Томсон джозеф джон открытия. Джозеф джон томсон краткая биография

Джозеф Томсон (1856-1940).

Английский физик Джозеф Томсон вошел в историю науки как человек, открывший электрон. Однажды он сказал: "Открытия обязаны остроте и силе наблюдательности, интуиции, непоколебимому энтузиазму до окончательного разрешения всех противоречий, сопутствующих пионерской работе".

Джозеф Джон Томсон родился 18 декабря 1856 года в Манчестере. Здесь, в Манчестере, он окончил Оуэнс-колледж, а в 1876-1880 годах учился в Кембриджском университете в знаменитом колледже святой Троицы (Тринити-колледж). В январе 1880 года Томсон успешно выдержал заключительные экзамены и начал работать в Кавендишской лаборатории.

Первая его статья, опубликованная в 1880 году, была посвящена электромагнитной теории света. В следующем году появились две работы, из которых одна положила начало электромагнитной теории массы. Статья называлась "Об электрических и магнитных эффектах, производимых движением наэлектризованных тел". В этой статье выражена та мысль, что "эфир вне заряженного тела является носителем всей массы, импульса и энергии". С увеличением скорости изменяется характер поля, в силу чего вся эта "полевая" масса возрастает, оставаясь все время пропорциональной энергии.

Томсон был одержим экспериментальной физикой в лучшем смысле этого слова. Неутомимый в работе, он настолько привык самостоятельно добиваться поставленной цели, что злые языки поговаривали о его полном пренебрежении к авторитетам. Уверяли, что он предпочитал самостоятельно продумывать любые незнакомые ему вопросы научного характера, вместо того чтобы обратиться к книгам и готовым теориям. Впрочем, это явное преувеличение…

Научные успехи Томсона были высоко оценены директором лаборатории Кавендиша Рэлеем. Уходя в 1884 году с поста директора, он, не колеблясь, рекомендовал своим преемником Томсона. Для самого Джозефа его назначение было неожиданностью.

Известно, что, когда один из американских физиков, стажировавшихся в Кавендишской лаборатории, узнал об этом назначении, он тут же собрал свои пожитки. "Бессмысленно работать под началом профессора, который всего на два года старше тебя…" - заявил он, отплывая на родину. Что ж, у него впереди было много времени, чтобы пожалеть о своей поспешности.

Для такого выбора у старого директора лаборатории были немалые основания. Все, кто близко знал Томсона, единодушно отмечали его неизменную благожелательность и приятную манеру общения, сочетавшуюся с принципиальностью. Позже ученики вспоминали, что их руководитель любил повторять слова Максвелла о том, что никогда не следует отговаривать человека поставить задуманный им эксперимент. Даже если он не найдет того, что ищет, он может открыть нечто иное и вынести для себя больше пользы, чем из тысячи дискуссий.

Так уживались в этом человеке столь разные свойства, как самостоятельность собственных суждений и глубокое уважение к мнению ученика, сотрудника или коллеги. И может быть, именно эти качества обеспечили ему успех в должности руководителя "Кавендиша".

На новый пост Томсон пришел, имея опубликованные работы, убеждение в единстве материального мира и множество планов на будущее. И его первые успехи способствовали авторитету Кавендишской лаборатории. Скоро здесь собралась группа молодых людей, приехавших из самых разных стран. Все они одинаково горели энтузиазмом и готовы были на любые жертвы ради науки. Образовалась школа, настоящий научный коллектив людей, объединенных общностью целей и методов, с мировым авторитетом во главе.

С 1884 по 1919 год, когда его сменил на посту директора лаборатории Резерфорд, Томсон руководил лабораторией Кавендиша. За это время она превратилась в крупный центр мировой физики, в международную школу физиков. Здесь начали свой научный путь Резерфорд, Бор, Ланжевен и многие другие, в том числе и русские ученые.

Завершая в конце жизни книгу своих воспоминаний, Томсон перечисляет среди своих бывших докторантов 27 членов Королевского общества, 80 профессоров, успешно работающих в тринадцати странах. Результат поистине блестящий.

Программа исследований Томсона была широкой: вопросы прохождения электрического тока через газы, электронная теория металлов, исследование природы различного рода лучей…

Взявшись за исследование катодных лучей, Томсон прежде всего решил проверить, достаточно ли тщательно были поставлены опыты его предшественниками, добившимися отклонения лучей электрическими полями. Он задумывает повторный эксперимент, конструирует для него специальную аппаратуру, следит сам за тщательностью исполнения заказа, и ожидаемый результат налицо. В трубке, сконструированной Томсоном, катодные лучи послушно притягивались к положительно заряженной пластинке и явно отталкивались от отрицательной, то есть вели себя так, как и полагалось потоку быстролетящих крошечных корпускул, заряженных отрицательным электричеством. Превосходный результат! Он мог, безусловно, положить конец всем спорам о природе катодных лучей, но Томсон не считал свое исследование законченным. Определив природу лучей качественно, он хотел дать точное количественное определение и составляющим их корпускулам.

Окрыленный первым успехом, он сконструировал новую трубку: катод, ускоряющие электроды в виде колечек и пластинки, на которые можно было подавать отклоняющее напряжение. На стенку, противоположную катоду, он нанес тонкий слой вещества, способного светиться под ударами налетающих частиц. Получился предок электронно-лучевых трубок, так хорошо знакомых нам в век телевизоров и радиолокаторов.

Цель опыта Томсона заключалась в том, чтобы отклонить пучок корпускул электрическим полем и компенсировать это отклонение полем магнитным. Выводы, к которым он пришел в результате эксперимента, были поразительны. Во-первых, оказалось, что частицы летят в трубке с огромными скоростями, близкими к световым. А во-вторых, электрический заряд, приходившийся на единицу массы корпускул, был фантастически большим. Что же это были за частицы: неизвестные атомы, несущие на себе огромные электрические заряды, или крохотные частицы с ничтожной массой, но зато и с меньшим зарядом?

Далее он обнаружил, что отношение удельного заряда к единице массы есть величина постоянная, не зависящая ни от скорости частиц, ни от материала катода, ни от природы газа, в котором происходит разряд. Такая независимость настораживала. Похоже, что корпускулы были какими-то универсальными частицами вещества, составными частями атомов…

При одной мысли об этом исследователю прошлого века должно было становиться не по себе. Ведь само слово "атом" означало "неделимый". Тысячелетиями, прошедшими со времени Демокрита, атомы являлись символами предела делимости, символами дискретности вещества. И вдруг… Вдруг оказывается, что и у них есть составные части?

Согласитесь, что тут было от чего почувствовать растерянность. Правда, к ужасу святотатства примешивался в немалой степени и восторг от предвкушения великого открытия…

Томсон принялся за расчеты. Прежде всего, следовало определить параметры таинственных корпускул, и тогда, может быть, удастся решить, что они собой представляют.

Тонкий почерк ученого покрывает листы бумаги бесконечными цифрами. И вот они, первые результаты расчетов: сомнений нет, неизвестные частицы - не что иное, как мельчайшие электрические заряды, неделимые атомы электричества, или электроны. Они были известны теоретически и даже получили название, но только ему удалось открыть и тем самым окончательно подтвердить их существование экспериментально.

И это сделал он - упрямый английский физик-экспериментатор профессор Джозеф Джон Томсон, которого ученики и коллеги за глаза звали просто Джи-Джи.

29 апреля 1897 года в помещении, где уже более двухсот лет происходили заседания Лондонского королевского общества, назначен его доклад. Большинство собравшихся хорошо знакомы с историей вопроса. Многие сами пытались решить проблемы природы катодных лучей. Имя докладчика обещало интересное сообщение.

И вот Томсон на трибуне. Он высокого роста, худощавый, в очках с металлической оправой. Говорит уверенно, громко. Ассистенты докладчика тут же, на глазах у присутствующих, готовят демонстрационный опыт. Действительно, все, о чем говорил высокий джентльмен в очках, имело место. Катодные лучи в трубке послушно отклонялись и притягивались магнитным и электрическим полями. Причем отклонялись и притягивались именно так, как должны были, если предположить, что они состояли из мельчайших отрицательно заряженных частиц…

Слушатели были в восторге. Они не раз прерывали доклад аплодисментами. Финал же превзошел все ожидания. Такого триумфа этот старинный зал, пожалуй, еще не видел. Почтенные члены Королевского общества вскакивали с мест, спешили к демонстрационному столу, толпились, размахивая руками, и кричали…

Восторг присутствующих объяснялся вовсе не тем, что коллега Дж. Дж. Томсон столь убедительно раскрыл истинную природу катодных лучей. Дело обстояло гораздо серьезнее. Атомы, наипервейшие кирпичики материи, перестали быть элементарными круглыми зернами, непроницаемыми и неделимыми частицами без всякого внутреннего строения… Если из них могли вылетать отрицательно заряженные корпускулы, значит, и представлять собой атомы должны были какую-то сложную систему, состоящую из чего-то заряженного положительным электричеством и из отрицательно заряженных корпускул - электронов.

Название "электрон", некогда предложенное Стонеем для обозначения величины наименьшего электрического заряда, стало именем неделимого "атома электричества".

Теперь стали видны и дальнейшие самые необходимые направления будущих поисков. Прежде всего, конечно, необходимо было определить точно заряд и массу одного электрона, что позволило бы уточнить массы атомов всех элементов, рассчитать массы молекул, дать рекомендации к правильному составлению реакций… Да что говорить, знание точного значения заряда электрона было необходимо как воздух, и потому за опыты по его определению тут же взялись многие физики.

В 1904 году Томсон обнародовал свою новую модель атома. Она представляла собой также равномерно заряженную положительным электричеством сферу, внутри которой вращались отрицательно заряженные корпускулы, число и расположение которых зависело от природы атома. Ученому не удалось решить общую задачу устойчивого расположения корпускул внутри сферы, и он остановился на частном случае, когда корпускулы лежат в одной плоскости, проходящей через центр сферы. В каждом кольце корпускулы совершали довольно сложные движения, которые автор гипотезы связывал со спектрами. А распределение корпускул по кольцам-оболочкам соответствовало вертикальным столбцам таблицы Менделеева.

Рассказывают, что однажды журналисты попросили Джи-Джи пояснить наглядно, каким он предполагает строение "своего атома".

О, это очень просто, - невозмутимо ответил профессор, - скорее всего, это нечто вроде пудинга с изюмом…

Так и вошел в историю науки атом Томсона - положительно заряженным "пудингом", нафаршированным отрицательными "изюминками" - электронами.

Томсон и сам прекрасно понимал сложность структуры "пудинга с изюмом". Ученый подошел совсем близко и к выводу, что характер распределения электронов в атоме определяет его место в периодической системе элементов, но только подошел. Окончательный вывод был еще впереди. Многое в предложенной им модели было еще необъяснимо. Никто, например, не понимал, что представляет собой положительно заряженная масса атома и сколько электронов должно содержаться в атомах различных элементов.

Томсон научил физиков управлять электронами, и в этом его основная заслуга. Развитие метода Томсона составляет основу электронной оптики, электронных ламп, современных ускорителей заряженных частиц. В 1906 году Томсону за его исследование прохождения электричества через газы была присуждена Нобелевская премия по физике.

Томсон разработал и методы изучения положительно заряженных частиц. Вышедшая в 1913 году его монография "Лучи положительного электричества" положила начало масс-спектроскопии. Развивая методику Томсона, его ученик Астон построил первый масс-спектрометр и разработал метод анализа и разделения изотопов. В лаборатории Томсона начались первые измерения элементарного заряда из наблюдения движения заряженного облака в электрическом поле. Этот метод был в дальнейшем усовершенствован Милликеном и привел к его ставшим классическими измерениям заряда электрона.

В лаборатории Кавендиша начала свою жизнь и знаменитая камера Вильсона, построенная учеником и сотрудником Томсона Вильсоном в 1911 году.

Таким образом, роль Томсона и его учеников в становлении и развитии атомной и ядерной физики очень велика. Но Томсон до конца своей жизни оставался сторонником эфира, разрабатывал модели движения в эфире, результатом которых, по его мнению, были наблюдаемые явления. Так, отклонение катодного пучка в магнитном поле он интерпретировал как прецессию гироскопа, наделяя совокупность электрического и магнитного полей вращательным моментом.

Умер Томсон 30 августа 1940 года, в трудное для Англии время, когда над ней нависла угроза вторжения гитлеровцев.

1. Нобелевские лауреаты

Супругам Жолио-Кюри принадлежит большая заслуга в исследовании строения атома, особенно атомного ядра. Они сделали одно из величайших открытий двадцатого столетия - искусственной радиоактивности.Ирен Кюри, дочь великих ученых Марии и Пьера Кюри, родилась 12 сентября 1897 года в Париже. Вначале девочка училась…

2. Академик Д.С. Лихачев писал: "Александр Исаевич - настоящий русский писатель, мученик и герой. Это было типично для русских писателей всегда - не только для Аввакума, но и для всех последующих русских писателей, в той иди иной степени. Его героизм и одновременно…

3. Н.И. Рыжков, председатель Совета Министров СССР конца восьмидесятых годов, человек из перестроечной команды Горбачева, пишет: "Горбачев - великая Личность в нашей великой Истории. В Истории власти в нашей державе. В крохотном отрезочке демократии в огромной Истории абсолютизма. Говорю это, не боясь…

4. В своей философской работе "Бытие и ничто" Сартр пишет: "Человек несет всю тяжесть мира на своих плечах: он ответствен за мир и за самого себя как за определенный способ бытия... Поэтому в жизни нет случайности. Ни одно общественное событие, возникшее внезапно…

5. "Киплинг обнаружил романтику подвига и подвижничества в самой гуще современности, - пишут Н. Дьяконова и А. Долинин. - Провозгласив в пору крушения идеалов и недоверия к героическим возможностям человека старый, но прочно забытый героический идеал, Киплинг стал одним из основателей недолговечной,…

6. Борн был один из тех, кто стоял у истоков квантовой механики. Вот слова основателя кибернетики Н. Винера: "Главную роль в создании и первоначальном развитии квантовой механики в Геттингене сыграли Макс Борн и Гейзенберг. Макс Борн был гораздо старше Гейзенберга, но, хотя…

Джозеф Джон Томсон

«Джозеф Джон Томсон»

Джозеф Джон Томсон физик обнаруживший электрон.

Джозеф Джон Томсон родился 18 декабря 1856 года в пригороде Манчестера. Отец занимался торговлей книгами, поэтому сын пристрастился к чтению, особенно об изобретениях и различных науках.

Джозеф Джон Томсон поступил в колледж Оуэнс, где его образованием занимались педагоги и известные ученые физики, химики, инженеры и математики того времени. Лекции по физики читал Б.Стюарт.

Отец Джозефа умер рано, в 1872 году, который был единственным кормильцем в семье. Несмотря на это Томсон не оставил обучение, в 1876 году он поступил в Кембриджский университет. А талантливого юношу финансово поддержал стипендиальный фонд университета.

Томсон блестяще сдал заключительные экзамены в январе 1880 и был принят на работу в Кавендишскую лабораторию.

Статья об электромагнитной теории света и еще две опубликованные работы стали основой к теории электромагнитной массы выраженной в работе Томсона с названием "Об электрических и магнитных эффектах, производимых движением наэлектризованных тел"

Джозеф Джон Томсон начиная с 1883 года начинает читать лекции по электричеству, магнетизму и динамике твердого тела в Кембриджском университете. Студенты высоко ценили его лекции и считали не простительным их пропустить.

Знаменитый физик-теоретик Нильс Бор студентом посещал лекции Томсона, позже он писал об этом:

"Дж.Дж.

«Джозеф Джон Томсон»

Томсон поистине большой человек! Я невероятно много почерпнул из его лекций..."

Рэлей, директор лаборатории в Кембриджском университете, уходя на пенсию в 1884 году не колеблясь предложил должность директора Томсону. Для него самого это было неожиданностью и он с благодарностью принял пост, который сохранял по 1919 год.

За время его управления лабораторией, она превратилась в один из крупнейших научных центров Европы, где многие студенты Томсона впоследствии стали известными учеными. А пятеро его учеников стали нобелевскими лауреатами: Брэгг, Вильсон, Ричардсон, Розерфорд и Баркла.

Роза-Элизабет, милая и хрупкая девушка, которая работала в его лаборатории, после года ухаживания Томсоном стала его женой в январе 1890 года. Они давали для публики маленькие представления, на которых она в вечернем платье руководила опытами.

Основной задачей по изучению перед собой Томсон поставил исследования электрического тока в газовой среде. Совместно с Трелфоллом они проводят ряд экспериментов в азоте и озоне, результаты они вместе опубликовали в 1886 году.

В следующем году Томсон исследовал влияние давления и температуры на ток в различных газовых средах.

Позже начал исследовать катодные лучи, в 1894 году он сконструировал трубку, где лучи притягивались от отрицательно к положительно пластине, как и электрические разряды.

Даже этот эксперимент Томсон не стал использовать в споре природы катодных лучей, потому что считал эксперимент не завершенным.

«Джозеф Джон Томсон»

Томсон считал, что этим экспериментом он узнал качественное значение, а желал понять количественное определение.

Читая статьи по открытиям Рентгена и Беккереля он смог проводить эксперименты ранее, которые были невозможны и приходил к размышлениям:

1) "...атомы не неделимы, отрицательно заряженные частицы могут вылетать из них под действием электрических сил, удара быстро движущихся атомов, ультрафиолетового света или тепла";

2) "...все эти частицы одинаковой массы и несут одинаковый заряд отрицательного электричества от любого рода атомов, и они являются составной частью всех атомов";

3) "...масса этих частиц меньше однотысячной массы атома водорода".

Во время заседания Лондонского королевского обществе 29 апреля 1897 года Джозеф Джон Томсон выступил с речью, которая стала сенсацией в научном мире. Томсон заявил об электроне, как о величине наименьшего электрического заряда.

Позже модель атома Томсон представить по иному, в 1904 году он предложил о сфере, которая заряжена положительно с вращающимися отрицательными корпускулами. Их количество и местоположение определяло природу атома.

Томсон не смог лишь объяснить устойчивость расположения корпускул в сфере и почему они иногда находятся в одной плоскости с центром сферы.

Главная заслуга Джозефа Джона Томсона - это открытие возможности управление электронами, которое дало толчок к развитию других наук и созданию новых изобретений, например, электронные лампы.

За открытие электрона Томсон был удостоит Нобелевской премии по физике в 1906 году.

Его монография “Лучи положительного электричества” вышедшая в 1913 году стало началом научного метода: масс-спектроскопии.

Почти всю свою жизнь Томсон занимался электричеством, лишь во время Первой мировой войны он активно участвовал в исследованиях по обнаружению подводных лодок, который наносили сильный урон морскому флоту Великобритании.

За свои заслуги и преданность Кембриджу, в 1918 году Томсона назначили президентом Тринити-колледжа, а на следующий год он оставил руководство Кавендишской лабораторией одному из своих учеников. Для себя он выделил одну комнату для лабораторных работ.

Скончался Джозеф Джон Томсон в возрасте 84 лет в своем рабочем кабинете 30 августа в 1940 года.

18+, 2015, сайт, «Seventh Ocean Team». Координатор команды:

Осуществляем безвозмездную публикацию на сайте.
Публикации на сайте, являются собственностью их соответствующих владельцев и авторов.

Оуэнс-колледж сыграл важную роль в карьере Т., поскольку там был превосходно оборудованный факультет и в отличие от большинства колледжей того времени читались курсы экспериментальной физики. Получив в Оуэнсе в 1876 г. звание инженера, Т. поступил в Тринитиколледж Кембриджского университета. Здесь он изучал математику и ее приложения к задачам теоретической физики. Степень бакалавра по математике он получил в 1880 г. На следующий год он был избран членом ученого совета Тринитиколледжа и начал работать в Кавендишской лаборатории в Кембридже.

В 1884 г. Дж.У. Стретт, преемник Джейма Клерка Максвелла на посту профессора экспериментальной физики и директора Кавендишской лаборатории, ушел в отставку. Т. занял этот пост, несмотря даже на то, что ему было тогда всего двадцать семь лет и он не добился еще сколько-нибудь заметных успехов в экспериментальной физике. Однако его очень ценили как математико-физика, он активно применял максвелловскую теорию электромагнетизма, что и сочли достаточным при рекомендации его на этот пост.

Приступив к своим новым обязанностям в лаборатории, Т. решил, что главным направлением его исследований должно стать изучение электрической проводимости газов. Особенно его интересовали эффекты, возникающие при прохождении электрического разряда между электродами, помещенными в противоположных концах стеклянной трубки, из которой выкачан почти весь воздух. Ряд исследователей, и среди них английский физик Уильям Крукс, обратили внимание на одно любопытное явление, возникающее в таких газоразрядных трубках. Когда газ становится достаточно разреженным, стеклянные стенки трубки, расположенные на конце, противоположном катоду (отрицательному электроду), начинают флуоресцировать зеленоватым светом, что, по всей видимости, происходило под воздействием излучения, возникающего на катоде.

Катодные лучи вызвали в научной среде огромный интерес, а относительно их природы высказывались самые разноречивые мнения. Британские физики в большинстве своем полагали, что эти лучи представляют собой поток заряженных частиц. Напротив, немецкие ученые большей частью склонялись к мнению, что они являются возмущениями – быть может, колебаниями или токами – в некоей гипотетической невесомой среде, в которой, как они полагали, распространяется данное излучение. С этой точки зрения катодные лучи представлялись чем-то вроде высокочастотной электромагнитной волны, подобной ультрафиолетовому свету. Немцы ссылались на опыты Генриха Герца, который, как считалось, обнаружил, что катодные лучи, отклоняясь под воздействием магнитного поля, остаются нечувствительными к сильному электрическому полю. Предполагалось, что это опровергает мнение, будто катодные лучи – это поток заряженных частиц, ибо электрическое поле неизменно оказывает воздействие на траекторию таких частиц. Даже если это было и так, тем не менее экспериментальные доводы немецких ученых оставались не вполне убедительными.

Исследования катодных лучей и связанных с ними явлений оживились в связи с открытием Вильгельмом Рентгеном в 1895 г. рентгеновских лучей. Между прочим, эта форма излучения, о которой ранее не подозревали, также возникает в газоразрядных трубках (но не на катоде, а на аноде). Вскоре Т., работая вместе с Эрнестом Резерфордом, обнаружил, что облучение газов рентгеновскими лучами в огромной степени увеличивает их электропроводность. Рентгеновские лучи ионизировали газы, т.е. они превращали атомы газа в ионы, которые в отличие от атомов заряжены и, следовательно, служат хорошими переносчиками тока. Т. показал, что возникающая здесь проводимость в чем-то похожа на ионную проводимость при электролизе в растворе.

Выполнив со своими студентами весьма плодотворное исследование проводимости в газах, Т., ободренный успехами, вплотную занялся нерешенным вопросом, который занимал его уже много лет, а именно составом катодных лучей. Как и другие его английские коллеги, он был убежден в корпускулярной природе катодных лучей, полагая, что это могли быть быстрые ионы или другие наэлектризованные частицы, вылетающие из катода. Повторив опыты Герца, Т. показал, что на самом деле катодные лучи отклоняются электрическими полями. (Отрицательный результат у Герца был связан с тем, что в его газоразрядных трубках находилось слишком много остаточного газа.) Т. отмечал позднее, что «отклонение катодных лучей электрическими силами стало вполне различимым, а его направление указывало на то, что составляющие катодные лучи частицы несли отрицательный заряд. Этот результат устраняет противоречие между воздействием электрических и магнитных сил на катодные частицы. Но он имеет гораздо большее значение. Здесь возникает способ измерения скорости этих частиц v, а также и e/m, где m – масса частицы, а е – ее электрический заряд».

Метод, предложенный Т., был весьма прост. Сначала пучок катодных лучей отклонялся с помощью электрического поля, а затем с помощью магнитного поля он отклонялся на равную величину в противоположную сторону, так что в итоге пучок вновь выпрямлялся. Используя такую экспериментальную методику, стало возможным вывести простые уравнения, из которых, зная напряженности двух полей, легко определить как v, так и e/m.

Найденное таким образом значение e/m для катодных «корпускул» (как называет их Т.) оказалось в 1000 раз больше соответствующего значения для иона водорода (теперь мы знаем, что истинное отношение близко к 1800:1). Водород среди всех элементов обладает наибольшим отношением заряда к массе. Если, как полагал Т., корпускулы несли тот же самый заряд, что и ион водорода, («единичный» электрический заряд), то он открыл новую сущность, в 1000 раз более легкую, чем простейший атом.

Эта догадка подтвердилась, когда Т. с помощью прибора, изобретенного Ч.Т. Р. Вильсоном, удалось измерить значение е и показать, что оно действительно равно соответствующему значению для иона водорода. Он обнаружил далее, что отношение заряда к массе для корпускул из катодных лучей не зависит от того, какой газ находится в газоразрядной трубке и из какого материала сделаны электроды. Более того, частицы с тем же самым отношением e/m удавалось выделить из угля при нагревании и из металлов при воздействии на них ультрафиолетовыми лучами. Отсюда он сделал вывод, что «атом – не последний предел делимости материи; мы можем двигаться дальше – к корпускуле, и эта корпускулярная фаза одинакова, независимо от источника ее возникновения... Она, по всей видимости, входит составной частью во все разновидности материи при самых разных условиях, поэтому кажется вполне естественным рассматривать корпускулу как один из кирпичиков, из которых построен атом».

Т. пошел дальше и предложил модель атома, согласующуюся с его открытием. В начале XX в. он выдвинул гипотезу, что атом представляет собой размытую сферу, несущую положительный электрический заряд, в которой распределены отрицательно заряженные электроны (как в конце концов стали называть его корпускулы). Эта модель, хотя она и была вскоре вытеснена ядерной моделью атома, предложенной Резерфордом, обладала чертами, ценными для ученых того времени и стимулировавшими их поиски.

Т. получил в 1906 г. Нобелевскую премию по физике «в знак признания его выдающихся заслуг в области теоретических и экспериментальных исследований проводимости электричества в газах». На церемонии презентации лауреата Дж.П. Класон, член Шведской королевской академии наук, поздравил Т. с тем, что он «дал миру несколько главных трудов, позволяющих натурфилософу нашего времени предпринять новые исследования в новых направлениях». Показав, что атом не является самой последней неделимой частицей материи, как это долго считали, Т. и в самом деле открыл дверь в новую эру физической науки.

Между 1906 и 1914 гг. у Т. начался второй и последний большой период экспериментальной деятельности. Он изучал канальные лучи, которые движутся по направлению к катоду в разрядной трубке. Хотя Вильгельм Вин уже показал, что канальные лучи представляют собой поток положительно заряженных частиц, Т. с коллегами пролили свет на их характеристику, выделили различные типы атомов и атомных групп в этих лучах. В своих опытах Т. продемонстрировал совершенно новый способ разделения атомов, показав, что некоторые атомные

группы, такие, как СН, СН2 и СН3, могут существовать, хотя в обычных условиях их существование нестабильно. Большое значение имеет и то, что ему удалось обнаружить, что пробы инертного газа неона содержат атомы с двумя различными атомными весами. Открытие этих изотопов сыграло важную роль в понимании природы тяжелых радиоактивных элементов, таких, как радий и уран.

Во время первой мировой войны Т. работал в Управлении исследований и изобретений и был советником правительства. В 1918 г. он возглавил Тринитиколледж. Год спустя Резерфорд сменил его на посту профессора экспериментальной физики и директора Кавендишской лаборатории.

После 1919 г. деятельность Т. сводилась к выполнению обязанностей главы Тринити-колледжа, дополнительным исследованиям в Кавендишской лаборатории и выгодным вложениям денег. Ему нравилось работать в саду, и он часто совершал дальние прогулки в поисках необычных растений.

Томсон женился на Розе Паджет в 1890 г.; у них были сын и дочь. Его сын, Дж.П. Томсон, получил Нобелевскую премию по физике за 1937 г. Т. умер 30 августа 1940 г. и был похоронен в Вестминстерском аббатстве в Лондоне.

Т. оказал влияние на физику не только результатами своих блестящих экспериментальных исследований, но и как превосходный преподаватель и прекрасный руководитель Кавендишской лаборатории. Привлеченные этими его качествами, сотни наиболее талантливых молодых физиков со всего мира выбирали местом обучения Кембридж. Из тех, кто работал в Кавендише под руководством Т., семеро стали в свое время лауреатами Нобелевской премии.

В дополнение к Нобелевской премии Т. получил много других наград, среди которых можно указать медали: Королевскую (1894), Хьюза (1902) и Копли (1914), присужденные Лондонским королевским обществом. Он был президентом Лондонского королевского общества в 1915 г. и ему было пожаловано дворянство в 1908 г.

, Лауреат Нобелевской премии

Джозеф Джон Томсон (1856-1940) - английский физик, основатель научной школы, член (1884) и президент (1915-1920) Лондонского Королевского общества, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1913) и иностранный почетный член (1925) АН СССР. Директор Кавендишской лаборатории (1884-1919). Исследовал прохождение электрического тока через разреженные газы. Открыл (1897) электрон и определил (1898) его заряд. Предложил (1903) одну из первых моделей атома. Автор исследований электрических токов в разреженных газах и катодных лучей, объяснивший непрерывность спектра рентгеновских лучей, выдвинувший идею о существовании изотопов и получивший ее экспериментальное подтверждение. Один из создателей электронной теории металлов. Нобелевская премия (1906).

Джозеф Томсон родился 18 декабря 1856, Чэтем Хилл, пригород Манчестера. Скончался 30 августа 1940, в Кембридже; похоронен в Вестминстерском аббатстве.

Математик приходит в физику

Джозеф Томсон родился в семье продавца книг. Отец хотел, чтобы он стал инженером, и когда Джозеф достиг четырнадцати лет, его отдали учиться в колледж Оуэна (впоследствии Манчестерский университет).

Цивилизованное общество напоминает ребенка, который ко дню своего рождения получил слишком много игрушек.

Томсон Джозеф Джон

До середины 19 века в университетах не существовало исследовательских лабораторий и профессора, проводившие опыты, делали это у себя дома. Первая физическая лаборатория была открыта в Кембридже в 1874 г. Ее возглавил Джеймс Клерк Максвелл, а после его ранней кончины - лорд Рэлей, вышедший в отставку в 1884. И тогда неожиданно для многих Томсон, двадцативосьмилетний математик, только начинавший экспериментальные исследования, был избран кавендишевским профессором и директором лаборатории. Будущее показало, что этот выбор оказался весьма удачным.

Начало экспериментов Джозефа Томсона

Внимание многих физиков в то время привлекали проблемы электричества и магнетизма. Уже появились (хотя еще не вошли во всеобщее употребление) уравнения Максвелла. Однако, Томсон обратился не к той части электродинамики, которая рассматривает напряженности полей, порождаемых «заданными» источниками (т. е. плотности зарядов и токов которых известны), а именно вопросом о физической природе самих этих источников. В теории самого Максвелла этот вопрос почти не обсуждался. Для него электрический ток - все, что порождает магнитное поле (не меняющиеся со временем распределения электрических зарядов создают только электрические поля).

Томсона увлек вопрос о носителях зарядов. Он начал с исследования токов в разреженных газах, чем занимались тогда и в ряде других лабораторий. Томсон обнаружил, что проводимость газов увеличивается под воздействием рентгеновских лучей. Важные результаты были получены им при исследовании катодных лучей. т.е. потоков, исходящих из катодов (отрицательных электродов) разрядных трубок. Об их физической природе высказывались тогда различные мнения. Большинство немецких физиков полагало, что это - волны, подобные рентгеновским лучам, тогда как английские видели в них поток частиц.

В 1894 Томсону удалось измерить их скорость, которая оказалась в 2000 раз меньше световой, что явилось убедительным доводом в пользу корпускулярной гипотезы. Через год французского экспериментатор Жан Перрен выяснил знак электрического заряда катодных лучей: попадая на металлический цилиндр, они заряжали его отрицательно. Оставалось определить массу частиц. Эту проблему также с блеском смог разрешить Томсон. Но, прежде чем начать эксперимент, он обратился к теории и рассчитал, как должна двигаться заряженная частица в скрещенных электрическом и магнитном полях. Отклонение такой частицы получалось зависящим от отношения ее заряда к массе.

Начался эксперимент (нужно заметить, что Джозеф Томсон чаще всего, тщательно, во всех деталях продумав эксперимент, предоставлял его проведение помощникам). Его результаты показали, что масса частиц почти в 2000 раз меньше. чем у самых легких ионов - ионов водорода. Что же касается заряда, то у ионов он уже был надежно вычислен на базе опытов по электролизу и оказался положительным. Поскольку атом водорода имеет нулевой заряд, это наводило на мысль, что существуют равные по величине и противоположные по знаку носители дискретных порций электрических зарядов. Те частицы, которые входили в состав катодных лучей, были вскоре названы электронами. Их открытие было одним из важнейших достижений физики конца 19 века, и оно непосредственно связано с именем Томсона, удостоенного за него в 1906 Нобелевской премии.

Модель атома

В том же 1897, когда было зарегистрировано открытие электрона, Д. Томсон обратился к проблеме атома. Придя к убеждению, что, вопреки своему названию, атом не является неделимым, Томсон предложил модель его устройства. По этой модели атом выступал в виде положительно заряженной «капли», внутри которой «плавали» маленькие отрицательно заряженные шарики - электроны. Под действием кулоновских сил они располагались вблизи центра атома в виде цепочек определенных конфигураций (в которых можно было даже усмотреть нечто напоминающее упорядоченность в периодической таблице Менделеева). Если какой-то толчок отклонял электроны от положений равновесия, начинались колебания (связь со спектрами!) и кулоновские силы стремились восстановить исходное равновесие. Хотя опыты, проведенные впоследствии в той же кавендишевской лаборатории преемником Томсона, Эрнестом Резерфордом заставили отказаться от этой модели, она сыграла немалую роль в формировании представлений о строении материи.

От электронов к ядрам

Начав работу в кавендишевской лаборатории с исследования рассеяния рентгеновских лучей, Джозеф Томсон пришел к формуле, носящей его имя и описывающей рассеяние электромагнитных волн на свободных электронах. Эта формула и поныне играет видную роль в физике элементарных частиц.

Важна была также роль Томсона в открытии фотоэффекта и термоэлектронной эмиссии. Очень плодотворной оказалась и идея использования скрещенных полей для измерения отношений зарядов частиц к их массам. На этой идее основана работа масс-спектрографов, которые нашли широкое применение в физике ядра и, в частности, сыграли существенную роль для открытия изотопов (ядер, имеющих различные массы, но одинаковые заряды, чем определяется их химическая неразличимость). Отметим, что предсказание существования изотопов и экспериментальное обнаружение некоторых из них также было сделано Томсоном.

Джозеф Томсон был одним из ярчайших физиков-классиков. Правда, он застал появление квантовой теории (становление которой происходило в значительной степени на его глазах и при непосредственном участии его молодых коллег), появление теории относительности и атомной и ядерной физики. Более того, его личное участие в том грандиозном пересмотре всего физического миропонимания, которое принесли первые десятилетия нового века, было несомненным и глубоким. Но он до конца дней сохранял веру в существование механического эфира, несмотря на успехи релятивистской теории, которую он воспринимал лишь как отражение некоторых математических свойств уравнений Максвелла. По отношению к квантовой теории он довольно долго оставался в положении скептического наблюдателя и изменил мнение о ней лишь после того, как его сын Джордж Паджет Томсон на опыте обнаружил волновые свойства у электронов (за что был удостоен в 1937 Нобелевской премии).

ТОМСОН, ДЖОЗЕФ ДЖОН (Thomson, Joseph John) (1856–1940), английский физик, удостоенный в 1906 Нобелевской премии по физике за работы, которые привели к открытию электрона. Родился 18 декабря 1856 в пригороде Манчестера – Читем-Хилле. Поступил в Оуэнс-колледж (впоследствии Манчестерский университет), продолжил образование в Тринити-колледже Кембриджского университета. С 1918 и до конца жизни – ректор Тринити-колледжа. В 1884–1919 Томсон – профессор Кембриджского университета и одновременно руководитель Кавендишской лаборатории; в 1905–1918 – профессор Королевской ассоциации в Лондоне.

Наибольшую известность Томсону принесли его работы, связанные с открытием электрона: в 1897, исследуя отклонение катодных лучей в магнитном и электрическом полях, Томсон обнаружил, что они представляют собой поток отрицательно заряженных частиц. Измерил отношение заряда частиц к массе и показал, что они в 1837 раз легче атома водорода. В 1899 обнаружил электроны в фототоке, наблюдал эффект термоэлектронной эмиссии. Изучал особенности электрического разряда в газах, дал объяснение непрерывного спектра рентгеновского излучения.

Томсон – один из основоположников электронной теории металлов (1900). Им получено выражение для эффективного сечения рассеяния электромагнитных волн свободными электронами (формула Томсона). В 1903 построил одну из первых моделей атома, предположив, что атом – это положительно заряженная сфера с вкрапленными в нее электронами. В 1904 Томсон высказал идею о том, что электроны в атоме образуют различные конфигурации, обусловливающие периодичность химических элементов; тем самым он попытался установить связь между электронной структурой атома и его химическими свойствами.

Начиная с 1905 Томсон приступил к детальному экспериментальному исследованию т.н. «каналовых» лучей – быстро движущихся частиц, образующихся за катодом газоразрядной трубки, в котором проделано отверстие. Отклоняя эти лучи в электрическом и магнитном полях, он разложил их на компоненты, число и свойства которых зависели от состава газа в трубке. Эта работа послужила основой масс-спектрометрии. В 1911 Томсон разработал метод парабол для измерения отношения массы частицы к ее заряду, что имело важное значение для исследования изотопов. В 1912 получил первые данные о существовании изотопов – обнаружил атомы неона с массой 20 и 22.

Кавендишская лаборатория за время, когда ее возглавлял Томсон, превратилась в ведущий исследовательский центр. Здесь под руководством Томсона работали Ф.Астон, У.Вильсон, Э.Резерфорд, У.Ричардсон и др. За научные заслуги Томсон был награжден медалями Б.Франклина (1923), М.Фарадея (1938), Копли (1914) и др.