Urodzony 18 grudnia 1856 w Cheetham koło Manchesteru w Wielkiej Brytanii
Zmarł 30 sierpnia 1940, Cambridge, Wielka Brytania
Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki w 1906 r.
Sformułowanie Komitetu Noblowskiego: „W uznaniu ogromnego wkładu w teoretyczne i eksperymentalne badania przewodnictwa gazów”.

Nasza obecna postać wydaje się niezwykła nawet na tle „zwykłego” noblisty. No cóż, zacznijmy od tego, że siedmiu jego „naukowych synów” również zostało laureatami Nagrody Nobla (dożył do pięciu nagród). Jak wielu jego „naukowych wnuków” (pisaliśmy o najsłynniejszym „naukowym synu” i jednym z wnuków). Został laureatem Nagrody Nobla i własnym synem, io tej samej cząsteczce elementarnej, którą odkrył nasz bohater. Zgadłeś? Cóż, oczywiście… Poznaj JJ.

I to nie jest pseudonim jakiegoś rapera, oto stara dobra Anglia. „JJ” to nazwa własna, choć skrót od „Sir Joseph John Thomson”. Jednak Thomson nie był szlachcicem z urodzenia, jak jego najsłynniejszy uczeń Rutherford. Urodził się jako syn księgarza, także JJ (Joseph James) Thomson i Emma Swindales. Ojciec chciał, żeby jego syn miał Dobra edukacja i został inżynierem, i dlatego w wieku 14 lat JJ Jr. poszedł do Owens College, obecnie znanego jako University of Manchester.

Dwa lata później Thomson senior odszedł. Nie było pieniędzy, ale matka pomagała i dobre wyniki w nauce, co zapewniało stypendium. Szkolenie było kontynuowane. Owens College miał doskonały kurs z fizyki eksperymentalnej. Jednak do uprawiania fizyki potrzebna była dobra znajomość matematyki. A Thomson wstępuje do Trinity College w Cambridge, gdzie studiuje fizykę teoretyczną i matematykę. W 1880 roku, w wieku 24 lat, uzyskał tytuł licencjata i rozpoczął pracę w Cavendish Laboratory (w rzeczywistości na Wydziale Fizyki Cambridge).

nowoczesny wygląd Laboratorium Cavendisha
Przypominamy czytelnikom, że laboratorium otrzymało swoją nazwę nie od nazwiska słynnego chemika Henry'ego Cavendisha, ale od nazwiska kanclerza Cambridge Williama Cavendisha (Henry był drugim lordem Cavendish, a William siódmym), który przekazał dużo pieniędzy za jego budowę, choć oczywiście zachowała się w nim pamięć o Henrym Cavendishu.

Cztery lata później, w 1884 roku, kiedy Thomson nie miał jeszcze 28 lat i żadnych specjalnych osiągnięć naukowych, z wyjątkiem chwały dobrego fizyka i matematyka z „ prawe ręce”, nie było go na liście, dzieje się coś niesamowitego. Dyrektor Laboratorium Cavendish, John William Strett, 3. baron Rayleigh zrezygnował, zahartowany człowiek, który później (w 1904 r.) otrzymał Nagrodę Nobla za odkrycie argonu i pozostawił w historii nauki tytuł Rayleigha rozpraszanie i fale Rayleigha. Przed Strettem stanowisko dyrektora zajmował sam James Clerk Maxwell (swoją drogą, który poświęcił dużo czasu na analizę i publikację archiwum naukowego Henry'ego Cavendisha).

John William Strett

A potem Thomson zostaje mianowany na to ważne stanowisko. Cudowny! Piszą, że pewien amerykański fizyk, który był stażystą w laboratorium, dowiedziawszy się o nowym profesorze Cavendisha, uciekł do ojczyzny ze słowami „nie ma sensu pracować pod okiem profesora, który jest tylko dwa lata starszy od ciebie ”, a jeden z pedagogów-mentorów z Cambridge powiedział ostrzej: „… krytyczne czasy nadejdą na uniwersytecie, jeśli tylko chłopcy zostaną profesorami! W tym przypadku wyboru dokonał sam odchodzący na emeryturę Strett. Może dlatego, że wobec braku dotychczasowych, jak mówią, „przełomowych” rezultatów, talent Thomsona był wciąż oczywisty? Nic dziwnego, że jego pierwszy wydrukowany Praca naukowa opublikowane w Proceedings of the Royal Society of London, gdy miał zaledwie 19 lat. W każdym razie Strett się nie mylił - Thomson znakomicie prowadził laboratorium przez ponad jedną trzecią wieku, podobnie jak jego poprzednik otrzymał Nagrodę Nobla i oddał swoją post do równie wspaniałego naukowca... Ale o tym później.

Po objęciu funkcji reżysera i zapewnieniu większej swobody działania Thomson zaczął badać przewodnictwo elektryczne gazów w rurce Crookesa. Jest to szklane naczynie z dwiema elektrodami na przeciwległych końcach, z którego zostało wypompowane prawie całe powietrze. W rzeczywistości William Crookes, twórca tego urządzenia, odkrył, że przy wystarczającym rozrzedzeniu powietrza, szkło na końcu rury naprzeciw katody zaczyna fluoryzować żółto-zielonym światłem, najwyraźniej pod wpływem pewnego rodzaju promieniowania, który został nazwany promieniami katodowymi.

Fluorescencja w rurze katodowej

Sir William Crookes z lampą katodową. Karykatura z 1902 roku

Kilka słów trzeba oczywiście powiedzieć o samym Williamie Crookesie, twórcy lampy katodowej. Słynny naukowiec, który odkrył tal i uzyskał hel w laboratorium, był zapalonym spirytualistą. W 1874 roku, w wieku 42 lat, w pełni sił naukowych, opublikował artykuł, w którym stwierdził, że spirytualizm jest naukowy, a zjawiska duchów rzeczywiście występują. Skandal był taki, że Crookes musiał leżeć cicho przez wiele lat - czekać, aż jego autorytet naukowy stanie się niewzruszony, podobnie jak pozycje w Królewskim Towarzystwie Naukowym, czekać na tytuł rycerski (1897) i w 1898 roku zrobić coś w rodzaju „coming out”, ale w duchu tamtych lat.

Oszuści i duch, który przywołuje

Crookes stwierdził, że jest przekonanym spirytualistą homoseksualnym. Im Crookes pozostał aż do śmierci w 1919 roku. Tak więc od 1913 do 1915 kierował naszym zdaniem Royal Society of London - pseudonaukowiec (ale tylko w tym). Nawiasem mówiąc, w 1915 roku nasz bohater zastąpił Crookesa na tym stanowisku na 6 lat.

Ale cofnijmy się o trzy dekady, od starych Crooks do młodego Thomsona. Na początku studiów z fajką Crookesa w świat nauki były poważne spory - stosunkowo mówiąc, przedstawiciele Szkoła brytyjska(i sam Crookes) wierzyli, że promienie katodowe są strumieniem pewnych cząstek, a przedstawiciele, względnie mówiąc, germańscy, bazując na niezbyt wiarygodnych eksperymentach Hertza, wierzyli, że są to fale eteru - rodzaj substancji penetrującej przestrzeń.

katoda rura Thomsona c cewki magnetyczne odchylać elektrony

Główną zaletą Thomsona było to, że był w stanie wykazać, że promienie katodowe są nadal cząstkami (korpuskułami, jak nazywał je sam Thomson), podczas gdy zawsze są takie same. Thomsonowi udało się nawet zmierzyć stosunek ładunku do masy cząstki, obecnie jedną z podstawowych stałych. W ten sposób odkryto elektrony, a ludzkość zrobiła pierwszy krok w głąb atomu. Sam Thomson stał się autorem pierwszego modelu budowy atomu, który nazwano "rodzynkowym budyniem" - w rodzaju rozmazanego dodatnio naładowanego ciała, "rodzynki" - elektrony - unoszą się lub są po prostu przeplatane.

atom Thomsona

Pół wieku później jego własny syn i uczeń otrzyma Nagrodę Nobla za to, że udało mu się pokazać dwoistą naturę elektronu poprzez odkrycie jego właściwości falowych. A znacznie wcześniej, jego pierwszy uczeń zrobi kolejny krok w zrozumieniu struktury atomu i zniszczy „pyszny” model Thomsona.

Jeszcze przed odkryciem elektronu (1896-1897), w 1895 r., w życiu Thomsona i całej brytyjskiej i światowej nauki miało miejsce inne ważne wydarzenie (nie, nie Nagroda Nobla - wtedy w ogóle jej nie przyznano, a Thomson otrzyma zasłużoną nagrodę dopiero w 1906 r., jak rozumiemy, w pierwszych latach Komitet Noblowski „wybierał” godnych fizyków z bardzo dużej puli). Pierwszy doktorant Thomsona, młody Nowozelandczyk Ernest Rutherford, pojawił się w Cavendish Laboratory.

Nowozelandzkie czasopismo naukowe „Rutherford”

To z nim Thomson dokonał głównego odkrycia swojego życia. Z listów Rutherforda do narzeczonej zachował się opis Thomsona i jego rodziny. „Jest bardzo miły w rozmowie i generalnie nie reprezentuje staromodnej skamieniałości. Pod względem wyglądu jest średniego wzrostu, ciemne włosy i bardzo młodzieńczy. Bardzo źle ogolony i ładnie się nosi długie włosy. Ma szczupłą, podłużną twarz, wyrazistą głowę, z nosa schodzą dwie głębokie pionowe fałdy… Zaprosił mnie na lunch do swojego lokalu na Tarasie Zębów, gdzie zobaczyłem jego żonę – wysoką brunetkę z chorowitym twarz, ale bardzo przyjazna i rozmowna...”.

Muszę powiedzieć, że Ji-Ji był całkiem przyzwoitym człowiekiem i normalnym kierownikiem laboratorium. Skoro masz oko na ucznia we własnym laboratorium, wyjdź za mąż. Co więcej, tata studenta jest Regius Professor of Medicine w Cambridge. W 1890 roku 28-letni Thomson i Rosa Paget pobrali się, dwa lata później urodziło im się pierwsze dziecko, George Paget. Laureat Nagrody Nobla w 1937 za odkrycie falowej natury elektronu, jeśli w ogóle.

George Paget Thomson

Przy okazji, jeśli ktoś chce statystyk dotyczących nominacji, oto jesteś:

Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki, 1906 18 nominacji.

JJ Thomson - 8 nominacji
Gabriel Lipmann (1908 laureat) - 3
Henri Poincaré (w sumie był nominowany 51 razy, ale nigdy nie otrzymał nagrody) – 3
Ludwig Boltzmann (to on zasłużył na nagrodę, ale niestety - zmarł w 1906) - 2
Reszta - po 1 (wśród nich imiennik Thomsona - William Thomson (1824-1907), lepiej znany jako Lord Kelvin, który również nie zdążył odebrać nagrody)

Thomson żył długo. Zasłużył sobie na szlachtę, jak lubił mawiać Władimir Woroszyłow „na własny rozum”, został laureatem Nagrody Nobla. W 1913 został szefem Royal Society of London, w 1919 przeniósł profesję do Rutherforda, który wrócił do Cambridge. Siedmiu jego współpracowników zostało laureatami Nagrody Nobla, począwszy od Rutherforda, pierwszego doktoranta, którego Thomson przeżył i pochował. Czekał na Nagrodę Nobla swojego syna. Był szefem Royal Society of London, szefem Trinity College...

W chwili śmierci miał 84 lata; był drugi Wojna światowa Bitwa o Anglię trwała pełną parą. JJ otrzymał najwyższy zaszczyt pochowania w Opactwie Westminsterskim. Nawiasem mówiąc, kolejna ciekawostka: Thomson jest jednym z nielicznych laureatów Nagrody Nobla z pierwszych lat, których możemy zobaczyć i usłyszeć. Na stronie internetowej Komitetu Noblowskiego znajduje się wpis z 1934 r., w którym Thomson opowiada o odkryciu elektronu.

A o samym wkładzie Thomsona, który zaczął tworzyć szkołę Cavendish Laboratory, można powiedzieć słowami Olivera Lodge: „O ileż mniej świat wiedziałby, gdyby Cavendish Laboratory nie istniało. Ale o ileż mniejsza byłaby chwała tego znakomitego laboratorium, gdyby sir J.J. Thomson nie był jednym z jego dyrektorów!

Grupa badawcza w Cavendish. 1932. Siedzą (od lewej do prawej): Ratcliffe, P. Kapitsa, D. Chadwick, Ladenberg, JJ Thomson. E. Rutherford, C. Wilson, F. Aston, C. Ellis, P. Blackett D. Cockcroft. W drugim rzędzie: czwarty od lewej - Marcus Oliphant; czwarty od prawej to Norman Feather.

W 1897 roku brytyjski fizyk Joseph John Thomson (1856-1940) odkrył elektron po serii eksperymentów mających na celu zbadanie natury wyładowania elektrycznego w próżni. Słynny naukowiec zinterpretował odchylenia wiązki elektrycznie naładowanych płyt i magnesów jako dowód na to, że elektrony są znacznie mniejsze od atomów.

Wielki fizyk i naukowiec miał zostać inżynierem

Thomson Joseph John, wielki i mentor, miał zostać inżynierem, tak wierzył jego ojciec, ale w tym czasie rodzina nie miała środków na opłacenie szkolenia. Zamiast tego młody Thomson uczęszczał do college'u w Macester, a później do Cambridge. W 1884 został mianowany na prestiżowe stanowisko profesora fizyki doświadczalnej w Cambridge, chociaż osobiście wykonał bardzo niewiele prac doświadczalnych. Odkrył swój talent do tworzenia sprzętu i diagnozowania związanych z nim problemów. Thomson Joseph John był dobrym nauczycielem, inspirował swoich uczniów i wiele uwagi poświęcał szeroko zakrojonej problematyce rozwoju nauki o nauczaniu na uniwersytecie iw liceum.

Laureat Nagrody Nobla

Thomson otrzymał wiele różnych nagród, w tym Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1906 roku. Miał również wielką przyjemność widząc, że niektórzy z jego współpracowników otrzymują Nagrody Nobla, w tym Rutherforda z chemii w 1908 roku. Wielu naukowców, takich jak William Prout i Norman Lockyer, sugerowało, że atomy nie są najbardziej drobne cząsteczki we wszechświecie i że są zbudowane z bardziej podstawowych jednostek.

Odkrycie elektronu (krótko)

W 1897 Thompson zasugerował, że jedna z podstawowych jednostek jest 1000 razy mniejsza od atomu, co stało się znane jako elektron. Naukowiec odkrył to dzięki swoim badaniom nad właściwościami promieni katodowych. Oszacował masę promieni katodowych, mierząc ciepło wytwarzane podczas uderzenia promieni przejścia cieplnego i porównał je z magnetycznym ugięciem wiązki. Jego eksperymenty pokazują nie tylko, że promienie katodowe są 1000 razy lżejsze od atomu wodoru, ale także, że ich masa była taka sama niezależnie od typu atomu. Naukowiec doszedł do wniosku, że promienie składają się z bardzo lekkich, ujemnie naładowanych cząstek, które są uniwersalne materiał budowlany dla atomów. Nazwał te cząstki „korpuskułami”, ale później naukowcy woleli nazwę „elektrony”, zaproponowaną przez George'a Johnstona Stoneya w 1891 roku.

Eksperymenty Thompsona

Porównując ugięcie wiązek promieni katodowych z polami elektrycznymi i magnetycznymi, fizyk uzyskał bardziej wiarygodne pomiary ładunku i masy elektronu. Eksperyment Thomsona przeprowadzono w specjalnych lampach katodowych. W 1904 postawił hipotezę, że model atomu jest sferą materii dodatniej, w której położenie cząstek jest określane przez siły elektrostatyczne. Aby wyjaśnić ogólnie obojętny ładunek atomu, Thompson zasugerował, że ciałka są rozmieszczone w jednorodnym polu ładunku dodatniego. Odkrycie elektronu pozwoliło uwierzyć, że atom można podzielić na jeszcze mniejsze części i było pierwszym krokiem do stworzenia szczegółowego modelu atomu.

Historia odkryć

Joseph John Thomson jest powszechnie uważany za odkrywcę elektronu. Przez większość swojej kariery profesor zajmował się różnymi aspektami przewodzenia elektryczności przez gazy. W 1897 (roku odkrycia elektronu) eksperymentalnie udowodnił, że tak zwane promienie katodowe są w rzeczywistości ujemnie naładowanymi cząstkami w ruchu.

Wiele interesujących pytań jest bezpośrednio związanych z procesem odkrywania. Oczywiście charakterystyka promieni katodowych pojawiła się przed Thomsonem, a kilku naukowców wniosło już ważny wkład. Czy możemy zatem powiedzieć z całą pewnością, że to Thomson jako pierwszy odkrył elektron? W końcu nie wynalazł lampy próżniowej ani obecności promieni katodowych. Odkrycie elektronu jest procesem czysto kumulacyjnym. Uznany pionier wnosi najważniejszy wkład, podsumowując i systematyzując wszystkie zgromadzone przed nim doświadczenia.

Lampy elektronopromieniowe Thomsona

Wielkiego odkrycia elektronu dokonano za pomocą specjalnego sprzętu i pod pewnymi warunkami. Thomson przeprowadził serię eksperymentów przy użyciu skomplikowanej lampy elektronopromieniowej, która zawierała dwie płyty z wiązkami przemieszczającymi się między nimi. Zawieszona została od dawna kontrowersja dotycząca natury promieni katodowych powstających w wyniku przepływu prądu elektrycznego przez naczynie, z którego usunięto większość powietrza.

To naczynie było lampą katodową. Korzystając z ulepszonej metody próżniowej, Thomson był w stanie wysunąć przekonujący argument, że wiązki te składały się z cząstek, niezależnie od rodzaju gazu i rodzaju metalu użytego jako przewodnik. Thomsona słusznie można nazwać człowiekiem, który rozszczepił atom.

Samotnik naukowy? Tu nie chodzi o Thomsona

Wybitny fizyk swoich czasów nie był bynajmniej naukowym odludkiem, jak to często się uważa o błyskotliwych naukowcach. Był kierownikiem administracyjnym bardzo udanego Laboratorium Cavendisha. To tam naukowiec poznał Rose Elizabeth Paget, którą poślubił w 1890 roku.

Thomson zarządzał nie tylko numerem projekty badawcze sfinansował również remont pomieszczeń laboratoryjnych przy niewielkim wsparciu ze strony uniwersytetu i kolegiów. To był utalentowany nauczyciel. Ludzie, których skupił wokół siebie w latach 1895-1914, pochodzili z całego świata. Niektórzy z nich pod jego kierownictwem otrzymali siedem Nagród Nobla.

To właśnie podczas pracy z Thomsonem w Cavendish Laboratory w 1910 roku prowadził badania, które doprowadziły do ​​nowoczesnego zrozumienia wewnętrznego

Thomson traktował swoje nauczanie bardzo poważnie: rano wykładał regularnie w klasach podstawowych, a popołudniami uczył studentów studiów magisterskich. Naukowiec uznał doktrynę za przydatną dla badacza, gdyż wymaga ona okresowego przeglądu podstawowych idei i jednocześnie pozostawiania miejsca na możliwość odkrycia czegoś nowego, na co nikt wcześniej nie zwracał uwagi. Historia odkrycia elektronu wyraźnie to potwierdza. Thompson poświęcił większość swojej działalności naukowej na badanie przechodzenia elektrycznie naładowanych cząstek prądu przez przestrzeń próżniową. Zajmował się badaniem katody i promieni rentgenowskich i wniósł ogromny wkład w badania fizyki atomowej. Ponadto Thomson opracował również teorię ruchu elektronów w polu magnetycznym i elektrycznym.

, Laureat Nagrody Nobla

Józefa Johna Thomsona(1856-1940) - angielski fizyk, założyciel szkoła naukowa, członek (1884) i prezes (1915-1920) Royal Society of London, zagraniczny członek korespondent Petersburskiej Akademii Nauk (1913) i zagraniczny członek honorowy (1925) Akademii Nauk ZSRR. Dyrektor Laboratorium Cavendisha (1884-1919). Zbadał przepływ prądu elektrycznego przez rozrzedzone gazy. Odkrył (1897) elektron i określił (1898) jego ładunek. Zaproponował (1903) jeden z pierwszych modeli atomu. Autor badań prądów elektrycznych w rozrzedzonych gazach i promieniach katodowych, który wyjaśnił ciągłość widma rentgenowskiego, przedstawił ideę istnienia izotopów i uzyskał jego eksperymentalne potwierdzenie. Jeden z twórców elektronicznej teorii metali. Nagroda Nobla (1906).

Joseph Thomson urodził się 18 grudnia 1856 roku w Chatham Hill na przedmieściach Manchesteru. Zmarł 30 sierpnia 1940, Cambridge pochowany w Opactwie Westminsterskim.

Matematyk przychodzi do fizyki

Joseph Thomson urodził się w rodzinie księgarza. Jego ojciec chciał, aby został inżynierem, a kiedy Joseph osiągnął czternaście lat, został wysłany na studia do Owen College (później University of Manchester).

Cywilizowane społeczeństwo jest jak dziecko, które na urodziny otrzymało za dużo zabawek.

Thomson Józef John

Do połowy XIX wieku na uniwersytetach nie było laboratoriów badawczych, a profesorowie, którzy przeprowadzali eksperymenty, robili to w domu. Pierwsze laboratorium fizyczne zostało otwarte w Cambridge w 1874 roku. Kierował nim James Clerk Maxwell, a po jego przedwczesnej śmierci lord Rayleigh, który przeszedł na emeryturę w 1884 roku. A potem, niespodziewanie dla wielu, Thomson, dwudziestoośmioletni matematyk, który dopiero rozpoczynał badania eksperymentalne, został wybrany na profesora Cavendisha i dyrektora laboratorium. Przyszłość pokazała, że ​​ten wybór okazał się bardzo udany.

Początek eksperymentów Josepha Thomsona

Uwagę wielu fizyków w tamtym czasie przyciągnęły problemy elektryczności i magnetyzmu. Równania Maxwella już się pojawiły (choć nie są jeszcze w powszechnym użyciu). Jednak Thomson nie zwrócił się do tej części elektrodynamiki, która uwzględnia natężenia pola generowane przez „dane” źródła (to znaczy, których gęstość ładunku i prądu są znane), ale kwestię fizycznej natury samych tych źródeł. W teorii samego Maxwella kwestia ta była prawie nie omawiana. Dla niego Elektryczność- wszystko, co generuje pole magnetyczne (niezmienne w czasie rozkłady ładunków elektrycznych tworzą tylko pola elektryczne).

Thomson był zafascynowany kwestią nośników ładunku. Zaczął od zbadania prądów w rozrzedzonych gazach, co w tym czasie prowadzono w wielu innych laboratoriach. Thomson odkrył, że przewodnictwo gazów wzrasta pod wpływem promieni rentgenowskich. Ważne wyniki uzyskał on w badaniu promieni katodowych. tych. strumienie wydobywające się z katod (elektrod ujemnych) rur wyładowczych. Wyrażano wówczas różne opinie na temat ich fizycznej natury. Większość fizyków niemieckich uważała, że ​​są to fale podobne do promieniowania rentgenowskiego, podczas gdy Brytyjczycy postrzegali je jako strumień cząstek.

W 1894 roku Thomsonowi udało się zmierzyć ich prędkość, która okazała się 2000 razy mniejsza od prędkości światła, co było przekonującym argumentem na korzyść hipotezy korpuskularnej. Rok później francuski eksperymentator Jean Perrin odkrył znak ładunek elektryczny promienie katodowe: padające na metalowy cylinder,, naładowali go ujemnie. Pozostało określić masę cząstek. Ten problem również znakomicie rozwiązał Thomson. Ale przed rozpoczęciem eksperymentu zwrócił się do teorii i obliczył, jak naładowana cząstka powinna poruszać się w skrzyżowanych polach elektrycznych i magnetycznych. Stwierdzono, że ugięcie takiej cząstki zależy od stosunku jej ładunku do masy.

Eksperyment się rozpoczął (należy zauważyć, że Joseph Thomson najczęściej, po dokładnym przemyśleniu eksperymentu we wszystkich szczegółach, zostawił go swoim asystentom). Jego wyniki pokazały, że masa cząstek jest prawie 2000 razy mniejsza. niż najlżejsze jony - jony wodorowe. Jeśli chodzi o ładunek, to dla jonów został już wiarygodnie obliczony na podstawie eksperymentów elektrolizy i okazał się dodatni. Ponieważ atom wodoru ma ładunek zerowy, sugeruje to, że istnieją równe i przeciwne nośniki znaków dyskretnych porcji ładunków elektrycznych. Te cząstki, które były częścią promieni katodowych, wkrótce nazwano elektronami. Ich odkrycie było jednym z główne osiągnięcia fizyki końca XIX wieku i jest bezpośrednio związana z nazwiskiem Thomsona, który został za niego nagrodzony w 1906 roku nagroda Nobla.

Model atomowy

W tym samym 1897 roku, kiedy zarejestrowano odkrycie elektronu, D. Thomson zajął się problemem atomu. Doszedłszy do wniosku, że wbrew nazwie atom nie jest niepodzielny, Thomson zaproponował model jego budowy. Zgodnie z tym modelem atom pojawił się w postaci dodatnio naładowanej „kropli”, wewnątrz której „pływały” małe ujemnie naładowane kulki – elektrony. Pod wpływem sił kulombowskich znajdowały się one w pobliżu środka atomu w postaci łańcuchów o określonych konfiguracjach (w których można było nawet zobaczyć coś przypominającego porządek w układzie okresowym Mendelejewa). Jeśli jakiś pchnięcie odchyli elektrony z pozycji równowagi, rozpoczęły się oscylacje (połączenie z widmami!) i siły Coulomba próbowały przywrócić początkową równowagę. Chociaż eksperymenty przeprowadzone później w tym samym laboratorium Cavendish przez następcę Thomsona, Ernesta Rutherforda, zmusiły do ​​porzucenia tego modelu, odegrał on znaczącą rolę w kształtowaniu idei dotyczących budowy materii.

Od elektronów do jąder

Rozpoczynając swoją pracę w Cavendish Laboratory od badania rozpraszania promieniowania rentgenowskiego, Joseph Thomson wymyślił wzór, który nosi jego imię i opisuje rozpraszanie fal elektromagnetycznych przez wolne elektrony. Formuła ta nadal odgrywa znaczącą rolę w fizyce cząstek elementarnych.

Ważna była również rola Thomsona w odkryciu efektu fotoelektrycznego i emisji termoelektrycznej. Pomysł wykorzystania skrzyżowanych pól do pomiaru stosunków ładunków cząstek do ich mas również okazał się bardzo owocny. Pomysł ten opiera się na pracy spektrografów masowych, którzy odkryli szerokie zastosowanie w fizyce jądrowej, aw szczególności odegrał znaczącą rolę w odkryciu izotopów (jąder o różnych masach, ale tych samych ładunkach, co decyduje o ich chemicznej nierozróżnialności). Należy zauważyć, że przewidywanie istnienia izotopów i eksperymentalne wykrywanie niektórych z nich zostało również wykonane przez Thomsona.

Joseph Thomson był jednym z najzdolniejszych fizyków klasycznych. To prawda, że ​​był świadkiem powstania teorii kwantowej (której powstawanie odbyło się w dużej mierze na jego oczach i przy bezpośrednim udziale jego młodych kolegów), powstania teorii względności i atomowej i Fizyka nuklearna. Co więcej, jego osobisty udział w tej wspaniałej rewizji całego fizycznego światopoglądu, którą przyniosły pierwsze dziesięciolecia nowego stulecia, był niezaprzeczalny i głęboki. Ale do końca swoich dni zachował wiarę w istnienie mechanicznego eteru, pomimo sukcesu teorii relatywistycznej, którą postrzegał jedynie jako odbicie pewnych matematycznych właściwości równań Maxwella. W odniesieniu do teorii kwantowej dość długo pozostawał w pozycji sceptycznego obserwatora i zmienił zdanie na ten temat dopiero po tym, jak jego syn George Paget Thomson eksperymentalnie odkrył falowe właściwości elektronów (za co otrzymał Nagrodę Nobla w 1937).

100 znanych naukowców Sklyarenko Valentina Markovna

THOMSON JOSEPH JOHN (1856 - 1940)

THOMSON JOSEPH JOHN

(1856 - 1940)

Słynny angielski fizyk Joseph John Thomson urodził się 18 grudnia 1856 roku w Cheetham Hill na przedmieściach Manchesteru (Anglia) w rodzinie Josepha Jamesa Thomsona i Emmy Thomson z domu Swindells. Jego ojciec był znanym księgarzem i wydawcą.

Letnie wakacje Józef Jan wraz z młodszym o dwa lata bratem Fryderykiem Vernonem spędzili z matką.

W 1870 roku, kiedy Joseph John miał 14 lat, jego ojciec wysłał chłopca na studia do Owens College (później Manchester University), gdzie miał studiować inżynierię. Dwa lata później zmarł jego ojciec, ale dzięki stypendium i wsparciu finansowemu matki młody Thomson kontynuował naukę w Owens College.

Nauczyciele akademiccy, Osborne Reynolds i Balfour Stewart, zaszczepili zdolnemu uczniowi zainteresowanie fizyką. W przeciwieństwie do wielu innych uczelni w Wielkiej Brytanii, Owens College oferował kurs fizyki eksperymentalnej, który Thomson naprawdę lubił.

W wieku 16 lat Joseph John otrzymał nagrodę w dziedzinie matematyki, a rok później nagrodę w dziedzinie inżynierii.

Po ukończeniu Owens College w 1876 roku z dyplomem inżyniera, Thomson wstąpił do Trinity College na Uniwersytecie Cambridge, jednej z najbardziej prestiżowych uczelni w kraju, z polecenia swoich nauczycieli. Tutaj studiował matematykę i jej zastosowania w dziedzinie fizyki teoretycznej. Po pewnym czasie Thomson został stypendystą Uniwersytetu Cambridge, a później otrzymał nominalne stypendium.

W 1880 roku, zgodnie z wynikami egzaminu Cambridge z matematyki, Thomson został drugim tropicielem (pierwszym był słynny Joseph Larmor). Joseph John otrzymał Nagrodę Smitha za wybitne osiągnięcia w nauce. W tym samym roku młody naukowiec uzyskał tytuł licencjata z matematyki i wstąpił do Rada Naukowa Kolegium Trójcy Świętej. Od tego czasu do końca życia Thomson był duszą i siłą napędową uczelni. Przez dwa lata pracował tam 18 godzin tygodniowo. W 1883 roku Joseph John został wykładowcą, a później (1918) mistrzem (kierownikiem) kolegium.

W 1871 roku na Uniwersytecie Cambridge otwarto pierwsze laboratorium badawcze fizyki. Do tego czasu uczelnie nie posiadały własnych laboratoriów badawczych, a naukowcy w większości przypadków pracowali i dokonywali odkryć w domu. Pierwszym dyrektorem laboratorium był wielki James Clerk Maxwell, który był inicjatorem jego odkrycia. Po jego przedwczesnej śmierci dyrektorem został wybrany inny wielki fizyk, Lord Rayleigh.

W laboratorium dokonano wielu wielkich odkryć, później nazwano je Laboratorium Cavendisha (od imienia Henry'ego Cavendisha) i stało się światowym centrum fizyki eksperymentalnej.

W 1884 r. zrezygnował słynny John William Strutt, Lord Rayleigh (również przyszły laureat Nagrody Nobla), decydując się na kontynuację Badania naukowe we własnym laboratorium.

Wybór na wakujące stanowisko profesora fizyki doświadczalnej i dyrektora Cavendish Laboratory, Josepha Johna Thomsona, był zaskoczeniem dla wielu profesorów i naukowców. W tym czasie miał zaledwie dwadzieścia siedem lat, był z zawodu matematykiem, nie dokonał żadnych zauważalnych odkryć w fizyce eksperymentalnej. Młody naukowiec dopiero się rozwijał modele matematyczne, który jego zdaniem powinien ujawnić strukturę atomu i kontynuował badania Maxwella w dziedzinie elektromagnetyzmu. Po pewnym czasie stało się jasne, że wybór Thomsona na to stanowisko był bardzo udany, a Joseph John został jednym z wielkich dyrektorów Cavendish Laboratory.

Najpopularniejszymi badaniami fizyków w tym czasie były problemy elektryczności i magnetyzmu. W ich pierwszym Praca laboratoryjna Joseph John postanowił zbadać przewodnictwo elektryczne gazów i fizyczną naturę źródeł generujących natężenia pola. Zaczął badać prądy w rozrzedzonych gazach.

W 1853 roku utalentowany francuski fizyk A. Masson przeprowadził eksperyment, przepuszczając wyładowania elektryczne przez szklaną rurkę, z której wypompowywano powietrze. Następnie angielski fizyk William Crookes, używając tego samego urządzenia, przeprowadził wiele różnych eksperymentów. W jednym z nich Crookes umieścił elektrody na przeciwległych końcach rury, a między nimi wentylator z łopatkami. Pod działaniem promieni rozchodzących się przez ujemnie naładowaną elektrodę - katodę - przędzarka obracała się, co pozwalało przypuszczać, że promienie katodowe są w rzeczywistości strumieniem mikroskopijnych cząstek o małej masie.

Crookes dokonał innych ciekawych obserwacji. Jeśli włączone wewnętrzna powierzchnia Ponieważ rurki były pokryte substancjami, a gaz wystarczająco rozrzedzony, to pod wpływem promieni katodowych szklane ścianki rurki w pobliżu anody świeciły zielonym światłem.

Opinie naukowców na temat natury promieni katodowych były rozbieżne. Fizycy angielscy wierzyli, że promienie katodowe są strumieniem naładowanych cząstek, ale wielu fizyków kontynentalnych, zwłaszcza niemieckich, na podstawie eksperymentów Heinricha Hertza, zakładało, że promienie te są falami (oscylacjami) w nieznanym, nieważkim ośrodku.

Zainteresowanie badaniem promieni katodowych podsyciło odkrycie promieni rentgenowskich przez Wilhelma Roentgena w 1895 roku. Thomson stał się jednym z najaktywniejszych badaczy w tej dziedzinie fizyki.

Pracując ze swoim genialnym asystentem Ernestem Rutherfordem, odkrył, że promieniowanie rentgenowskie zwiększa przewodność elektryczną gazów. Naukowcy opublikowali słynną pracę, w której doszli do wniosku, że uzyskana przewodność jest bardzo podobna do przewodności jonowej w roztworze podczas elektrolizy.

W 1897 Thomson zaprojektował tubę podobną do tuby Crookesa. Z jego pomocą zmierzył odchylenia promieni katodowych w pole elektryczne. W nim naukowiec użył dwóch płyt, pomiędzy którymi przeszły promienie katodowe. Napięcie przyłożone do płytek można było zwiększać lub zmniejszać, a im wyższe napięcie, tym większe odchylenie promieni katodowych od trajektorii prostoliniowej.

W wyniku eksperymentu Thomson ujawnił ugięcie promieni katodowych pod działaniem pole elektryczne. Następnie słynny naukowiec doszedł do wniosku, że kierunek odchylenia wskazuje, że cząstki składowe promieni katodowych niosą ujemny ładunek elektryczny.

Założenie Thomsona potwierdził wybitny francuski fizyk eksperymentalny Jean Perrin. Określił znak ładunku elektrycznego cząstek składowych promieni katodowych, kierując je do metalowego cylindra. W wyniku eksperymentu cylinder okazał się naładowany ujemnie.

Thomson zmierzył również prędkość promieni katodowych, która okazała się być mniejsza prędkośćświatło 2000 razy, co dało jeszcze jeden dowód na korzyść korpuskularnej natury promieni. Następnie, za pomocą podobnego eksperymentu, słynny naukowiec zdołał ustalić masę i ładunek cząstek tworzących promienie katodowe.

Joseph John wykonał obliczenia teoretyczne, które miały opisać ruch naładowanej cząstki pod wpływem pól elektrycznych i magnetycznych. Według Thomsona odchylenie cząstki od prostoliniowej trajektorii zależało od stosunku jej ładunku do masy.

Następnie naukowiec zorganizował eksperyment, w którym odbijał promienie katodowe za pomocą pola elektrycznego. Następnie używając pole magnetyczne promienie te zostały odchylone w przeciwnym kierunku, tak że powróciły do ​​swojej pierwotnej pozycji. W ten sposób udało się określić prędkość i stosunek ładunku cząstki do jej masy.

Eksperymenty znakomicie potwierdziły teoretyczne wnioski Thomsona. W wyniku eksperymentu ustalono, że stosunek ładunku cząstki do jej masy jest prawie 1000 razy mniejszy niż jonów wodorowych (dziś wiadomo, że prawdziwy stosunek wynosi około 1837:1). Thomson założył, że ładunek cząstek był w wartości bezwzględnej równy ładunkowi jonu wodorowego, który do tego czasu został dokładnie obliczony za pomocą eksperymentów w dziedzinie elektrolizy. Ponieważ atom wodoru miał ładunek zerowy, założono, że ładunek otwartych cząstek ma taką samą wartość i znak przeciwny do ładunku jonu wodoru.

Wkrótce opisywane przez Thomsona ujemnie naładowane cząstki nazwano „elektronami”. Odkrycie Josepha Johna Thomsona było jednym z najważniejszych odkryć w XIX-wiecznej fizyce.

Później, za pomocą urządzenia wynalezionego przez C. Wilsona, udało się uzyskać wartość ładunku elektronu. Okazało się, że tak naprawdę odpowiada wartości ładunku jonu wodorowego. Przypuszczenia Thomsona potwierdziły się.

W 1906 roku Joseph John Thomson otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki „w uznaniu jego wybitnego wkładu w teoretyczną i badania eksperymentalne przewodnictwo elektryczne w gazach.

W swoim wystąpieniu 10 grudnia 1906 r. prof. J.P. Klason, prezes Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk, podziękował naukowcowi za jego pracę, która pozwoliła współczesnym fizykom skierować badania w nowych kierunkach. Clason powiedział również, że Thomson słusznie zajmuje miejsce na równi z takimi geniuszami nauki jak Faraday i Maxwell.

W swoim noblowskim wykładzie „Negative Charge Carriers”, wygłoszonym 11 grudnia 1906 r., naukowiec szczegółowo przeanalizował swoje odkrycie elektronów.

Po otrzymaniu Nagrody Nobla Thomson kontynuował badania naukowe. Oprócz odkrycia elektronu dokonał wielu innych ważnych odkryć dla nauki.

W swoich wczesnych pracach angielski naukowiec badał pole elektromagnetyczne poruszającej się naładowanej kuli, teorię wirów, przeprowadził precyzyjny pomiar stosunku bezwzględnych jednostek elektrycznych do jednostek elektromagnetycznych.

W swoich pracach „Electricity and Matter”, „Matter and Ether”, „Structure of Light”, „Faraday's Force Tubes and Maxwell's Equations” Thomson konsekwentnie rozwijał teorię wirów materii i oddziaływań.

Słynna praca naukowca „Traktat o ruchu pierścieni wirowych” została nagrodzona Nagrodą Adamsa w 1884 roku. W oparciu o teorię wirów eteru Thomson wyprowadził wzór mi= mc 2 na długo przed Einsteinem.

W 1886 r. ukazała się jego słynna praca „Zastosowanie dynamiki w fizyce i chemii”, a w 1892 r. naukowiec opublikował swoje Nowa praca„Uwagi na temat ostatnich dochodzeń w elektryczności i magnetyzmu”. Ta praca jest często określana jako „trzeci tom Maxwella”. Wraz z profesorem Poyntingiem Thomson napisał czterotomowy podręcznik z fizyki, a w 1895 opublikował The Elements teoria matematyczna elektryczność i magnetyzm”, który doczekał się kilku wydań i tłumaczeń na różne języki świata.

Po odkryciu elektronu w 1897 Thomson zaproponował własny model atomu. Wybitny naukowiec zasugerował, że atom składa się z dodatnio naładowanej, rozmytej kuli, w której poprzeplatane są małe ujemnie naładowane cząstki - elektrony. Pod działaniem sił kulombowskich elektrony znajdują się w pobliżu środka atomu, a jeśli w wyniku jakiegokolwiek działania cząstki odchylą się od położenia równowagi, siły kulombowskie przywracają swój pierwotny stan. Model Thomsona otrzymał wśród naukowców żartobliwy przydomek „budyń śliwkowy” lub „model budyniu”.

Jednak w 1910 roku genialny fizyk Ernest Rutherford, były asystent Thomsona, wraz ze swoimi uczniami Geigerem i Marsdenem przeprowadzili serię eksperymentów, w wyniku których wykazali błędność modelu Thomsona. Rutherford zaproponował nowy, tak zwany „planetarny” model atomu. Według Rutherforda dodatnio naładowane jądro znajduje się w centrum atomu, podobnie jak Słońce, a ujemnie naładowane elektrony krążą wokół jądra po kołowych orbitach. Na elektrony działa siła odśrodkowa, która jest równoważona przez elektrostatyczne przyciąganie elektronu do jądra. Model zaproponowany przez Rutherforda zmusił Thomsona do przyznania się do błędu jego modelu atomu. Później inny genialny fizyk, Niels Bohr, ulepszył model Rutherforda, zakładając, że elektrony są rozmieszczone wokół jądra na ściśle określonych orbitach.

Po serii udanych prac, które doprowadziły do ​​odkrycia elektronów i ich właściwości, w 1899 Thomson odkrył elektrony w fotoprądzie, a także zaobserwował efekt emisji termionowej. Ponadto naukowiec wyjaśnił ciągłe widmo promieni rentgenowskich.

Dzięki swojej późniejszej pracy Joseph John Thomson stał się jednym z twórców elektronicznej teorii metali. W 1900 wyprowadził wzór na efektywny przekrój dla rozpraszania fal elektromagnetycznych przez elektrony swobodne (wzór Thomsona). Rok po zaproponowaniu modelu atomu, w 1904 Thomson zaproponował, że elektrony w atomie tworzą grupy o różnych konfiguracjach. Zjawisko to determinuje okresowość pierwiastków chemicznych.

Od 1905 Thomson interesował się "wiązkami kanałowymi" - szybko poruszającymi się cząsteczkami powstałymi za katodą rury wyładowczej. Naukowiec odkrył wiele ich cech, a także zidentyfikował typy atomów i grup atomowych w tych promieniach.

Współczesna spektrometria mas opiera się na pomysłach Thomsona.

W 1911 roku angielski naukowiec opracował metodę paraboli do pomiaru stosunku masy cząstki do jej ładunku. Już w następnym roku, stosując tę ​​metodę, odkrył pierwsze izotopy. Naukowiec otrzymał atomy neonu o masach 20 i 22. Odkrycie Thomsona odegrało ważną rolę w zrozumieniu natury pierwiastków promieniotwórczych (takich jak uran, rad).

W 1896 Thomson odwiedził Stany Zjednoczone i wygłosił cztery wykłady w Princeton, w których podsumował swoje badania. (To właśnie po powrocie z Ameryki dokonał słynnego odkrycia elektronów, o czym powiedział całemu światu podczas wieczornego wykładu w Royal Institution 30 kwietnia 1897 r.)

W 1904 Thomson ponownie wyjechał do Ameryki, gdzie wygłosił sześć wykładów na temat elektryczności i materii na Uniwersytecie Yale.

Na moje długo życie naukowe naukowiec napisał wiele podręczników, monografii i prac, które za jego życia stały się klasykami.

W czasie I wojny światowej noblista pracował w Biurze Badań i Wynalazków oraz był doradcą rządu.

W 1918 Thomson zrezygnował, pozostawiając stanowisko profesora fizyki eksperymentalnej na Uniwersytecie Cambridge i dyrektora Laboratorium Cavendisha, w którym dokonał prawie wszystkich swoich błyskotliwych odkryć. W tym samym roku przeszedł na emeryturę z Royal Institute w Londynie, gdzie pracował od 1905 roku.

Naukowiec pracował na uniwersytecie iw laboratorium przez około 35 lat. W tym czasie zrobił wiele ważne odkrycia, a Laboratorium Cavendisha stało się jednym z największych ośrodków badawczych, w którym marzyli o pracy najlepsi fizycy na świecie.

W następnym roku Thomson został zastąpiony na tych stanowiskach przez swojego asystenta Ernesta Rutherforda, a sam noblista został szefem Trinity College na Uniwersytecie Cambridge.

Od 1884 r. naukowiec był członkiem Royal Society of London, a od 1916 do 1920 r. – jego prezesem. W 1909 naukowiec został prezesem Brytyjskiego Stowarzyszenia Naukowców.

W 1890 roku, w wieku 34 lat, słynny naukowiec poślubił Rose Elizabeth Paget, córkę Sir George'a Pageta, profesora fizyki na Uniwersytecie w Cambridge. Para miała dwoje dzieci - córkę Joannę i syna Jerzego.

Syn naukowca, George Paget Thomson, został później słynny fizyk, profesor Uniwersytetu Londyńskiego. W 1937 otrzymał również Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki, którą otrzymał za eksperymentalne odkrycie dyfrakcji elektronów na kryształach.

Joseph John Thompson był zagorzałym zwolennikiem fizyki klasycznej i trzymał się teorii eteru. Teorię kwantową, podobnie jak teorię względności, przyjął chłodno i zmienił zdanie dopiero po tym, jak jego syn eksperymentalnie odkrył falowe właściwości elektronów.

Oprócz tego, że Thomson był największym fizykiem klasycznym, który dokonał rewolucji odkrycia naukowe, został założycielem międzynarodowej naukowej szkoły fizyków. Będąc doskonałym liderem i wykwalifikowanym nauczycielem, Thomson wychował i ujawnił talenty wielu młodych fizyków. Pod jego kierownictwem pracowali tacy geniusze nauki jak E. Rutherford, C. Wilson, F.W. Aston, W. Richardson, P. Langevin. Spośród tych asystentów, którzy pracowali pod jego kierunkiem w Laboratorium Cavendisha, siedmiu otrzymało Nagrody Nobla.

Słynny naukowiec Max Born (w przyszłości także noblista) napisał, że na własnym przykładzie wyczuł urok osobowości Josepha Johna Thomsona.

Oprócz Nagrody Nobla, Thomson otrzymał różne nagrody i wyróżnienia, wśród których są nagrody Royal Society of London – Royal Medal (1894), Hughes Medal (1902) i Copley Medal (1914), a także Medal Hodgkinsa Smithsonian University w Waszyngtonie (1902), medal B. Franklina (1923), medal Mescarta (1927), medal Daltona (1931), medal M. Faradaya (1938).

Thomson był członkiem różnych akademii i towarzystw naukowych. Otrzymał doktorat honoris causa uniwersytetów w Oxfordzie, Cambridge, Dublinie, Londynie, Getyndze, Oslo, Paryżu, Edynburgu, Princeton, Atenach, Krakowie i innych.

Od 1913 r. Thomson był zagranicznym honorowym członkiem korespondentem Petersburskiej Akademii Nauk, a od 1925 r. Zagranicznym członkiem honorowym Akademii Nauk ZSRR.

W 1908 roku słynny naukowiec otrzymał tytuł szlachecki, a w 1912 roku Sir Joseph John Thomson został odznaczony Orderem Zasługi.

W październiku 1934 roku Instytut Elektrotechniki nakręcił film, w którym Joseph John Thomson opowiada o swoim słynne odkrycie elektron.

W wolnym czasie Joseph John lubił ogrodnictwo i długie spacery na łonie natury.

John Joseph Thomson zmarł 30 sierpnia 1940 roku w wieku 83 lat i został pochowany 4 września w Opactwie Westminsterskim w Londynie, niedaleko Isaaca Newtona.