ТОМСОН Джозеф Джон ТОМСОН Джозеф Джон
ТО́МСОН (Thomson) Джозеф Джон (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. Один из создателей электронной теории металлов. Нобелевская премия (1906).
ТО́МСОН (Thomson) Джозеф Джон (18 декабря 1856, Чэтем Хилл, пригород Манчестера - 30 августа 1940, Кембридж; похоронен в Вестминстерском аббатстве), английский физик, член Лондонского королевского общества (см.
ЛОНДОНСКОЕ КОРОЛЕВСКОЕ ОБЩЕСТВО)
с 1884 и его президент (1916-20 гг.), автор исследований электрических токов в разреженных газах и катодных лучей, объяснивший непрерывность спектра рентгеновских лучей, выдвинувший идею о существовании изотопов (см.
ИЗОТОПЫ)
и получивший ее экспериментальное подтверждение, создатель одной из первых моделей атома, лауреат Нобелевской премии.
Математик приходит в физику
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).
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 (см.
МАКСВЕЛЛ Джеймс Клерк)
, а после его ранней кончины - лорд Рэлей (см.
РЭЛЕЙ Джон Уильям)
, 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
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 (см.
ПЕРРЕН Жан Батист)
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 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, 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, Э. Резерфордом (см.
РЕЗЕРФОРД Эрнест)
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, 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 (см.
ФОТОЭФФЕКТ)
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.
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). Томсону принадлежит колоссальная роль в формировании большой международной школы физиков. «Он не был блестящим лектором в прямом понимании этого слова, но его лекции впечатляли кристальной ясностью, с которой он давал объяснения, а также красотой и простотой лекционных демонстраций», - так писал о нем Макс Борн (см.
БОРН Макс)
, который... сам был его учеником в 1907 и на своем примере почувствовал все обаяние его личности». В 1918 Томсон вышел в Кавендише в отставку, передав лабораторию Резерфорду, и возглавил Тринити-колледж (колледж Святой Троицы).
Энциклопедический словарь . 2009 .
В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Томсон. Джозеф Джон Томсон Joseph John Thomson … Википедия
Томсон (Thomson) Джозеф Джон (18.12.1856, Читем Хилл, близ Манчестера, ‒ 30.8.1940, Кембридж), английский физик, член Лондонского королевского общества (с 1884, в 1915‒20 ‒ президент). Окончил Оуэнс колледж в Манчестере (1876) и Тринити колледж… … Большая советская энциклопедия
- (Thomson, Joseph John) (1856 1940), английский физик, удостоенный Нобелевской премии по физике 1906 за работы, которые привели к открытию электрона. Родился 18 декабря 1856 в пригороде Манчестера Читем Хилле. В возрасте 14 лет поступил в Оуэнс… … Энциклопедия Кольера
ТОМСОН ДЖОЗЕФ ДЖОН - (1856 1940) – английский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 1906 г., окончил Кембриджсий университет, профессора экспериментальной физики. Приступив к своим новым обязанностям в лаборатории, Томсон решил, что главным направлением его… … Философия науки и техники: тематический словарь
- … Википедия
Дж. Дж. Томсон Сэр Джозеф Джон Томсон (18 декабря 1856 30 августа 1940) английский физик, открывший электрон, лауреат Нобелевской премии по физике 1906 года. Содержание 1 Биография … Википедия
Томсон (физики) - Джозеф Джон Томсон. ТОМСОН (Thomson), английские физики, отец и сын. Джозеф Джон (1856 1940), один из создателей электронной теории металлов, открывший электрон и измеривший его заряд, основатель научной школы. Нобелевская премия (1906). Джордж… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Томсон фамилия: Томсон, Александр Иванович русский лингвист. Томсон, Вирджил американский композитор. Томсон, Джеймс шотландский поэт и драматург. англ. James Alexander Thomson) американский биолог,… … Википедия
- (Thomson) (в 1892 за научные заслуги получил титул барона Кельвина, Kelvin) (1824 1907), английский физик, член (1851) и президент (1890 1895) Лондонского королевского общества, иностранный член корреспондент (1877) и иностранный почётный член… … Энциклопедический словарь
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.
– английский физик, обладатель Нобелевской премии, один из основоположников классической электронной теории металлов. Автор исследований катодных лучей и прохождения тока в разреженных газах. Открыт электрон и определил его заряд.
Родился Джозеф Томсон 18 декабря 1856 года в английском городке Читхэм-Хилл, пригороде Манчестера. Его отец был книготорговцем, он хотел дать сыну инженерное образование. В 14 лет Джозефа послали на учебу в Оуэнс-колледж в Манчестер, а затем в Тринити-колледж при Кембриджском университете. При колледже открылись курсы экспериментальной физики, которые по сути и определили дальнейшую судьбу Джозефа Томсона – он всерьез увлекся физикой и математикой. После окончания колледжа в 1880 году Джозеф получает степень бакалавра по математике. В этом году юный ученый пишет статью на тему «Электромагнитная теория света» и уже через год становится членом ученого совета Тринити-колледжа. К 1884 году Томсон уже профессор Кембриджского университета и руководитель Кавендишской лаборатории при колледже.
Занимаясь изучением прохождения электрического тока через разреженные газы, Томсон в 1897 году открывает электрон. Кроме того, он определяет его заряд и отношение заряда к массе электрона. За свои исследования ученому в 1906 году присуждают Нобелевскую премию в области физики. Также Джозеф Джон разработал теорию движения, открытого им электрона, в электрическом и магнитном полях . На основании своих наблюдений, Томсон предлагает свою модель атома. Он предложил, что атом – это положительно заряженная сфера с вкрапленными в нее электронами. Хотя в последствие она была опровергнута его последователями, но все же сыграла огромную роль в процессе изучения строения материи.
Джозеф Джон Томсон является одним из основоположников классической электронной теории металлов. Его формула (формула Томсона) до сих пор применяется в физике элементарных частиц для определения эффективного сечения рассеяния электромагнитных волн свободными электронами.
Результаты его исследований сыграли важную роль в дальнейшем открытии фотоэффекта и термоэлектрической эмиссии. Джозеф Томсон установил природу положительных ионов, дал объяснение непрерывному спектру рентгеновского излучения. Он разработал метод парабол для измерения отношения электрического заряда элементарной частицы к ее массе, тем самым открыл путь для масштабного изучения изотопов.
За свою научную деятельность ученый был награжден медалями Франклина , Фарадея, Копли, Юза. Был лауреатом Нобелевской премии. Являлся членом Академий наук многих стран. Умер Джозеф Джон Томсон 30 августа 1940 году в Кембридже. За заслуги в области научной деятельности и величайший вклад в развитие многих направлений науки был похоронен в Вестминстерском аббатстве в Лондоне.
(1856 - 1940)
Английский физик Джон Томсон родился 18 декабря 1856 г. в Читем-Хилле, предместье Манчестера, в семье Джозефа Джеймса и Эмми Томсонов.
В 14 лет Томсона послали учиться в Оуенс-Колледж (ныне — Манчестерский университет). Это заведение сиграло важную роль в карьере Томсона. Получив здесь в 1876 г. звание инженера, Томсон вступил к Тринити-Колледж Кембриджского университета, где изучал математику и математические приложения к задачам теоретической физики. Степень бакалавра по математики он получил 1880 г. В следующем году его было избрано членом ученого совета Тринити-Колледжа, и он начал работать в Кавендишской лаборатории в Кембридже.
1884 г. Томсон в 27 года занял должность профессора экспериментальной физики и директора Кавендишской лаборатории. Его очень ценили как математика-физика. Он активно применял максвеловскую теорию электромагнетизма, которое было учтено во время избрания его на эту должность. Работы Томсона посвящены изучению прохождения электрического тока через разреженные газы, катодных и рентген овских лучей, а также атомной физике.
1890 г. Томсон вступил в брак с Розой Паджет. У них были сын и дочь. Его сын, Дж.П.Томсон, получил Нобелевскую премию в области физики 1937 г.
1897 г., исследуя отклонение катодных лучей в магнитном и электрическом полях, Томсон доказал, что они являются потоком отрицательно заряженных частичек, вычислил их удельный заряд и определил, что их масса приблизительно в 1837 раз меньше от массы атома водорода. Это было прямым и надежным открытием электрона.
1906 г. Томсон получил Нобелевскую премию в области физики « как признания его выдающихся заслуг в области теоретических и экспериментальных исследований электропроводности в газах».
1906- 1914 гг. для Томсона начался второй и последний большой период экспериментальной деятельности. Он изучал канальные лучи, которые двигаются в направлении к катоду в трубке разряжения.
1918 г. он возглавил Тринити-Колледж. После 1919 г. деятельность Томсона сводилась к выполнению обязанностей главы Тринити-Колледжа, дополнительным исследованием в Кавендишской лаборатории и эффективному вкладыванию средств.
В дополнение к Нобелевской премии Томсон получил много других наград, среди которых есть такие присужденные Лондонским королевским обществом медали: Королевская (1894) , Хъюза (1902) и Копли (1914) . Он был президентом Лондонского королевского общества (1915, 1908) . Ему было даровано дворянство. Он один из основоположников классической электронной теории металлов (1900) .
Томсон умер 30 августа 1940 г. и был похоронен в Вестминстреском аббатстве близ Лондона.
О научном «отце» Резерфорда и многих других нобелевских лауреатов, научном «дедушке» Капицы, человеке, открывшем первую в истории человечества элементарную частицу, классическом английском физике рассказывает наш сегодняшний выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».
Сэр Джозеф Джон Томсон
Нобелевская премия по физике 1906 года. Формулировка Нобелевского комитета: «В признание огромного вклада в теоретические и экспериментальные исследования проводимости газов».
Наш нынешний персонаж кажется неординарным даже на фоне «обычного» нобелевского лауреата. Начнем с того, что семь его «научных сыновей» тоже стали нобелиатами (до пяти таких премий он дожил). Как и многие его «научные внуки», например Петр Капица. Стал нобелевским лауреатом и его родной сын, причем в связи с той же элементарной частицей, которую открыл наш герой. Догадались? Ну конечно же… Встречайте - JJ. И это не псевдоним какого-то рэпера, здесь старая добрая Англия. Джей-Джей - это имя собственное, хотя и является сокращением от сэра Джозефа Джона Томсона.
Впрочем, Томсон не был дворянином по рождению, как и его самый известный ученик, Резерфорд. Он родился в семье книготорговца, тоже JJ (Джозефа Джеймса) Томсона и Эммы Суиндейлс. Отец хотел, чтобы сын получил хорошее образование и стал инженером, а посему в 14 лет Джей-Джей-младший отправился в Оуэнс-колледж, ныне известный как Манчестерский университет.
Два года спустя Томсона-старшего не стало. Не стало и денег, однако помогла мать и хорошая успеваемость, обеспечившая стипендию. Обучение продолжилось. В Оуэнс-колледже был великолепный курс экспериментальной физики. Однако, чтобы заниматься физикой, уже тогда было нужно хорошее знание математики. И Томсон поступил в Тринити-колледж Кембриджа, где занимался теоретической физикой и математикой. В 1880 году, в 24 года, он получил звание бакалавра и начал работать в Кавендишской лаборатории (фактически - физфак Кембриджа). Напомним читателям, что лаборатория получила свое название не по имени знаменитого химика Генри Кавендиша, а по имени канцлера Кембриджа Уильяма Кавендиша (Генри был 2-м лордом Кавендишем, а Уильям - 7-м), пожертвовавшего большие деньги на ее строительство.
Эрнест Резерфорд
George Grantham Bain Collection/Library of Congress
Четыре года спустя, в 1884 году, когда Томсону еще не исполнилось 28 лет и никаких особенных научных достижений, кроме славы хорошего физика и математика с «правильными руками», за ним не числилось, случилось удивительное. В отставку ушел директор Кавендишской лаборатории Джон Уильям Стретт, третий , матерый человечище, который впоследствии (в 1904 году) получил Нобелевскую премию за открытие аргона и оставил свой титул в истории науки в терминах рэлеевского рассеяния и волнах Рэлея. До Стретта пост директора занимал сам Джеймс Клерк Максвелл. И тут на этот важный пост назначают Томсона. Удивительно! Писали, что один американский физик, стажировавшийся в лаборатории, узнав о новом кавендишевском профессоре, бежал на родину со словами «бессмысленно работать под началом профессора, который всего на два года старше тебя», а один кембриджский воспитатель-наставник высказался жестче: «…критические времена наступают в университете, если профессорами делаются просто мальчики!».
При этом выбор сделал сам уходящий в отставку Стретт. Может быть, потому, что при отсутствии пока что, как говорится, «прорывных» результатов, талант Томсона был все же очевиден? Недаром его первую печатную научную работу издали в «Трудах лондонского королевского общества», когда ему было всего 19. В любом случае, Стретт не ошибся - Томсон прекрасно руководил лабораторией более трети века, как и его предшественник, получил Нобелевскую премию и сдал свой пост не менее великому ученому… Но об этом позже.
Став директором и получив большую свободу действий, Томсон начал изучать электрическую проводимость газов в трубке Крукса. Это стеклянный сосуд с двумя электродами в противоположных его концах, из которого выкачан почти весь воздух. Собственно, Уильям Крукс, создатель этого прибора, обнаружил, что при достаточном разрежении воздуха стекло на противоположном катоду конце трубки начинает флуоресцировать желто-зеленым светом, видимо, под действием некоего излучения, которое было названо катодными лучами.
Несколько слов нужно, конечно, снова сказать о самом Уильяме Круксе, создателе катодной трубки. Известнейший ученый, открывший таллий и получивший в лабораторных условиях гелий, был заядлым спиритистом. В 1874 году он, будучи 42 лет от роду, в самом расцвете научных сил, опубликовал статью, в которой заявлял, что спиритизм - это научно и явления духов происходят на самом деле. Скандал был такой, что Круксу пришлось на много лет «залечь на дно» - дождаться того, что его научный авторитет стал незыблем, как и позиции в Королевском научном обществе, дождаться рыцарского титула в 1897 года и в 1898 году совершить каминг-аут в духе тех лет, заявив, что он убежденный спиритуалист. Им Крукс и оставался до самой смерти в 1919 году. Так что с 1913 по 1915 год Лондонское королевское общество возглавлял, по-нашему, лжеученый (но только в этом). Кстати, в 1915 году, на шесть лет, Крукса на этом посту сменил наш герой.
Уильям Крукс
Wikimedia Commons
Вернемся на три десятилетия назад, от старого Крукса к молодому Томсону. К началу его занятий с трубкой Крукса в научном мире шли серьезные споры. Условно говоря, представители британской школы (и сам Крукс) считали, что катодные лучи - это поток неких частиц, а представители германской, основываясь на не очень достоверных опытах Герца, считали, что они представляют собой волны эфира - некоей субстанции, пронизывающей пространство.
Главной заслугой Томсона стало то, что он сумел показать: катодные лучи - это все-таки частицы (корпускулы, как называл их сам Томсон), при этом всегда одни и те же. Томсон даже сумел померить соотношение заряда к массе частицы - ныне одну из фундаментальных констант. Так были открыты электроны, а человечество сделало первый шаг в глубины атома. Cам Томсон стал автором первой модели строения атома, которую называли «пудинг с изюмом»: в некоем размазанном положительно заряженном теле плавают или просто вкраплены «изюминки» - электроны.
Полвека спустя его родной сын и ученик получит Нобелевскую премию за то, что сумел показать двойственную природу электрона, открыв его волновые свойства. А намного раньше его первый ученик сделал следующий шаг в познании структуры атома и разрушил «вкусную» модель Томсона.
Модель атома Томсона, которую называли «пудингом с изюмом», сравнивая электроны с изюминками в кондитерском изделии
Wikimedia Commons
Еще до открытия электрона (1896−1897), в 1895 году в жизни Томсона и всей британской и мировой науки произошло еще одно важнейшее событие. Нет, это не Нобелевская премия – ее тогда вообще не присуждали, заслуженную награду Томсон получит только в 1906 году. В Кавендишской лаборатории появился первый докторант (research-student) Томсона, молодой новозеландец по имени Эрнест Резерфорд. Именно вместе с ним Томсон сделал главное открытие своей жизни.
Письма Резерфорда невесте сохранили нам описание Томсона и его семьи. «Он очень приятен в беседе и вообще вовсе не представляет собою старомодное ископаемое. Что касается внешности, он среднего роста, темноволос и очень моложав. Весьма скверно побрит и носит довольно длинные волосы. У него худощавое продолговатое лицо, выразительное голова, от носа спускаются вниз две глубокие вертикальные складки… Он пригласил меня на ленч к себе на Скруп-Террас, где я увидел его жену – высокую шатенку с болезненным лицом, но очень приветливую и словоохотливую…»
Дж. Дж. Томсон. Как вы видите, описание Резерфорда довольно точно
Wikimedia Commons
Надо сказать, что Джей-Джей был приличным мужчиной и, положив глаз на студентку в собственной лаборатории, он на ней женился. Тем более что папа студентки был региус-профессором медицины в Кембридже. В 1890 году 28-летний Томсон и Роза Паджет сыграли свадьбу, через два года у них родился первенец – Джордж Паджет. Нобелевский лауреат 1937 года за открытие волновой природы электрона.
Кстати, если хотите подробной статистики по номинациям 1906 года, то вот:
Нобелевская премия по физике, 1906 год. 18 номинаций.
Дж.Дж. Томсон - 8 номинаций
Гэйбриел Липманн (лауреат 1908 года) - 3
Анри Пуанкаре (его номинировали целый 51 раз, но так и не дали премию) - 3
Людвиг Больцман (вот уж кто заслужил премию, но, увы, в 1906 году умер) - 2
Остальные - по одной (среди них однофамилец Томсона - Уильям Томсон (1824−1907), более известный как лорд Кельвин, тоже не успевший получить премию)
Томсон прожил долгую жизнь. Он заработал дворянство, как любил говорить Владимир Ворошилов, «своим собственным умом», стал нобелиатом. В 1913 году он стал главой Лондонского королевского общества, в 1919 - передал профессорство вернувшемуся в Кембридж Резерфорду.
Стали нобелиатами семь его сотрудников, начиная с первого докторанта Резерфорда, которого Томсон пережил и похоронил. Он дождался Нобелевской премии своего сына. Он был главой Лондонского королевского общества, главой Тринити-колледжа… Когда он умер, ему было 84 года, шла Вторая мировая война, в разгаре была битва за Британию. Джей-Джей удостоился высочайшей чести быть похороненным в Вестминстерском аббатстве.
Джордж Паджет Томсон
Nobel foundation
Кстати, еще один интересный момент: Томсон - один из немногих нобелиатов первых лет, которых мы можем увидеть и услышать. На сайте Нобелевского комитета есть запись, сделанная в 1934 году, где Томсон рассказывает об открытии электрона.
А о самом вкладе Томсона, начавшего создавать школу Кавендишской лаборатории, можно сказать словами Оливера Лоджа: «Насколько меньше знал бы мир, если б Кавендишской лаборатории не было бы на свете. Но насколько уменьшилась бы слава этой прославленной лаборатории, если бы сэр Дж. Дж. Томсон не был одним из ее директоров!».
