsků byla studována ještě před Thomsonem a několik vědců již významně přispělo. Je tedy možné s jistotou říci, že to byl Thomson, kdo jako první objevil elektron? Koneckonců nevynalezl elektronku ani přítomnost katodových paprsků. Objev elektronu je čistě kumulativní proces. Připisovaný průkopník významně přispívá zobecněním a systematizací všech zkušeností, které před ním nashromáždil.

Thomsonovy katodové trubice

Velký objev elektronu byl učiněn pomocí speciálního zařízení a za určitých podmínek. Thomson provedl řadu experimentů s použitím propracované katodové trubice, která obsahovala dvě desky s paprsky putujícími mezi nimi. Dlouhotrvající spor o povaze katodových paprsků produkovaných při průchodu elektrického proudu nádobou, ze které byla evakuována většina vzduchu, byl pozastaven.

Tato nádoba byla katodová trubice. Pomocí vylepšené vakuové metody byl Thomson schopen přesvědčivě argumentovat, že tyto paprsky byly složeny z částic, bez ohledu na typ plynu nebo druh kovu použitého jako vodič. Thomson může být právem nazýván mužem, který rozštěpil atom.

Vědecký samotář? Tohle není o Thomsonovi

Vynikající fyzik své doby nebyl v žádném případě vědeckým samotářem, jak se o skvělých vědcích často domnívá. Byl administrativním vedoucím velmi úspěšné Cavendish Laboratory. Právě tam se vědec setkal s Rose Elizabeth Pagetovou, se kterou se v roce 1890 oženil.

Thomson dokázal nejen řadu výzkumné projekty, financoval také renovaci laboratorních zařízení s malou podporou univerzity a vysokých škol. Byl to talentovaný učitel. Lidé, které kolem sebe v letech 1895 až 1914 shromáždil, pocházeli ze všech světových stran. Někteří z nich pod jeho vedením obdrželi sedm Nobelových cen.

Při práci s Thomsonem v Cavendish Laboratory v roce 1910 provedl výzkum, který vedl k modernímu chápání vnitřních

Thomson bral svou učitelskou práci velmi vážně: dopoledne pravidelně přednášel primárním třídám a odpoledne vyučoval postgraduální studenty vědu. Vědec považoval doktrínu za užitečnou pro výzkumníka, protože vyžaduje periodickou revizi základních myšlenek a zároveň ponechává prostor pro možnost objevit něco nového, čemu předtím nikdo nevěnoval pozornost. Historie objevu elektronu to jasně potvrzuje. Thompson věnoval většinu své vědecké práce studiu průchodu elektricky nabitých proudových částic vakuovým prostorem. Studoval katodu a rentgenové záření a významně přispěl ke studiu atomové fyziky. Kromě toho Thomson také vyvinul teorii pohybu elektronů v magnetických a elektrických polích.

, nositel Nobelovy ceny

Joseph John Thomson(1856-1940) – anglický fyzik, zakladatel vědecká škola, člen (1884) a prezident (1915-1920) Royal Society of London, zahraniční dopisující člen Petrohradské akademie věd (1913) a zahraniční čestný člen (1925) Akademie věd SSSR. Ředitel Cavendishovy laboratoře (1884-1919). Zkoumal průchod elektrického proudu zředěnými plyny. Objevil (1897) elektron a určil (1898) jeho náboj. Navrhl (1903) jeden z prvních modelů atomu. Autor studií elektrických proudů ve zředěných plynech a katodových paprskech, který vysvětlil kontinuitu spektra rentgenového záření, předložil myšlenku existence izotopů a získal to experimentální potvrzení. Jeden z tvůrců elektronické teorie kovů. Nobelova cena (1906).

Joseph Thomson se narodil 18. prosince 1856 v Chatham Hill na předměstí Manchesteru. Zemřel 30. srpna 1940 v Cambridge; pohřben ve Westminsterském opatství.

Matematik přichází do fyziky

Joseph Thomson se narodil v rodině knihkupce. Jeho otec chtěl, aby se stal inženýrem, a když Joseph dosáhl věku čtrnácti let, byl poslán studovat na Owen College (později University of Manchester).

Civilizovaná společnost je jako dítě, které k narozeninám dostalo příliš mnoho hraček.

Thomson Joseph John

Až do poloviny 19. století nebyly na univerzitách žádné výzkumné laboratoře a profesoři, kteří prováděli pokusy, je dělali doma. První fyzikální laboratoř byla otevřena v Cambridge v roce 1874. V jejím čele stál James Clerk Maxwell a po jeho předčasné smrti lord Rayleigh, který odešel do důchodu v roce 1884. A pak, pro mnohé nečekaně, Thomson, osmadvacetiletý- starý matematik, který právě zahájil experimentální výzkum, byl zvolen Cavendishem profesorem a ředitelem laboratoře. Budoucnost ukázala, že tato volba se ukázala jako velmi úspěšná.

Začátek experimentů Josepha Thomsona

Pozornost mnoha fyziků v té době přitahovaly problémy elektřiny a magnetismu. Maxwellovy rovnice se již objevily (i když zatím nejsou běžně používány). Thomson se však neobrátil k té části elektrodynamiky, která bere v úvahu intenzity pole generované „danými“ zdroji (tj. hustoty nábojů a proudů, které jsou známé), ale spíše k otázce fyzikální podstaty těchto zdrojů samotných. V Maxwellově vlastní teorii se o tomto problému téměř nemluvilo. Pro něj elektrický proud- vše, co generuje magnetické pole (rozložení elektrických nábojů, které se v čase nemění, vytváří pouze elektrická pole).

Thomsona zaujala otázka nosičů náboje. Začal studiem proudů ve vzácných plynech, což se pak provádělo v řadě dalších laboratoří. Thomson objevil, že vodivost plynů se zvyšuje pod vlivem rentgenového záření. Důležité výsledky získal při studiu katodových paprsků. těch. proudy vycházející z katod (záporných elektrod) výbojových trubic. Na jejich fyzickou podstatu se pak vyjadřovaly různé názory. Většina německých fyziků věřila, že se jedná o vlny podobné rentgenovému záření, zatímco Angličané je viděli jako proud částic.

V roce 1894 se Thomsonovi podařilo změřit jejich rychlost, která se ukázala být 2000krát menší než světlo, což byl přesvědčivý argument ve prospěch korpuskulární hypotézy. O rok později na to znamení přišel francouzský experimentátor Jean Perrin elektrický náboj katodové paprsky: dopadající na kovový válec, účtovali to záporně. Zbývalo určit hmotnost částic. I tento problém dokázal Thomson brilantně vyřešit. Před zahájením experimentu se ale obrátil k teorii a vypočítal, jak by se nabitá částice měla pohybovat ve zkřížených elektrických a magnetických polích. Bylo zjištěno, že výchylka takové částice závisí na poměru jejího náboje k hmotnosti.

Experiment začal (je třeba poznamenat, že Joseph Thomson, který experiment pečlivě promyslel do všech detailů, to nejčastěji nechal na svých asistentech). Jeho výsledky ukázaly, že hmotnost částic je téměř 2000krát menší. než nejlehčí ionty – vodíkové ionty. Pokud jde o náboj, pro ionty byl již spolehlivě vypočten na základě elektrolýzních experimentů a ukázal se jako kladný. Vzhledem k tomu, že atom vodíku má nulový náboj, naznačovalo to, že existovaly stejné a opačné nosiče jednotlivých částí elektrických nábojů. Částice, které byly součástí katodových paprsků, byly brzy nazývány elektrony. Jejich objev byl jedním z nejdůležitější úspěchy fyzika konce 19. století a přímo souvisí se jménem Thomson, který za to byl oceněn v roce 1906 Nobelova cena.

Model atomu

Ve stejném roce 1897, kdy byl zaznamenán objev elektronu, se D. Thomson obrátil k problému atomu. Poté, co se Thomson přesvědčil, že na rozdíl od svého názvu atom není nedělitelný, navrhl model jeho struktury. Podle tohoto modelu se atom choval jako kladně nabitá „kapka“, uvnitř které „pluly“ malé záporně nabité kuličky – elektrony. Pod vlivem Coulombových sil se nacházely blízko středu atomu ve formě řetězců určitých konfigurací (ve kterých bylo možné dokonce vidět něco, co připomínalo řád v periodické tabulce Mendělejeva). Pokud nějaký tlak vychýlil elektrony z rovnovážných poloh, začaly oscilace (spojení se spektry!) a Coulombovy síly se snažily obnovit původní rovnováhu. I když experimenty, které následně provedl v téže Cavendishově laboratoři Thomsonův nástupce Ernest Rutherford, si vynutily opuštění tohoto modelu, sehrál významnou roli při formování představ o struktuře hmoty.

Od elektronů k jádrům

Joseph Thomson začal svou práci v Cavendish Laboratory studiem rozptylu rentgenového záření a přišel se vzorcem, který nese jeho jméno a popisuje rozptyl elektromagnetických vln volnými elektrony. Tento vzorec stále hraje významnou roli v částicové fyzice.

Důležitá byla také Thomsonova role při objevu fotoelektrického jevu a termionické emise. Myšlenka použití zkřížených polí k měření poměru nábojů částic k jejich hmotnosti se také ukázala jako velmi plodná. Tato myšlenka je základem pro práci hmotnostních spektrografů, kteří našli široké uplatnění v jaderné fyzice a zejména se významně podílel na objevu izotopů (jádra s různou hmotností, ale shodným nábojem, což určuje jejich chemickou nerozlišitelnost). Všimněte si, že předpověď existence izotopů a experimentální detekce některých z nich byla také provedena Thomsonem.

Joseph Thomson byl jedním z nejjasnějších klasických fyziků. Pravda, viděl vznik kvantové teorie (jejíž formování probíhalo z velké části před jeho očima a za přímé účasti jeho mladých kolegů), vznik teorie relativity a atomové a jaderná fyzika. Navíc jeho osobní účast na oné grandiózní revizi celého fyzického světonázoru, kterou přinesla první desetiletí nového století, byla nepochybná a hluboká. Ale až do konce svých dnů si uchoval víru v existenci mechanického éteru, navzdory úspěchům relativistické teorie, kterou vnímal pouze jako odraz některých matematických vlastností Maxwellových rovnic. Ve vztahu ke kvantové teorii zůstal poměrně dlouho skeptickým pozorovatelem a svůj názor na ni změnil až poté, co jeho syn George Paget Thomson experimentálně objevil vlnové vlastnosti elektronů (za což mu byla v roce 1937 udělena Nobelova cena).

100 slavných vědců Sklyarenko Valentina Markovna

THOMSON JOSEPH JOHN (1856 - 1940)

THOMSON JOSEPH JOHN

(1856 – 1940)

Slavný anglický fyzik Joseph John Thomson se narodil 18. prosince 1856 v Cheetham Hill na předměstí Manchesteru (Anglie) v rodině Josepha Jamese Thomsona a Emmy Thomsonové, rozené Swindells. Jeho otec byl slavný knihkupec a nakladatel.

Joseph John a jeho bratr Frederick Vernon, který byl o dva roky mladší než on, trávili letní prázdniny se svou matkou.

V roce 1870, když bylo Josephu Johnovi 14 let, poslal jeho otec chlapce studovat na Owens College (později University of Manchester), kde měl studovat inženýrství. O dva roky později jeho otec zemřel, ale díky stipendiu a finanční podpoře od matky pokračoval mladý Thomson ve studiu na Owens College.

Vysokoškolští učitelé Osborne Reynolds a Balfour Stewart vzbudili ve schopném studentovi zájem o fyziku. Na rozdíl od mnoha jiných vysokých škol ve Velké Británii nabízela Owens College kurz experimentální fyziky, který se Thomsonovi opravdu líbil.

Ve věku 16 let získal Joseph John cenu v matematice a následující rok získal cenu v inženýrství.

Po absolvování Owens College v roce 1876 s titulem inženýr vstoupil Thomson na doporučení svých učitelů na Trinity College, Cambridge University, jednu z nejprestižnějších vysokých škol v zemi. Zde studoval matematiku a její aplikace v oblasti teoretické fyziky. Po nějaké době se Thomson stal stipendistou na University of Cambridge a později mu bylo uděleno osobní stipendium.

V roce 1880 se podle výsledků Cambridgeské zkoušky z matematiky stal Thomson druhým Wranglerem (prvním byl slavný Joseph Larmore). Joseph John byl oceněn Smithovou cenou za svůj mimořádný akademický výkon. Ve stejném roce získal mladý vědec bakalářský titul z matematiky a vstoupil do akademická rada Trinity College. Od této doby až do konce svého života byl Thomson duší a hnací silou vysoké školy. Dva roky tam pracoval 18 hodin týdně. V roce 1883 se Joseph John stal lektorem a později (v roce 1918) mistrem (vedoucím) koleje.

V roce 1871 byla na univerzitě v Cambridge otevřena první fyzikální výzkumná laboratoř. Do této doby univerzity neměly vlastní výzkumné laboratoře a vědci ve většině případů pracovali a objevovali doma. Prvním ředitelem laboratoře byl skvělý James Clerk Maxwell, který inicioval její objev. Po jeho předčasné smrti byl ředitelem zvolen další skvělý fyzik, lord Rayleigh.

V laboratoři bylo učiněno mnoho velkých objevů, později dostala název Cavendish Laboratory (po Henry Cavendish) a stala se světovým centrem experimentální fyziky.

V roce 1884 odstoupil slavný John William Strett, lord Rayleigh (také budoucí laureát Nobelovy ceny), a rozhodl se pokračovat vědecký výzkum v naší vlastní laboratoři.

Zvolení Josepha Johna Thomsona, profesora experimentální fyziky a ředitele Cavendish Laboratory, na uvolněné místo bylo pro mnohé profesory a vědce překvapením. V té době mu bylo pouhých sedmadvacet let, byl specializací matematik a v experimentální fyzice neučinil žádné výrazné objevy. Mladý vědec se teprve vyvíjel matematické modely, která by podle jeho názoru měla odhalit strukturu atomu, a pokračoval v Maxwellově výzkumu v oblasti elektromagnetismu. Po nějaké době se ukázalo, že volba Thomsona na tuto pozici byla velmi úspěšná a Joseph John se stal jedním z velkých ředitelů Cavendish Laboratory.

Nejpopulárnějšími studiemi fyziků v té době byly problémy elektřiny a magnetismu. V jejich prvním laboratorní práce Joseph John se rozhodl prozkoumat elektrickou vodivost plynů a fyzikální podstatu zdrojů, které generují intenzitu pole. Začal studovat proudy ve vzácných plynech.

Talentovaný francouzský fyzik A. Masson provedl v roce 1853 experiment procházením elektrických výbojů skleněnou trubicí, ze které byl odčerpán vzduch. Následně anglický fyzik William Crookes pomocí stejného zařízení provedl mnoho různých experimentů. V jednom z nich Crookes umístil elektrody na opačné konce trubice a mezi ně větrník s lopatkami. Pod vlivem paprsků, které byly šířeny záporně nabitou elektrodou - katodou - se točna otáčela, což umožnilo předpokládat, že katodové paprsky jsou vlastně proudem mikroskopických částic o malé hmotnosti.

Crookes učinil další zajímavá pozorování. Pokud je zapnuto vnitřní povrch V trubicích se usazovaly látky a plyn byl dostatečně zředěn, pak působením katodových paprsků skleněné stěny trubice v blízkosti anody fluoreskovaly zeleným světlem.

Vědci mají různé názory na povahu katodových paprsků. Angličtí fyzici věřili, že katodové paprsky jsou proudem nabitých částic, ale mnoho kontinentálních fyziků, zejména těch německých, na základě experimentů Heinricha Hertze předpokládalo, že tyto paprsky jsou vlny (oscilace) v neznámém beztížném prostředí.

Zájem o studium katodových paprsků podnítil objev rentgenového záření Wilhelmem Roentgenem v roce 1895. Thomson se stal jedním z nejaktivnějších výzkumníků v této oblasti fyziky.

Při práci se svým skvělým asistentem Ernestem Rutherfordem zjistil, že vystavení rentgenovým paprskům zvyšuje elektrickou vodivost plynů. Vědci publikovali slavný článek, ve kterém dospěli k závěru, že výsledná vodivost je velmi podobná iontové vodivosti v roztoku během elektrolýzy.

V roce 1897 Thomson navrhl trubici podobnou Crookesově trubici. S jeho pomocí změřil odchylky katodových paprsků v elektrické pole. V něm vědec použil dvě desky, mezi kterými procházely katodové paprsky. Napětí aplikované na desky mohlo být zvýšeno nebo sníženo a čím vyšší napětí, tím větší odchylka katodových paprsků od přímé dráhy.

V důsledku experimentu Thomson objevil odchylku katodových paprsků pod vlivem elektrické pole. Slavný vědec následně dospěl k závěru, že směr výchylky naznačoval, že částice katodových paprsků nesly záporný elektrický náboj.

Thomsonovu domněnku potvrdil pozoruhodný francouzský experimentální fyzik Jean Perrin. Určil znaménko elektrického náboje jednotlivých částic katodových paprsků jejich nasměrováním na kovový válec. V důsledku experimentu se ukázalo, že válec je záporně nabitý.

Thomson také změřil rychlost katodových paprsků, což se ukázalo být menší rychlost světlo 2000krát, což poskytlo další důkaz ve prospěch korpuskulární povahy paprsků. Následně s pomocí podobného experimentu dokázal slavný vědec zjistit hmotnost a náboj částic, které tvořily katodové paprsky.

Joseph John provedl teoretické výpočty, které měly popsat pohyb nabité částice pod vlivem elektrického a magnetického pole. Podle Thomsona závisela odchylka částice od přímé trajektorie na poměru jejího náboje k hmotnosti.

V návaznosti na to vědec provedl experiment, ve kterém vychyloval katodové paprsky pomocí elektrického pole. Poté pomocí magnetické pole tyto paprsky byly odkloněny opačným směrem, takže se vrátily do původní polohy. Tímto způsobem bylo možné určit rychlost a poměr náboje částice k její hmotnosti.

Experimenty skvěle potvrdily Thomsonovy teoretické závěry. Výsledkem experimentu bylo zjištěno, že poměr náboje částice k její hmotnosti je téměř 1000krát menší než u vodíkových iontů (dnes je známo, že skutečný poměr je přibližně 1837:1). Thomson předpokládal, že náboj částic je co do velikosti stejný jako náboj vodíkového iontu, který byl v té době přesně vypočítán pomocí experimentů v oblasti elektrolýzy. Protože atom vodíku měl nulový náboj, vyvstal předpoklad, že náboj otevřených částic má stejnou hodnotu a opačné znaménko jako náboj vodíkového iontu.

Záporně nabité částice popsané Thomsonem byly brzy nazývány „elektrony“. Objev Josepha Johna Thomsona se stal jedním z nejvýznamnějších objevů ve fyzice 19. století.

Později pomocí zařízení vynalezeného Charlesem Wilsonem bylo možné získat hodnotu elektronového náboje. Ukázalo se, že ve skutečnosti odpovídá hodnotě náboje vodíkového iontu. Thomsonův předpoklad se potvrdil.

V roce 1906 byla Josephu Johnu Thomsonovi udělena Nobelova cena za fyziku „jako uznání za jeho vynikající služby v oblasti teoretické a experimentální výzkum vodivost elektřiny v plynech“.

Profesor J. P. Klason, prezident Královské švédské akademie věd, ve své předváděcí řeči 10. prosince 1906 poděkoval vědci za jeho práci, která umožnila moderním fyzikům posunout se ve výzkumu novými směry. Klason také uvedl, že Thomson se právem řadí k takovým vědeckým géniům jako Faraday a Maxwell.

Ve své Nobelově přednášce „Negativní nosiče náboje“, přednesené 11. prosince 1906, vědec podrobně analyzoval svůj objev elektronů.

Po obdržení Nobelovy ceny Thomson pokračoval ve vědeckém výzkumu. Kromě objevu elektronu učinil mnoho dalších důležitých objevů pro vědu.

Ve svých raných pracích anglický vědec studoval elektromagnetické pole pohybující se nabité koule, teorii vírů a prováděl přesná měření poměru absolutních elektrických jednotek k elektromagnetickým jednotkám.

Ve svých dílech „Elektřina a hmota“, „Hmota a éter“, „Struktura světla“, „Faradayovy silové trubice a Maxwellovy rovnice“ Thomson důsledně rozvíjel vírovou teorii hmoty a interakcí.

Slavné vědcovo dílo „Pojednání o pohybu vírových prstenců“ bylo v roce 1884 oceněno Adamsovou cenou. Na základě vírové teorie éteru Thomson odvodil vzorec E= mc 2 dávno před Einsteinem.

V roce 1886 vyšla jeho slavná práce „Aplikace dynamiky ve fyzice a chemii“ a v roce 1892 vědec vydal svou novou práci„Poznámky k nedávným výzkumům v elektřině a magnetismu“ . Toto dílo se často nazývá „Maxwellův třetí díl“. Společně s profesorem Poyntingem napsal Thomson čtyřsvazkovou učebnici fyziky a v roce 1895 vydal dílo „Elements matematická teorie elektřiny a magnetismu“, který prošel několika dotisky a překlady do různých jazyků světa.

Po objevu elektronu v roce 1897 Thomson navrhl svůj model atomu. Významný vědec navrhl, že atom se skládá z kladně nabité fuzzy koule proložené malými záporně nabitými částicemi - elektrony. Vlivem Coulombových sil se elektrony nacházejí v blízkosti středu atomu, a pokud se v důsledku nějakého působení částice vychýlí z rovnovážné polohy, pak Coulombovy síly obnoví svůj původní stav. Thomsonův model získal mezi vědci vtipnou přezdívku „švestkový pudink“ nebo „pudinkový model“.

V roce 1910 však geniální fyzik Ernest Rutherford, Thomsonův bývalý asistent, spolu se svými studenty Geigerem a Marsdenem provedli řadu experimentů, v jejichž důsledku ukázali klam Thomsonova modelu. Rutherford navrhl nový, takzvaný „planetární“ model atomu. Podle Rutherforda je ve středu atomu, stejně jako Slunce, kladně nabité jádro a záporně nabité elektrony rotují kolem jádra po kruhových drahách. Elektrony jsou vystaveny odstředivé síle, která je vyvážena elektrostatickou přitažlivostí elektronu k jádru. Model navržený Rutherfordem donutil Thomsona přiznat klam jeho modelu atomu. Později další geniální fyzik Niels Bohr Rutherfordův model vylepšil a naznačil, že elektrony se nacházejí kolem jádra na přesně definovaných drahách.

Po řadě úspěšných prací vedoucích k objevu elektronů a jejich vlastností objevil Thomson v roce 1899 elektrony ve fotoproudu a také pozoroval vliv termionické emise. Vědec navíc vysvětlil spojité spektrum rentgenového záření.

Joseph John Thomson se díky své následné práci stal jedním ze zakladatelů elektronické teorie kovů. V roce 1900 odvodil vzorec pro efektivní průřez pro rozptyl elektromagnetických vln volnými elektrony (Thomsonův vzorec). Rok poté, co navrhl model atomu, v roce 1904, Thomson navrhl, aby elektrony v atomu byly uspořádány do skupin různých konfigurací. Tento jev určuje periodicitu chemických prvků.

Od roku 1905 se Thomson zajímal o „kanálové paprsky“ – rychle se pohybující částice produkované za katodou plynové výbojky. Vědec objevil mnoho z jejich charakteristik a také identifikoval typy atomů a atomových skupin v těchto paprscích.

Moderní hmotnostní spektrometrie je založena na Thomsonových myšlenkách.

V roce 1911 vyvinul anglický vědec metodu paraboly k měření poměru hmotnosti částice k jejímu náboji. A hned příští rok pomocí této metody objevil první izotopy. Vědec získal neonové atomy o hmotnosti 20 a 22. Thomsonův objev sehrál důležitou roli v pochopení podstaty radioaktivních prvků (jako je uran, radium).

V roce 1896 Thomson navštívil Spojené státy a přednesl v Princetonu kurz čtyř přednášek, ve kterých shrnul svůj výzkum. (Právě po návratu z Ameriky učinil slavný objev elektronů, o kterém řekl celému světu na své večerní přednášce v Royal Institution 30. dubna 1897.)

V roce 1904 Thomson znovu odcestoval do Ameriky, kde na Yaleově univerzitě přednesl šest přednášek o elektřině a hmotě.

Na můj dlouho vědecký život vědec napsal mnoho učebnic, monografií a děl, které se za jeho života staly klasikou.

Během první světové války pracoval laureát Nobelovy ceny v Úřadu pro výzkum a vynálezy a byl poradcem vlády.

V roce 1918 Thomson rezignoval a opustil post profesora experimentální fyziky na univerzitě v Cambridge a na částečný úvazek ředitele Cavendish Laboratory, kde učinil téměř všechny své důmyslné objevy. Ve stejném roce rezignoval na Royal Institution v Londýně, kde působil od roku 1905.

Vědec pracoval na univerzitě a v laboratoři asi 35 let. Během této doby jich vytvořil mnoho důležité objevy, a Cavendishova laboratoř se stala jedním z největších výzkumných center, ve kterých snili o práci nejlepší fyzici světa.

V následujícím roce Thomsona v těchto funkcích vystřídal jeho asistent Ernest Rutherford a sám nositel Nobelovy ceny se stal šéfem Trinity College Cambridgeské univerzity.

Od roku 1884 byl vědec členem Královské společnosti v Londýně a od roku 1916 do roku 1920 - jejím prezidentem. V roce 1909 se vědec stal prezidentem Britské asociace vědců.

V roce 1890, ve věku 34 let, se slavný vědec oženil s Rose Elizabeth Pagetovou, dcerou sira George Pageta, profesora fyziky na Cambridgeské univerzitě. Pár měl dvě děti - dceru Joannu a syna George.

Později se stal vědecův syn George Paget Thomson slavný fyzik, profesor na univerzitě v Londýně. V roce 1937 také získal Nobelovu cenu za fyziku, kterou obdržel za experimentální objev elektronové difrakce krystaly.

Joseph John Thompson byl věrným zastáncem klasické fyziky a držel se teorie éteru. Kvantovou teorii, stejně jako teorii relativity, přijal chladně a svůj názor změnil až poté, co jeho syn experimentálně objevil vlnové vlastnosti elektronů.

Kromě toho, že Thomson byl největší klasický fyzik, který udělal revoluci vědecké objevy, stal se zakladatelem mezinárodní vědecké školy fyziků. Thomson, jako vynikající vůdce a kvalifikovaný učitel, trénoval a odhalil talenty mnoha začínajících fyziků. Pod jeho vedením pracovali takoví vědečtí géniové jako E. Rutherford, C. Wilson, F. W. Aston, W. Richardson a P. Langevin. Z těch asistentů, kteří pracovali pod jeho vedením v Cavendishově laboratoři, sedm obdrželo Nobelovu cenu.

Slavný vědec Max Born (který se v budoucnu také stane nositelem Nobelovy ceny) napsal, že na vlastním příkladu pocítil kouzlo osobnosti Josepha Johna Thomsona.

Kromě Nobelovy ceny byl Thomson oceněn různými cenami a oceněními, mezi něž patří i ocenění Královské společnosti v Londýně - Královská medaile (1894), Hughesova medaile (1902) a Copleyova medaile (1914). jako Hodgkinsova medaile Smithsonian University ve Washingtonu (1902), medaile B. Franklina (1923), medaile Mescarta (1927), medaile Daltona (1931), medaile M. Faradaye (1938).

Thomson byl členem různých akademií a vědeckých společností. Čestný doktorát mu udělily univerzity v Oxfordu, Cambridge, Dublinu, Londýně, Göttingenu, Oslu, Paříži, Edinburghu, Princetonu, Aténách, Krakově a dalších.

Od roku 1913 byl Thomson zahraničním čestným dopisujícím členem Petrohradské akademie věd a od roku 1925 zahraničním čestným členem Akademie věd SSSR.

V roce 1908 byl slavný vědec povýšen do rytířského stavu a v roce 1912 byl Sir Joseph John Thomson vyznamenán Řádem za zásluhy.

V říjnu 1934 vyrobil Ústav elektrotechniky film, ve kterém Joseph John Thomson vypráví o svém slavné otevření elektron.

Joseph John ve svém volném čase rád pracoval na zahradě a chodil na dlouhé procházky do přírody.

John Joseph Thomson zemřel 30. srpna 1940 ve věku 83 let a byl pohřben 4. září ve Westminster Abbey v Londýně, nedaleko Isaaca Newtona.