Sündis 18. detsembril 1856 Ühendkuningriigis Manchesteri lähedal Cheethamis
Suri 30. augustil 1940 Ühendkuningriigis Cambridge'is
Nobeli füüsikaauhind 1906.
Nobeli komitee sõnastus: "Tunnustamaks tohutut panust gaaside juhtivuse teoreetilistesse ja eksperimentaalsetesse uuringutesse."

Meie praegune tegelane tundub erakordne isegi “tavalise” Nobeli preemia laureaadiga võrreldes. Noh, alustame sellest, et seitse tema "teaduslikku poega" said ka Nobeli preemia laureaadiks (ta elas viie preemia saamiseni). Nagu paljud tema "teaduslikud lapselapsed" (kirjutasime nii kuulsaimast "teadlasest pojast" kui ka ühest tema lapselapsest). Tema enda pojast sai ka Nobeli preemia ja sama elementaarosakese eest, mille meie kangelane avastas. Kas arvasite ära? No muidugi... Saage tuttavaks JJ-ga.

Ja see pole mõne räppari pseudonüüm, see on vana hea Inglismaa. "JJ" on pärisnimi, kuigi see on lühend sõnast "Sir Joseph John Thomson". Thomson polnud aga sünnilt aadlik, nagu tema kuulsaim õpilane Rutherford. Ta sündis raamatumüüja perekonnas, samuti JJ (Joseph James) Thomson ja Emma Swindales. Isa tahtis, et poeg vastu võtaks hea haridus ja sai inseneriks ning seetõttu läks JJ Jr 14-aastaselt Owensi kolledžisse, mida praegu tuntakse Manchesteri ülikooli nime all.

Kaks aastat hiljem suri Thomson Sr. Raha ka polnud, aga abiks oli ema ja tema hea õppeedukus, mis andis talle stipendiumi. Koolitus jätkus. Owensi kolledžis oli suurepärane eksperimentaalfüüsika kursus. Füüsika õppimiseks oli aga juba siis vaja häid teadmisi matemaatikast. Ja Thomson astub Cambridge'i Trinity College'i, kus ta õpib teoreetilist füüsikat ja matemaatikat. 1880. aastal, olles 24-aastane, sai ta bakalaureusekraadi ja asus tööle Cavendishi laboratooriumis (tegelikult Cambridge'i füüsikaosakonnas).

moodne välimus Cavendishi labor
Tuletame lugejatele meelde, et labor ei saanud oma nime mitte kuulsa keemiku Henry Cavendishi, vaid Cambridge'i kantsleri William Cavendishi nime järgi (Henry oli 2. Lord Cavendish ja William 7.), kes annetas palju raha selle ehitamiseks, kuigi loomulikult säilitati selles Henry Cavendishi mälestus.

Neli aastat hiljem, 1884. aastal, kui Thomson polnud veel 28-aastaseks saanud ja tal polnud muid erilisi teadussaavutusi peale hea füüsiku ja matemaatiku kuulsuse. paremate kätega", teda ei registreeritud, juhtub midagi hämmastavat. Cavendishi labori direktor John William Strett, kolmas parun Rayleigh, staažikas mees, kes hiljem (1904. aastal) sai Nobeli preemia argooni avastamise eest ja jättis oma tiitli teaduse ajalukku Rayleighi hajumise ja hajumise osas. Rayleigh lainetab, astus tagasi. Enne Strettit oli direktori ametikohal James Clerk Maxwell ise (muide, kes kulutas palju aega Henry Cavendishi teadusarhiivi analüüsimisele ja avaldamisele).

John William Strett

Ja siis määratakse Thomson sellele tähtsale ametikohale. Imeline! Nad kirjutavad, et üks laboris praktikal olnud Ameerika füüsik, kes oli uuest Cavendishi professorist teada saanud, põgenes kodumaale sõnadega "teist vaid kaks aastat vanema professori käe all on mõttetu töötada" ja üks Cambridge'i õpetaja. -mentor rääkis karmimalt: "...ülikoolis on tulemas kriitilised ajad, mil professoriteks saavad lihtsalt poisid!" Antud juhul tegi valiku pensionile minev Strett ise. Võib-olla sellepärast, et seni, nagu öeldakse, "läbimurdeliste" tulemuste puudumisel oli Thomsoni talent siiski ilmne? Pole ime, et tema esimene trükis teaduslikku tööd avaldati ajakirjas “Proceedings of the Royal Society of London”, kui ta oli vaid 19. Igatahes Strett ei eksinud – Thomson juhtis laboratooriumit suurepäraselt enam kui kolmandiku sajandit, nii nagu tema eelkäija sai Nobeli preemia ja andis oma ametikoha üle sama suurele teadlasele... Aga sellest Hiljem.

Olles saanud direktoriks ja saanud suurema tegutsemisvabaduse, hakkas Thomson uurima gaaside elektrijuhtivust Crookesi torus. See on klaasanum, mille vastasotstes on kaks elektroodi, millest on peaaegu kogu õhk välja pumbatud. Tegelikult avastas selle seadme looja William Crookes, et kui õhk on piisavalt hõrenenud, hakkab klaas katoodi vastas oleva toru otsas fluorestseerima kollakasrohelise valgusega, ilmselt mingi kiirguse mõjul. mida nimetati katoodkiirteks.

Fluorestsents katoodtorus

Sir William Crookes katoodtoruga. Multifilm 1902

Paar sõna tuleb muidugi öelda katoodtoru looja William Crookesi enda kohta. Kuulus teadlane, kes avastas talliumi ja hankis laboris heeliumi, oli innukas spiritist. 1874. aastal, olles 42-aastane, avaldas ta oma teaduslike võimete tippajal artikli, milles väitis, et spiritism on teaduslik ja et vaimunähtused esinevad ka tegelikult. Skandaal oli selline, et Crookes pidi mitu aastat "madalalt lamama" - ootama, kuni tema teaduslik autoriteet muutuks kõigutamatuks, samuti positsioon Kuninglikus Teadusühingus, ootama rüütliametit (1897) ja 1898. “välja tulemas”, aga nende aastate vaimus.

Crooks ja vaim, mille ta välja kutsub

Crooks väitis, et ta on pühendunud homoseksuaalne spiritist. Nii jäi Crooks kuni oma surmani 1919. aastal. Nii et aastatel 1913–1915 juhtis Londoni Kuninglikku Seltsi meie arvates pseudoteadlane (aga ainult seda). Muide, 1915. aastal asendas Crookes selles postituses 6 aastaks meie kangelasega.

Aga läheme kolm aastakümmet tagasi, vanadest Crookesist noore Thomsonini. Oma õpingute alguseks Crookesi toruga teadusmaailm olid tõsised vaidlused - suhteliselt esindajad Briti kool(ja Crookes ise) uskusid, et katoodkiired on teatud osakeste voog, ja suhteliselt sakslaste esindajad uskusid Hertzi mitte väga usaldusväärsete katsete põhjal, et need on eetri lained - teatud aine, mis tungib läbi. ruumi.

Thomsoni katoodtoru c magnetpoolid elektronide kõrvale tõrjumiseks

Thomsoni põhiteene oli see, et ta suutis näidata: katoodkiired on endiselt osakesed (kehad, nagu Thomson ise neid nimetas), ja samal ajal on nad alati samad. Thomsonil õnnestus isegi mõõta osakese laengu ja massi suhet – nüüd on see üks põhikonstandid. Nii avastati elektronid ja inimkond astus esimese sammu aatomi sügavustesse. Thomson ise sai aatomi struktuuri esimese mudeli autoriks, mida nimetati "rosinapudingiks" - "rosinateks" - elektronideks - hõljuvad või on lihtsalt segatud mõnda määrdunud positiivselt laetud kehasse.

Thomsoni aatom

Pool sajandit hiljem saavad tema enda poeg ja õpilane Nobeli preemia selle eest, et suutis näidata elektroni kahetist olemust, avastades selle laineomadused. Ja palju varem astus tema esimene õpilane järgmise sammu aatomi struktuuri mõistmisel ja hävitas Thomsoni "maitsva" mudeli.

Juba enne elektroni avastamist (1896−1897), aastal 1895, toimus Thomsoni ja kogu Briti ja kogu maailma teaduse elus veel üks oluline sündmus (ei, mitte Nobeli preemia - seda siis üldse ei antud ja Thomson saaks oma väljateenitud autasu alles 1906. aastal, nagu me mõistame, esimestel aastatel “valis Nobeli komitee” väärilisi füüsikuid väga suurest hulgast. Thomsoni esimene doktorant (uurija-tudeng), noor uusmeremaalane Ernest Rutherford, ilmus Cavendishi laborisse.

Uus-Meremaa teadusajakiri "Rutherford"

Just temaga tegi Thomson oma elu peamise avastuse. Rutherfordi kirjad oma pruudile säilitasid meile kirjelduse Thomsonist ja tema perekonnast. «Ta on vestluses väga meeldiv ega ole sugugi vanamoodne fossiil. Välimuselt on ta keskmist kasvu, tumedajuukseline ja väga nooruslik. Väga halvasti raseeritud ja kannab pigem pikad juuksed. Tal on kõhn piklik nägu, ilmekas pea, ninast kaks sügavat vertikaalset voldit... Ta kutsus mind lõunale enda juurde Scroop Terrace'ile, kus ma nägin tema naist – pikka pruunijuukselist naist. haige näoga, aga väga sõbralik ja jutukas...”

Pean ütlema, et Ji-Gi oli täiesti korralik mees ja normaalne laborijuht. Kui olete oma laboris õpilasele silma jäänud, abielluge. Lisaks on õpilase isa Cambridge'i meditsiiniprofessor Regius. 1890. aastal abiellusid 28-aastased Thomson ja Rose Paget ning kaks aastat hiljem sündis nende esiklaps George Paget. Nobeli preemia laureaat 1937. aastal elektroni lainelise olemuse avastamise eest, kui sedagi.

George Paget Thomson

Muide, kui keegi soovib statistikat nominatsioonide kohta, siis siin:

Nobeli füüsikaauhind, 1906. 18 nominatsiooni.

J.J. Tomson - 8 nominatsiooni
Gabriel Lipmann (1908. aasta laureaat) – 3
Henri Poincaré (ta nimetati 51 korda, kuid talle ei antud kunagi auhinda) - 3
Ludwig Boltzmann (kes vääris auhinda, kuid kahjuks suri 1906) - 2
Ülejäänud - igaüks 1 (nende hulgas Thomsoni nimekaim - William Thomson (1824-1907), rohkem tuntud kui Lord Kelvin, kellel samuti ei õnnestunud auhinda kätte saada)

Thomson elas pika elu. Ta teenis oma aadli, nagu Vladimir Vorošilov armastas öelda, "oma mõistusega", temast sai nobelist. 1913. aastal sai temast Londoni Kuningliku Seltsi juht ja 1919. aastal andis ta professuuri üle Rutherfordile, kes naasis Cambridge'i. Seitse tema kaastöötajat said Nobeli preemia laureaadiks, alustades esimesest doktorandist Rutherfordist, kelle Thomson elas üle ja mattis. Ta ootas, kuni poeg võidab Nobeli preemia. Ta oli Londoni Kuningliku Seltsi juht, Trinity College'i juht...

Ta oli surres 84-aastane; Teine oli pooleli Maailmasõda Suurbritannia lahing oli täies hoos. JJ pälvis kõrgeima au, et ta maeti Westminsteri kloostrisse. Muide, veel üks huvitav punkt: Thomson on üks väheseid algusaastate nobeliste, keda me saame näha ja kuulda. Nobeli komitee kodulehel on 1934. aastal tehtud postitus, kus Thomson räägib elektroni avastamisest.

Ja Thomsoni panuse kohta, kes asus looma Cavendishi laboratooriumi kooli, võib Oliver Lodge'i sõnadega öelda: „Kui palju vähem teaks maailm, kui Cavendishi laboratooriumi poleks maailmas olemas olnud. Kuid kui palju oleks selle hiilgava labori kuulsus kahanenud, kui Sir J. J. Thomson poleks olnud üks selle juhatajatest!

Cavendishi uurimisrühm. 1932. Istuvad (vasakult paremale): Ratcliffe, P. Kapitsa, D. Chadwick, Ladenberg, J. J. Thomson. E. Rutherford, C. Wilson, F. Aston, C. Ellis, P. Blackett, D. Cockcroft. Teine rida: vasakult neljas - Marcus Oliphant; neljas paremalt - Norman Feather.

1897. aastal avastas Briti füüsik Joseph John Thomson (1856-1940) elektroni pärast mitmeid katseid, mille eesmärk oli uurida elektrilahenduse olemust vaakumis. Kuulus teadlane tõlgendas elektriliselt laetud plaatide ja magnetite kiirte kõrvalekaldeid tõendina, et elektronid on palju väiksemad kui aatomid.

Suurest füüsikust ja teadlasest pidi saama insener

Thomson Joseph John, suur ja mentor, oleks pidanud saama inseneriks, nii uskus tema isa, kuid sel ajal ei olnud perel vahendeid hariduse eest tasumiseks. Selle asemel õppis noor Thomson kolledžis Machesteris ja hiljem Cambridge'is. Aastal 1884 määrati ta prestiižsele Cambridge'i eksperimentaalfüüsika professori ametikohale, kuigi ta tegi isiklikult väga vähe eksperimentaalset tööd. Ta avastas talendi seadmete arendamisel ja sellega seotud probleemide diagnoosimisel. Thomson Joseph John oli hea õpetaja, inspireeris oma õpilasi ja pühendas märkimisväärset tähelepanu õppeteaduse arendamise laiale probleemile ülikoolis ja keskkoolis.

Nobeli preemia laureaat

Thomson pälvis palju erinevaid auhindu, sealhulgas 1906. aastal Nobeli füüsikaauhinna. Tal oli ka suur rõõm näha, et mõned tema lähedased kaastöötajad said Nobeli preemiaid, sealhulgas Rutherford keemia alal 1908. aastal. Mitmed teadlased, nagu William Prout ja Norman Lockyer, on väitnud, et aatomid ei ole kõige olulisemad. pisikesed osakesed Universumis ja et need on üles ehitatud fundamentaalsematest üksustest.

Elektroni avastamine (lühidalt)

1897. aastal tegi Thompson ettepaneku, et üks põhiühikutest on 1000 korda väiksem kui aatom, seda hakati nimetama elektroniks. Teadlane avastas selle katoodkiirte omadusi uurides. Ta hindas katoodkiirte massi, mõõtes soojuse üleminekul tekkivat soojust ja võrdles seda kiire magnetilise läbipaindega. Tema katsed ei näita mitte ainult seda, et katoodkiired on vesinikuaatomist 1000 korda kergemad, vaid ka seda, et nende mass oli olenemata aatomi tüübist sama. Teadlane jõudis järeldusele, et kiired koosnevad väga kergetest negatiivselt laetud osakestest, mis on universaalsed ehitusmaterjal aatomite jaoks. Ta nimetas neid osakesi "kehadeks", kuid hilisemad teadlased eelistasid nimetust "elektronid", mille pakkus välja George Johnston Stoney 1891. aastal.

Thompsoni katsed

Võrreldes katoodkiirte läbipainet elektri- ja magnetväljadega, sai füüsik usaldusväärsemad elektroni laengu ja massi mõõtmised. Thomsoni katse viidi läbi spetsiaalsetes elektronkiiretorudes. 1904. aastal püstitas ta hüpoteesi, et aatomimudel kujutab endast positiivse aine sfääri, milles osakeste asukoha määravad elektrostaatilised jõud. Aatomi üldiselt neutraalse laengu selgitamiseks pakkus Thompson, et kehakesed paiknesid ühtlases positiivse laengu väljas. Elektroni avastamine võimaldas arvata, et aatomit saab jagada veelgi väiksemateks osadeks, ning see oli esimene samm aatomi üksikasjaliku mudeli loomise suunas.

Avastamise ajalugu

Joseph John Thomsonit tuntakse laialdaselt elektroni avastajana. Professor tegeles suurema osa oma karjäärist gaaside kaudu elektrijuhtimise erinevate aspektidega. 1897. aastal (aastal, mil elektron avastati) tõestas ta eksperimentaalselt, et nn katoodkiired on tegelikult liikuvad negatiivselt laetud osakesed.

Paljud huvitavad küsimused on otseselt seotud avastamisprotsessiga. On selge, et katoodkiirte iseloomustamist oli uuritud juba enne Thomsonit ja mitmed teadlased olid juba andnud olulise panuse. Kas siis saab kindlalt väita, et just Thomson avastas elektroni esimesena? Lõppude lõpuks ei leiutanud ta vaakumtoru ega katoodkiirte olemasolu. Elektroni avastamine on puhtalt kumulatiivne protsess. Tunnustatud pioneer annab suure panuse, üldistades ja süstematiseerides kogu enne teda kogutud kogemusi.

Thomsoni elektronkiiretorud

Elektroni suur avastus tehti spetsiaalsete seadmete abil ja teatud tingimustel. Thomson viis läbi rea katseid, kasutades keerukat katoodkiiretoru, mis sisaldas kahte plaati, mille vahel liikusid kiired. Pikaajaline vaidlus katoodkiirte olemuse üle, mis tekivad siis, kui elektrivool läbib laeva, millest suurem osa õhust on evakueeritud, on peatatud.

See anum oli katoodkiiretoru. Täiustatud vaakummeetodit kasutades suutis Thomson esitada veenva argumendi, et need kiired koosnesid osakestest, sõltumata sellest, millist gaasi või juhina kasutatud metalli tüüpi. Thomsonit võib õigusega nimetada meheks, kes lõhestas aatomi.

Teaduslik erak? See ei puuduta Thomsonit

Oma aja silmapaistev füüsik ei olnud sugugi teaduslik erak, nagu sageli arvatakse hiilgavate teadlaste kohta. Ta oli ülieduka Cavendishi laboratooriumi haldusjuht. Seal kohtus teadlane Rose Elizabeth Pagetiga, kellega ta 1890. aastal abiellus.

Thomson mitte ainult ei suutnud mitmeid uurimisprojektid, rahastas ta ka ülikooli ja kolledžite vähese toetusega laboriruumide renoveerimist. Ta oli andekas õpetaja. Inimesed, keda ta aastatel 1895–1914 enda ümber kogus, tulid igast maailma otsast. Mõned neist said tema juhtimisel seitse Nobeli preemiat.

Töötades koos Thomsoniga Cavendishi laboris 1910. aastal, viis ta läbi uuringud, mis viisid sisemise tänapäevase mõistmiseni.

Thomson võttis oma õpetajatööd väga tõsiselt: ta pidas regulaarselt hommikuti algklassidele loenguid ja pärastlõunal õpetas magistrantidele loodusteadusi. Teadlane pidas doktriini uurijale kasulikuks, kuna see eeldab perioodilist põhiideede ülevaatamist ja samas ruumi jätmist võimalusele avastada midagi uut, millele varem polnud keegi tähelepanu pööranud. Elektroni avastamise ajalugu kinnitab seda selgelt. Thompson pühendas suurema osa oma teaduslikust tööst elektriliselt laetud vooluosakeste vaakumruumi läbimise uurimisele. Ta õppis katood- ja röntgenikiirgust ning andis tohutu panuse aatomifüüsika uurimisse. Lisaks töötas Thomson välja ka teooria elektronide liikumisest magnet- ja elektriväljas.

, Nobeli preemia laureaat

Joseph John Thomson(1856-1940) – inglise füüsik, asutaja teaduslik kool, Londoni Kuningliku Seltsi liige (1884) ja president (1915-1920), Peterburi Teaduste Akadeemia väliskorrespondentliige (1913) ja NSVL Teaduste Akadeemia välismaa auliige (1925). Cavendishi labori direktor (1884-1919). Uuris elektrivoolu läbimist läbi haruldaste gaaside. Avastas (1897) elektroni ja määras (1898) selle laengu. Pakuti välja (1903) üks esimesi aatomimudeleid. Haruldaste gaaside ja katoodkiirte elektrivoolude uuringute autor, kes selgitas röntgenikiirguse spektri järjepidevust, esitas idee isotoopide olemasolust ja sai sellele eksperimentaalse kinnituse. Üks metallide elektroonilise teooria loojaid. Nobeli preemia (1906).

Joseph Thomson sündis 18. detsembril 1856 Manchesteri eeslinnas Chatham Hillis. Suri 30. augustil 1940 Cambridge'is; maetud Westminster Abbeysse.

Matemaatik tuleb füüsikasse

Joseph Thomson sündis raamatumüüja perre. Tema isa soovis, et temast saaks insener ja kui Joseph sai neljateistkümneaastaseks, saadeti ta õppima Oweni kolledžisse (hilisem Manchesteri ülikool).

Tsiviliseeritud ühiskond on nagu laps, kes sai sünnipäevaks liiga palju mänguasju.

Tomson Joseph John

Kuni 19. sajandi keskpaigani ei olnud ülikoolides teaduslaboreid ja katseid läbi viinud professorid tegid seda kodus. Esimene füüsikaline laboratoorium avati Cambridge'is 1874. aastal. Seda juhtis James Clerk Maxwell ja pärast tema varajast surma lord Rayleigh, kes läks pensionile 1884. aastal. Ja siis, paljudele ootamatult, Thomson, 28-aastane vana matemaatik, kes oli just alustanud eksperimentaalset uurimistööd, valiti Cavendishi professoriks ja labori direktoriks. Tulevik näitas, et see valik osutus väga edukaks.

Joseph Thomsoni katsete algus

Paljude tolleaegsete füüsikute tähelepanu köitsid elektri ja magnetismi probleemid. Maxwelli võrrandid on juba ilmunud (kuigi need pole veel üldkasutusse jõudnud). Kuid Thomson ei pöördunud mitte selle elektrodünaamika osa poole, mis arvestab "antud" allikate tekitatud väljatugevustega (st mille laengute ja voolude tihedus on teada), vaid pigem nende allikate füüsilise olemuse küsimusele. Maxwelli enda teoorias seda küsimust peaaegu ei käsitletud. Tema jaoks elektrit- kõik, mis tekitab magnetvälja (ajas muutumatute elektrilaengute jaotumised tekitavad ainult elektrivälju).

Thomsonit köitis laengukandjate küsimus. Ta alustas haruldaste gaaside voolude uurimisega, mida siis tehti paljudes teistes laborites. Thomson avastas, et gaaside juhtivus suureneb röntgenikiirguse mõjul. Katoodkiirte uurimisel sai ta olulisi tulemusi. need. voolud, mis väljuvad lahendustorude katoodidest (negatiivsetest elektroodidest). Seejärel avaldati nende füüsilise olemuse kohta erinevaid arvamusi. Enamik saksa füüsikuid uskus, et need on röntgenikiirgusega sarnased lained, samas kui inglased nägid neid osakeste voona.

1894. aastal õnnestus Thomsonil mõõta nende kiirust, mis osutus valgusest 2000 korda väiksemaks, mis oli veenev argument korpuskulaarse hüpoteesi kasuks. Aasta hiljem mõtles prantsuse eksperimentaator Jean Perrin selle märgi välja elektrilaeng katoodkiired: kukkumine metallist silinder, laadisid nad selle negatiivselt. Jäi kindlaks osakeste mass. Thomson suutis ka selle probleemi hiilgavalt lahendada. Kuid enne katse alustamist pöördus ta teooria poole ja arvutas välja, kuidas laetud osake peaks liikuma ristuvates elektri- ja magnetväljades. Leiti, et sellise osakese läbipaine sõltus selle laengu ja massi suhtest.

Katse algas (tuleb märkida, et kõige sagedamini jättis Joseph Thomson, olles katse hoolikalt läbi mõelnud kõik üksikasjad, selle oma assistentide hooleks). Tema tulemused näitasid, et osakeste mass on peaaegu 2000 korda väiksem. kui kõige kergemad ioonid – vesinikioonid. Mis puutub laengusse, siis ioonide puhul on see elektrolüüsikatsete põhjal juba usaldusväärselt arvutatud ja osutunud positiivseks. Kuna vesinikuaatomi laeng on null, viitas see sellele, et elektrilaengute diskreetsete osade kandjad olid võrdsed ja vastupidised. Neid osakesi, mis olid osa katoodkiirtest, nimetati peagi elektronideks. Nende avastus oli üks tähtsamad saavutused 19. sajandi lõpu füüsika ja see on otseselt seotud Thomsoni nimega, kes pälvis selle eest 1906. aastal. Nobeli preemia.

Aatomi mudel

Samal 1897. aastal, kui registreeriti elektroni avastus, pöördus D. Thomson aatomi probleemi poole. Olles veendunud, et vastupidiselt oma nimele ei ole aatom jagamatu, pakkus Thomson välja selle struktuuri mudeli. Selle mudeli kohaselt toimis aatom positiivselt laetud "tilgana", mille sees "hõljusid" väikesed negatiivselt laetud kuulid - elektronid. Coulombi jõudude mõjul asusid need aatomi keskpunkti lähedal teatud konfiguratsiooniga ahelatena (milles võis isegi Mendelejevi perioodilisustabelis näha midagi korda meenutavat). Kui mingi tõuge elektronid tasakaaluasenditest kõrvale kaldus, algasid võnkumised (ühendus spektritega!) ja Coulombi jõud püüdsid taastada esialgset tasakaalu. Kuigi Thomsoni järglase Ernest Rutherfordi hiljem samas Cavendishi laboris läbiviidud katsed sundisid sellest mudelist loobuma, mängis see olulist rolli mateeria struktuuri käsitlevate ideede kujunemisel.

Elektronidest tuumadeni

Alustades oma tööd Cavendishi laboris röntgenikiirguse hajumise uurimisega, tuli Joseph Thomson välja valemiga, mis kannab tema nime ja kirjeldab elektromagnetlainete hajumist vabade elektronide poolt. See valem mängib osakeste füüsikas endiselt silmapaistvat rolli.

Tähtis oli ka Thomsoni roll fotoelektrilise efekti ja termilise emissiooni avastamisel. Väga viljakaks osutus ka idee kasutada ristuvaid välju osakeste laengute ja nende masside suhte mõõtmiseks. See idee on aluseks töö massispektrograafidele, mis leiti lai rakendus tuumafüüsikas ja eriti mängis olulist rolli isotoopide (erineva massiga, kuid identse laenguga tuumad, mis määrab nende keemilise eristamatuse) avastamisel. Pange tähele, et isotoopide olemasolu ennustamise ja mõnede nende eksperimentaalse tuvastamise tegi samuti Thomson.

Joseph Thomson oli üks säravamaid klassikalisi füüsikuid. Tõsi, ta nägi kvantteooria tekkimist (mille kujunemine toimus suures osas tema silme all ja noorte kolleegide otsesel osalusel), relatiivsusteooria tekkimist ning aatomi- ja tuumafüüsika. Pealegi oli tema isiklik osalemine kogu füüsilise maailmapildi suurejoonelises revisjonis, mille tõid uue sajandi esimesed aastakümned, vaieldamatu ja sügav. Kuid kuni oma päevade lõpuni säilitas ta usu mehaanilise eetri olemasolusse, hoolimata relativistliku teooria edust, mida ta tajus vaid Maxwelli võrrandite mõningate matemaatiliste omaduste peegeldusena. Seoses kvantteooriaga jäi ta üsna pikaks ajaks skeptiliseks vaatlejaks ja muutis oma arvamust selle kohta alles pärast seda, kui poeg George Paget Thomson avastas eksperimentaalselt elektronide lainelised omadused (selle eest pälvis ta 1937. aastal Nobeli preemia).

100 kuulsat teadlast Sklyarenko Valentina Markovna

THOMSON JOSEPH JOHN (1856-1940)

THOMSON JOSEPH JOHN

(1856–1940)

Kuulus inglise füüsik Joseph John Thomson sündis 18. detsembril 1856 Manchesteri (Inglismaa) eeslinnas Cheetham Hillis Joseph James Thomsoni ja Emma Thomsoni, sündinud Swindellsi, perekonnas. Tema isa oli kuulus raamatumüüja ja kirjastaja.

Joseph John ja tema vend Frederick Vernon, kes oli temast kaks aastat noorem, veetsid suvepuhkuse koos emaga.

1870. aastal, kui Joseph John oli 14-aastane, saatis isa poisi õppima Owensi kolledžisse (hiljem Manchesteri ülikool), kus ta õppis inseneri erialal. Kaks aastat hiljem ta isa suri, kuid tänu ema stipendiumile ja rahalisele toetusele jätkas noor Thomson õpinguid Owensi kolledžis.

Kolledži õppejõud Osborne Reynolds ja Balfour Stewart sisendasid võimekatesse õpilastesse huvi füüsika vastu. Erinevalt paljudest teistest Suurbritannia kolledžitest pakkus Owensi kolledž eksperimentaalfüüsika kursust, mis Thomsonile väga meeldis.

16-aastaselt võitis Joseph John matemaatikaauhinna ja järgmisel aastal inseneriteaduse auhind.

Pärast Owensi kolledži lõpetamist 1876. aastal insenerina astus Thomson oma õpetajate soovitusel Cambridge'i ülikooli Trinity kolledžisse, mis on riigi üks prestiižsemaid kolledžiid. Siin õppis ta matemaatikat ja selle rakendusi teoreetilise füüsika vallas. Mõne aja pärast sai Thomsonist Cambridge'i ülikooli stipendiaat ja hiljem pälvis ta isikliku stipendiumi.

1880. aastal sai Thomsonist matemaatika Cambridge'i eksami tulemuste kohaselt teine ​​Wrangler (esimene oli kuulus Joseph Larmore). Joseph John pälvis silmapaistva õppeedukuse eest Smithi auhinna. Samal aastal sai noor teadlane bakalaureusekraadi matemaatikas ja astus ülikooli Akadeemiline nõukogu Trinity kolledž. Sellest ajast kuni oma elu lõpuni oli Thomson kolledži hing ja liikumapanev jõud. Kaks aastat töötas ta seal 18 tundi nädalas. 1883. aastal sai Joseph Johnist kolledži õppejõud ja hiljem (1918. aastal) magister (juhataja).

1871. aastal avati Cambridge'i ülikoolis esimene füüsika uurimislabor. Kuni selle ajani ei olnud ülikoolidel oma uurimislaboreid ning teadlased töötasid ja tegid avastusi enamasti kodus. Labori esimene direktor oli suur James Clerk Maxwell, kes algatas selle avastamise. Pärast tema varajast surma valiti direktoriks teine ​​suur füüsik Lord Rayleigh.

Laboris tehti palju suuri avastusi, mis hiljem sai nime Cavendishi labor (Henry Cavendishi järgi) ja sellest sai maailma eksperimentaalfüüsika keskus.

1884. aastal astus tagasi kuulus John William Strett, Lord Rayleigh (samuti tulevane Nobeli preemia laureaat), otsustades jätkata. Teaduslikud uuringud meie enda laboris.

Eksperimentaalfüüsika professori ja Cavendishi laboratooriumi direktori Joseph John Thomsoni valimine vabanenud ametikohale tuli paljudele professoritele ja teadlastele üllatusena. Sel ajal oli ta vaid kahekümne seitsme aastane, erialalt matemaatik ega teinud eksperimentaalfüüsikas märgatavaid avastusi. Noor teadlane alles arenes matemaatilised mudelid, mis tema arvates peaks paljastama aatomi ehituse ning jätkas Maxwelli uurimistööd elektromagnetismi vallas. Mõne aja pärast sai selgeks, et Thomsoni valimine sellele ametikohale oli väga edukas ja Joseph Johnist sai üks Cavendishi labori suuri juhte.

Füüsikute populaarseimad uurimused olid tol ajal elektri ja magnetismi probleemid. Nende esimeses laboritööd Joseph John otsustas uurida gaaside elektrijuhtivust ja väljatugevusi tekitavate allikate füüsikalist olemust. Ta hakkas uurima voolusid haruldastes gaasides.

Veel 1853. aastal viis andekas prantsuse füüsik A. Masson läbi katse, lastes elektrilahendusi läbi klaastoru, millest õhk oli välja pumbatud. Seejärel viis inglise füüsik William Crookes sama seadme abil läbi palju erinevaid katseid. Ühes neist asetas Crookes toru vastasotstesse elektroodid ja nende vahele teradega pöördaluse. Negatiivselt laetud elektroodi - katoodi - poolt levitatud kiirte mõjul pöörles pöördlaud, mis võimaldas eeldada, et katoodkiired on tegelikult väikese massiga mikroskoopiliste osakeste voog.

Crookes tegi muid huvitavaid tähelepanekuid. Kui sees sisepind torudesse ladestusid ained ja gaas oli piisavalt haruldane, siis katoodkiirte toimel fluorestseerusid anoodi lähedal olevad toru klaasseinad rohelise valgusega.

Teadlastel on katoodkiirte olemuse kohta erinevad arvamused. Inglise füüsikud uskusid, et katoodkiired on laetud osakeste voog, kuid paljud mandrifüüsikud, eriti saksa füüsikud, eeldasid Heinrich Hertzi katsete põhjal, et need kiired on lained (võnkumised) tundmatus kaaluta keskkonnas.

Huvi katoodkiirte uurimise vastu õhutas Wilhelm Roentgeni poolt 1895. aastal avastatud röntgenikiirgus. Thomsonist sai üks aktiivsemaid uurijaid selles füüsikavaldkonnas.

Koostöös oma suurepärase assistendi Ernest Rutherfordiga avastas ta, et kokkupuude röntgenikiirgusega suurendab gaaside elektrijuhtivust. Teadlased avaldasid kuulsa artikli, milles nad jõudsid järeldusele, et saadud juhtivus on väga sarnane elektrolüüsi ajal lahuses oleva ioonjuhtivusega.

1897. aastal kavandas Thomson toru, mis sarnaneb Crookesi toruga. Selle abiga mõõtis ta katoodkiirte hälbeid sisse elektriväli. Selles kasutas teadlane kahte plaati, mille vahelt läbisid katoodkiired. Plaatidele rakendatavat pinget sai suurendada või vähendada ning mida kõrgem on pinge, seda suurem on katoodkiirte kõrvalekaldumine sirgelt teelt.

Katse tulemusena avastas Thomson katoodkiirte kõrvalekaldumise elektriväli. Seejärel jõudis kuulus teadlane järeldusele, et läbipainde suund näitas, et katoodkiirte osakesed kannavad negatiivset elektrilaengut.

Thomsoni oletust kinnitas tähelepanuväärne prantsuse eksperimentaalfüüsik Jean Perrin. Ta määras katoodkiirte koostisosakeste elektrilaengu märgi, suunates need metallsilindrisse. Katse tulemusena osutus silinder negatiivselt laetuks.

Thomson mõõtis ka katoodkiirte kiirust, milleks osutus vähem kiirust valgust 2000 korda, mis andis täiendavaid tõendeid kiirte korpuskulaarse olemuse kasuks. Seejärel suutis kuulus teadlane sarnase katse abil kindlaks teha katoodkiirte moodustavate osakeste massi ja laengu.

Joseph John viis läbi teoreetilised arvutused, mis pidid kirjeldama laetud osakese liikumist elektri- ja magnetvälja mõjul. Thomsoni järgi sõltus osakese kõrvalekalle sirgelt trajektoorist tema laengu ja massi suhtest.

Pärast seda viis teadlane läbi eksperimendi, mille käigus ta suunas katoodkiired elektrivälja abil kõrvale. Seejärel kasutades magnetväli need kiired kaldusid vastupidises suunas, nii et nad pöördusid tagasi oma algasendisse. Nii oli võimalik määrata osakese laengu kiirus ja suhe selle massi.

Katsed kinnitasid Thomsoni teoreetilisi järeldusi hiilgavalt. Katse tulemusena selgus, et osakese laengu ja massi suhe on ligi 1000 korda väiksem vesinikioonide omast (tänapäeval on teada, et tegelik suhe on ligikaudu 1837:1). Thomson oletas, et osakeste laeng oli suurusjärgus võrdne vesinikiooni laenguga, mis oli selleks ajaks elektrolüüsi valdkonna katsete abil täpselt välja arvutatud. Kuna vesinikuaatomi laeng oli null, siis tekkis eeldus, et avatud osakeste laeng on väärtuselt võrdne ja märgilt vastupidine vesinikiooni laenguga.

Varsti hakati Thomsoni kirjeldatud negatiivselt laetud osakesi nimetama "elektroniteks". Joseph John Thomsoni avastusest sai 19. sajandi füüsika üks olulisemaid avastusi.

Hiljem oli Charles Wilsoni leiutatud seadme abil võimalik saada elektronlaengu väärtus. Selgus, et tegelikult vastab see vesinikiooni laengu väärtusele. Tomsoni oletus leidis kinnitust.

Aastal 1906 pälvis Joseph John Thomson Nobeli füüsikaauhinna "tunnustamiseks tema silmapaistvate teenete eest teoreetilise ja eksperimentaalsed uuringud elektrijuhtivus gaasides".

Rootsi Kuningliku Teaduste Akadeemia president professor J. P. Klason tänas oma ettekandes 10. detsembril 1906 teadlast tehtud töö eest, mis võimaldas nüüdisaegsetel füüsikutel viia uurimistööd uutesse suundadesse. Klason väitis ka, et Thomson kuulub õigustatult selliste teadusgeeniuste hulka nagu Faraday ja Maxwell.

11. detsembril 1906 peetud Nobeli loengus “Negatiivse laengu kandjad” analüüsis teadlane üksikasjalikult oma elektronide avastust.

Pärast Nobeli preemia saamist jätkas Thomson oma teaduslikku uurimistööd. Lisaks elektroni avastamisele tegi ta palju muid teaduse jaoks olulisi avastusi.

Inglise teadlane uuris oma esimestes töödes liikuva laetud kuuli elektromagnetvälja, keeriste teooriat ning teostas absoluutsete elektriühikute ja elektromagnetiliste ühikute suhte täppismõõtmisi.

Oma töödes “Elekter ja aine”, “Aine ja eeter”, “Valguse struktuur”, “Faraday jõutorud ja Maxwelli võrrandid” arendas Thomson järjekindlalt mateeria ja vastastikmõjude keeristeteooriat.

Teadlase kuulus teos “Traktaat keeriserõngaste liikumisest” pälvis 1884. aastal Adamsi auhinna. Tuginedes eetri keeristeteooriale, tuletas Thomson valemi E= mc 2 ammu enne Einsteini.

1886. aastal ilmus tema kuulus teos “Dünaamika rakendamine füüsikas ja keemias” ning 1892. aastal avaldas teadlane oma uus töökoht"Märkused elektri ja magnetismi hiljutiste uuringute kohta". Seda teost nimetatakse sageli "Maxwelli kolmandaks köiteks". Koos professor Poyntingiga kirjutas Thomson neljaköitelise füüsikaõpiku ning avaldas 1895. aastal teose „Elements matemaatiline teooria elekter ja magnetism”, mis läbis mitmeid kordustrükke ja tõlkeid erinevatesse maailma keeltesse.

Pärast elektroni avastamist 1897. aastal pakkus Thomson välja oma aatomimudeli. Väljapaistev teadlane pakkus välja, et aatom koosneb positiivselt laetud hägusest sfäärist, mille vahele jäävad väikesed negatiivselt laetud osakesed - elektronid. Coulombi jõudude mõjul paiknevad elektronid aatomi keskpunkti lähedal ja kui mingi tegevuse tulemusena osakesed tasakaaluasendist kõrvale kalduvad, siis Coulombi jõud taastavad oma esialgse oleku. Thomsoni modell sai teadlaste seas humoorika hüüdnime "ploompuding" või "pudingu mudel".

Kuid 1910. aastal viis geniaalne füüsik Ernest Rutherford, Thomsoni endine assistent, koos oma õpilaste Geigeri ja Marsdeniga läbi rea katseid, mille tulemusena näitasid nad Thomsoni mudeli ekslikkust. Rutherford pakkus välja aatomi uue, niinimetatud "planetaarse" mudeli. Rutherfordi järgi on aatomi keskmes sarnaselt Päikesega positiivselt laetud tuum ning negatiivselt laetud elektronid pöörlevad ümber tuuma ringorbiitidel. Elektronidele mõjub tsentrifugaaljõud, mida tasakaalustab elektroni elektrostaatiline külgetõmme tuumale. Rutherfordi pakutud mudel sundis Thomsonit tunnistama oma aatomimudeli ekslikkust. Hiljem täiustas teine ​​geniaalne füüsik Niels Bohr Rutherfordi mudelit, viidates sellele, et elektronid paiknevad tuuma ümber rangelt määratletud orbiitidel.

Pärast mitmeid edukaid töid, mis viisid elektronide ja nende omaduste avastamiseni, avastas Thomson 1899. aastal fotovoolus elektronid ja jälgis ka termoemissiooni mõju. Lisaks selgitas teadlane röntgenkiirguse pidevat spektrit.

Tänu oma hilisemale tööle sai Joseph John Thomsonist üks metallide elektroonilise teooria rajajaid. 1900. aastal tuletas ta vabade elektronide poolt elektromagnetlainete hajumise efektiivse ristlõike valemi (Thomsoni valem). Aasta pärast aatomi mudeli väljapakkumist, 1904. aastal, tegi Thomson ettepaneku, et aatomis olevad elektronid oleksid paigutatud erineva konfiguratsiooniga rühmadesse. See nähtus määrab keemiliste elementide perioodilisuse.

Alates 1905. aastast oli Thomson olnud huvitatud "kanalikiirtest" - kiiresti liikuvatest osakestest, mis tekivad gaaslahendustoru katoodi taga. Teadlane avastas palju nende omadusi ning tuvastas ka nende kiirte aatomite ja aatomirühmade tüübid.

Kaasaegne massispektromeetria põhineb Thomsoni ideedel.

1911. aastal töötas inglise teadlane välja parabooli meetodi osakese massi ja selle laengu suhte mõõtmiseks. Ja juba järgmisel aastal avastas ta seda meetodit kasutades esimesed isotoobid. Teadlane sai neoonaatomeid massiga 20 ja 22. Thomsoni avastus mängis olulist rolli radioaktiivsete elementide (nagu uraan, raadium) olemuse mõistmisel.

1896. aastal külastas Thomson USA-d ja pidas Princetonis neljast loengust koosneva kursuse, milles tegi kokkuvõtte oma uurimistööst. (Just Ameerikast naastes tegi ta kuulsa elektronide avastuse, millest ta rääkis kogu maailmale oma õhtusel loengul Kuninglikus Instituudis 30. aprillil 1897.)

1904. aastal reisis Thomson taas Ameerikasse, kus pidas Yale'i ülikoolis kuus loengut elektrist ja mateeriast.

Minu kauaks teaduselu teadlane kirjutas palju õpikuid, monograafiaid ja teoseid, millest sai tema eluajal klassika.

Esimese maailmasõja ajal töötas Nobeli preemia laureaat uurimis- ja leiutamisbüroos ning oli valitsuse nõunik.

1918. aastal astus Thomson tagasi, jättes oma ametikoha Cambridge'i ülikooli eksperimentaalfüüsika professori ja Cavendishi labori osalise tööajaga direktorina, kus ta tegi peaaegu kõik oma geniaalsed avastused. Samal aastal lahkus ta Londoni Kuninglikust Instituudist, kus oli töötanud alates 1905. aastast.

Teadlane töötas ülikoolis ja laboris umbes 35 aastat. Selle aja jooksul tegi ta palju olulised avastused ja Cavendishi laborist sai üks suurimaid uurimiskeskusi, kus töötamisest unistasid maailma parimad füüsikud.

Järgmisel aastal asendas Thomsoni neil ametikohtadel tema assistent Ernest Rutherford ja Nobeli preemia laureaat ise sai Cambridge'i ülikooli Trinity kolledži juhiks.

Alates 1884. aastast oli teadlane Londoni Kuningliku Seltsi liige ja aastatel 1916–1920 selle president. 1909. aastal sai teadlasest Briti Teadlaste Ühenduse president.

1890. aastal abiellus kuulus teadlane 34-aastaselt Cambridge'i ülikooli füüsikaprofessori Sir George Pageti tütre Rose Elizabeth Pagetiga. Paaril oli kaks last – tütar Joanna ja poeg George.

Hiljem sai teadlase poeg George Paget Thomson kuulus füüsik, Londoni ülikooli professor. 1937. aastal võitis ta ka Nobeli füüsikaauhinna, mille ta sai kristallide abil elektronide difraktsiooni eksperimentaalse avastamise eest.

Joseph John Thompson oli klassikalise füüsika kindel toetaja ja järgis eetri teooriat. Ta sai kvantteooria, nagu ka relatiivsusteooria, külmalt ja muutis meelt alles pärast seda, kui poeg avastas eksperimentaalselt elektronide lainelised omadused.

Peale selle, et Thomson oli suurim klassikaline füüsik, kes tegi revolutsiooniliseks teaduslikud avastused aastal sai temast rahvusvahelise füüsikute teaduskooli asutaja. Olles suurepärane juht ja kvalifitseeritud õpetaja, koolitas Thomson välja ja paljastas paljude füüsikuteks pürgijate andeid. Tema juhtimisel töötasid sellised teadusgeeniused nagu E. Rutherford, C. Wilson, F.W. Aston, W. Richardson ja P. Langevin. Nendest assistentidest, kes töötasid tema juhtimisel Cavendishi laboris, said Nobeli preemia seitse.

Kuulus teadlane Max Born (kellest saab tulevikus ka Nobeli preemia) kirjutas, et tundis Joseph John Thomsoni isiksuse võlu läbi omaenda eeskuju.

Lisaks Nobeli preemiale pälvis Thomson ka mitmesuguseid auhindu ja auhindu, mille hulgas on ka Londoni Kuningliku Seltsi auhindu - kuninglik medal (1894), Hughesi medal (1902) ja Copley medal (1914) kui Washingtoni Smithsoniani ülikooli Hodgkinsi medal (1902), B. Franklini medal (1923), Mescarti medal (1927), Daltoni medal (1931), M. Faraday medal (1938).

Thomson oli erinevate akadeemiate ja teadusühingute liige. Talle omistati audoktori kraad Oxfordi, Cambridge'i, Dublini, Londoni, Göttingeni, Oslo, Pariisi, Edinburghi, Princetoni, Ateena, Krakowi jt ülikoolide poolt.

Alates 1913. aastast oli Tomson Peterburi Teaduste Akadeemia väliskorrespondentliige ja aastast 1925 NSVL Teaduste Akadeemia välismaa auliige.

1908. aastal ülendati kuulus teadlane rüütli auastmesse ja 1912. aastal pälvis Sir Joseph John Thomson teenetemärgi.

1934. aasta oktoobris valmistas Elektrotehnika Instituut filmi, milles Joseph John Thomson räägib oma kuulus avamine elektron.

Vabal ajal armastas Joseph John aias tööd teha ja pikki jalutuskäike looduses teha.

John Joseph Thomson suri 30. augustil 1940 83-aastasena ja maeti 4. septembril Londonis Westminster Abbeysse, Isaac Newtoni lähedale.