биография на джоузеф джон томсън. Лауреат на Нобелова награда

Джоузеф Томсън (1856-1940).

Английският физик Джоузеф Томсън влезе в историята на науката като човекът, открил електрона. Веднъж той каза: „Откритията се дължат на остротата и силата на наблюдението, интуицията, непоклатимия ентусиазъм до окончателното разрешаване на всички противоречия, които съпътстват пионерската работа“.

Джоузеф Джон Томсън е роден на 18 декември 1856 г. в Манчестър. Тук, в Манчестър, той завършва Оуенс Колидж, а през 1876-1880 г. учи в Кеймбриджкия университет в известния Тринити Колидж (Тринити Колидж). През януари 1880 г. Томсън издържа успешно последните изпити и започва работа в лабораторията Кавендиш.

Първата му статия, публикувана през 1880 г., е посветена на електромагнитната теория на светлината. На следващата година се появяват две статии, едната от които поставя основата на електромагнитната теория за масата. Статията беше озаглавена „За електрическите и магнитните ефекти, предизвикани от движението на наелектризирани тела“. Тази статия изразява идеята, че "етерът извън зареденото тяло е носител на цялата маса, импулс и енергия." С увеличаване на скоростта естеството на полето се променя, поради което цялата тази маса на "полето" се увеличава, оставайки през цялото време пропорционална на енергията.

Томсън беше обсебен от експерименталната физика в най-добрия смисъл на думата. Неуморен в работата, той толкова свикна да постига целта си сам, че злите езици говореха за пълното му пренебрежение към авторитетите. Говореше се, че той предпочита самостоятелно да обмисля всички непознати за него въпроси от научно естество, вместо да се обръща към книги и готови теории. Това обаче явно е преувеличение...

Научните постижения на Томсън бяха високо оценени от Рейли, директор на лабораторията Кавендиш. Напускайки през 1884 г. като директор, той не се поколебава да препоръча Томсън за свой приемник. За самия Йосиф назначаването му беше изненада.

Известно е, че когато един от американските физици, който беше стажант в Кавендишката лаборатория, разбра за това назначение, той незабавно опакова вещите си. „Няма смисъл да работиш под ръководството на професор, който е само две години по-възрастен от теб...“ – каза той, отплавайки към дома. Е, той имаше достатъчно време пред себе си, за да съжалява за прибързаността.

Старият директор на лабораторията имаше основателни причини за такъв избор. Всички, които познаваха отблизо Томсън, единодушно отбелязваха неговата неизменна доброжелателност и приятен начин на общуване, съчетан с принципност. По-късно студентите си спомнят, че техният ръководител обича да повтаря думите на Максуел, че никога не трябва да разубеждавате човек да направи експеримент, който е замислил. Дори и да не намери това, което търси, може да открие нещо друго и да се възползва повече от хиляди дискусии.

Така че в този човек съжителстваха различни свойства, като независимостта на собствените преценки и дълбокото уважение към мнението на ученик, служител или колега. И може би именно тези качества му осигуриха успеха като ръководител на Кавендиш.

Томсън дойде на новия пост с публикувани трудове, убеденост в единството на материалния свят и много планове за бъдещето. А ранните му успехи допринесоха за доверието в лабораторията Кавендиш. Скоро тук се събраха група младежи от различни страни. Всички те еднакво горяха от ентусиазъм и бяха готови на всякакви жертви в името на науката. Създава се школа, истински научен колектив от хора, обединени от обща цел и методи, със световен авторитет начело.

От 1884 до 1919 г., когато Ръдърфорд го наследява като директор на лабораторията, Томсън ръководи лабораторията Кавендиш. През това време той се превърна в основен център на световната физика, международна школа на физиците. Ръдърфорд, Бор, Ланжевен и много други, включително руски учени, започват своето научно пътуване тук.

Завършвайки книгата с мемоарите си в края на живота си, Томсън изброява сред бившите си докторанти 27 членове на Кралското общество, 80 професори, успешно работещи в тринадесет страни. Резултатът е наистина брилянтен.

Изследователската програма на Томсън беше широка: въпроси за преминаването на електрически ток през газове, електронната теория на металите, изследването на природата на различни видове лъчи ...

Заемайки се с изучаването на катодните лъчи, Томсън първо решава да провери дали неговите предшественици, които са постигнали отклонението на лъчите от електрически полета, са извършили експериментите с достатъчно внимание. Той замисля повторен експеримент, проектира специално оборудване за него, сам следи точността на изпълнение на поръчката и очакваният резултат е очевиден. В тръбата, проектирана от Томсън, катодните лъчи послушно се привличат към положително заредената плоча и ясно се отблъскват от отрицателната, т.е. те се държат като поток от бързо движещи се малки частици, заредени с отрицателно електричество. Отличен резултат! Той, разбира се, би могъл да сложи край на всички спорове относно природата на катодните лъчи, но Томсън не смяташе изследването си за завършено. След като определи качествено природата на лъчите, той искаше да даде точно количествено определение на съставящите ги корпускули.

Вдъхновен от първия успех, той проектира нова тръба: катод, ускоряващи електроди под формата на пръстени и плочи, към които може да се приложи отклоняващо напрежение. На стената срещу катода той отложи тънък слой от вещество, способно да свети под въздействието на падащи частици. Оказа се, че е прародителят на електронно-лъчевите тръби, така познати ни в ерата на телевизорите и радарите.

Целта на експеримента на Томсън беше да отклони група корпускули с електрическо поле и да компенсира това отклонение с магнитно поле. Изводите, до които стигнал в резултат на експеримента, били удивителни. Първо се оказа, че частиците летят в тръбата с огромни скорости, близки до скоростта на светлината. И второ, електрическият заряд на единица маса на корпускулите беше фантастично голям. Какъв вид частици бяха тези: непознати атоми, носещи огромни електрически заряди, или малки частици с незначителна маса, но с по-малък заряд?

Освен това той открива, че съотношението на специфичния заряд към единица маса е постоянна стойност, независимо от скоростта на частиците, или от материала на катода, или от естеството на газа, в който възниква разрядът. Такава независимост беше тревожна. Изглежда, че корпускулите са били някакви универсални частици материя, съставни части на атомите...

Само при мисълта за това един изследовател от миналия век би трябвало да се притесни. В крайна сметка самата дума "атом" означаваше "неделим". В продължение на хиляди години, изминали от времето на Демокрит, атомите са били символи на границата на делимост, символи на дискретността на материята. И изведнъж ... Изведнъж се оказва, че те също имат компоненти?

Съгласете се, че имаше нещо объркано. Вярно е, че ужасът от светотатството беше смесен до голяма степен с насладата от очакването на великото откритие ...

Томсън се залови за работа. На първо място, беше необходимо да се определят параметрите на мистериозните корпускули и тогава може би щеше да бъде възможно да се реши какви са те.

Тънкият почерк на учения покрива листове хартия с безкрайни фигури. И ето ги, първите резултати от изчисленията: няма съмнение, неизвестните частици не са нищо друго освен най-малките електрически заряди, неделими атоми на електричество или електрони. Те бяха известни теоретично и дори получиха име, но само той успя да открие и по този начин окончателно потвърди съществуването им експериментално.

И той го направи - упоритият английски физик експериментатор професор Джоузеф Джон Томсън, когото учениците и колегите му наричаха зад гърба си просто GJ.

На 29 април 1897 г. в стаята, където повече от двеста години са се провеждали срещите на Лондонското кралско дружество, е насрочен неговият доклад. Повечето от присъстващите са добре запознати с историята на проблема. Мнозина сами са се опитвали да решат проблемите с природата на катодните лъчи. Името на говорителя обещаваше интересно послание.

И ето го Томсън на подиума. Той е висок, слаб и носи очила с метални рамки. Говори уверено и високо. Помощниците на говорителя веднага, пред очите на присъстващите, подготвят демонстрационен експеримент. Наистина всичко, за което говореше високият очилат господин, се случи. Катодните лъчи в тръбата послушно отклоняваха и привличаха магнитни и електрически полета. Освен това те бяха отклонени и привлечени точно както трябва, ако приемем, че се състоят от най-малките отрицателно заредени частици ...

Слушателите бяха във възторг. Те многократно прекъсваха доклада с аплодисменти. Финалът надмина всички очаквания. Тази древна зала може би никога не е виждала такъв триумф. Почитаемите членове на Кралското общество скочиха от местата си, забързаха към демонстрационната маса, тълпаха се, размахваха ръце и викаха...

Възторгът на присъстващите изобщо не се дължи на факта, че колегата J. J. Thomson толкова убедително разкри истинската природа на катодните лъчи. Въпросът беше много по-сериозен. Атомите, първите градивни елементи на материята, престанаха да бъдат елементарни кръгли зърна, непроницаеми и неделими частици без никаква вътрешна структура ... Ако отрицателно заредените корпускули можеха да излетят от тях, тогава атомите трябва да са били някаква сложна система, състояща се от нещо заредено положително електричество и от отрицателно заредени корпускули – електрони.

Името "електрон", предложено някога от Стоуни за означаване на големината на най-малкия електрически заряд, се превърна в името на неделимия "атом на електричеството".

Сега станаха видими най-необходимите насоки на бъдещи търсения. На първо място, разбира се, беше необходимо да се определи точно зарядът и масата на един електрон, което би позволило да се изяснят масите на атомите на всички елементи, да се изчислят масите на молекулите, да се дадат препоръки за правилната подготовка на реакциите ... Какво мога да кажа, познаването на точната стойност на заряда на един електрон беше необходимо като въздуха и затова много физици веднага се заеха с експерименти, за да го определят.

През 1904 г. Томсън публикува своя нов модел на атома. Това също беше сфера, равномерно заредена с положително електричество, вътре в която се въртяха отрицателно заредени корпускули, чийто брой и разположение зависеха от природата на атома. Ученият не успя да реши общия проблем за стабилното разположение на корпускулите вътре в сферата и се спря на конкретен случай, когато корпускулите лежат в една и съща равнина, минаваща през центъра на сферата. Във всеки пръстен корпускулите извършват доста сложни движения, които авторът на хипотезата свързва със спектрите. И разпределението на корпускулите по черупковите пръстени съответства на вертикалните колони на периодичната таблица.

Те казват, че веднъж журналисти помолиха GJ да обясни ясно как предполага структурата на "своя атом".

О, много е просто, - спокойно отговори професорът, - най-вероятно това е нещо като пудинг със стафиди ...

Така атомът на Томсън влезе в историята на науката - положително зареден "пудинг", пълен с отрицателни "стафиди" - електрони.

Самият Томсън е бил наясно със сложността на структурата на "пудинга със стафиди". Ученият се доближи много до заключението, че характерът на разпределението на електроните в атома определя мястото му в периодичната система от елементи, но само се доближи. Крайният извод тепърва предстоеше. Голяма част от модела, който предложи, все още беше необяснима. Никой, например, не разбираше каква е положително заредената маса на атома и колко електрони трябва да се съдържат в атомите на различните елементи.

Томсън научи физиците как да управляват електроните и това е основната му заслуга. Развитието на метода на Томсън формира основата на електронната оптика, вакуумните тръби и съвременните ускорители на частици. Томсън е удостоен с Нобелова награда за физика през 1906 г. за изследването си на преминаването на електричество през газове.

Томсън също така разработва методи за изследване на положително заредени частици. Неговата монография Rays of Positive Electricity, публикувана през 1913 г., бележи началото на масспектроскопията. Разработвайки техниката на Томсън, неговият ученик Астън създава първия масспектрометър и разработва метод за анализ и разделяне на изотопи. В лабораторията на Томсън първите измервания на елементарния заряд започват от наблюдение на движението на зареден облак в електрическо поле. Този метод беше допълнително подобрен от Millikan и доведе до неговите вече класически измервания на заряда на електрона.

Известната облачна камера, построена от ученика на Томсън и сътрудник Уилсън през 1911 г., започва живота си в лабораторията Кавендиш.

По този начин ролята на Томсън и неговите ученици във формирането и развитието на атомната и ядрената физика е много голяма. Но Томсън до края на живота си остава привърженик на етера, разработва модели на движение в етера, резултатът от които според него са наблюдаваните явления. Така той интерпретира отклонението на катодния лъч в магнитно поле като прецесия на жироскоп, придавайки на комбинацията от електрически и магнитни полета ротационен момент.

Томсън умира на 30 август 1940 г. в труден за Англия момент, когато над нея е надвиснала заплахата от нахлуване на нацистите.

Роден на 18 декември 1856 г. в Cheetham близо до Манчестър, Великобритания
Умира на 30 август 1940 г., Кеймбридж, Великобритания
Нобелова награда за физика през 1906 г.
Формулировката на Нобеловия комитет: „В знак на признание за огромния принос към теоретичните и експериментални изследвания на проводимостта на газовете“.

Сегашният ни характер изглежда необикновен дори на фона на "обикновения" нобелов лауреат. Е, нека започнем с факта, че седем от неговите „учени синове“ също станаха нобелови лауреати (доживя до пет награди). Подобно на много от неговите „учени внуци“ (писахме за най-известния „учен син“ и един от внуците). Стана Нобелов лауреат и собственият му син, и за същата елементарна частица, която беше открита от нашия герой. Досетих се? Е, разбира се... Запознайте се с JJ.

И това не е псевдоним на някой рапър, тук е добрата стара Англия. „JJ“ е правилно име, макар и съкратено от „Sir Joseph John Thomson“. Въпреки това Томсън не е бил благородник по рождение, като най-известния си ученик Ръдърфорд. Той е роден като син на книжар, също Джей Джей (Джоузеф Джеймс) Томсън и Ема Суиндейлс. Бащата иска синът му да получи добро образование и да стане инженер и затова на 14-годишна възраст JJ Jr. отива в Owens College, сега известен като Университета на Манчестър.

Две години по-късно Томсън старши си отиде. Нямаше пари, но майката помогна и доброто академично представяне, което осигури стипендия. Обучението продължи. Колежът Оуенс имаше отличен курс по експериментална физика. Но за да се занимаваш с физика, още тогава са били необходими добри познания по математика. И Томсън влиза в Тринити Колидж, Кеймбридж, където учи теоретична физика и математика. През 1880 г., на 24-годишна възраст, той получава бакалавърска степен и започва работа в Кавендишката лаборатория (всъщност катедрата по физика на Кеймбридж).

модерен изглед на лабораторията Кавендиш
Напомняме на читателите, че лабораторията получи името си не от името на известния химик Хенри Кавендиш, а от името на канцлера на Кеймбридж Уилям Кавендиш (Хенри беше 2-ри лорд Кавендиш, а Уилям беше 7-ми), който дари много пари за изграждането й. въпреки че, разбира се, споменът за Хенри Кавендиш беше запазен в нея.

Четири години по-късно, през 1884 г., когато Томсън още не е навършил 28 години и няма особени научни постижения, освен славата на добър физик и математик с „десни ръце“, се случва невероятно нещо. Директорът на Кавендишката лаборатория, Джон Уилям Стрет, 3-ти барон Рейли, подаде оставка, закоравяло човешко същество, което по-късно (през 1904 г.) ще получи Нобелова награда за откриването на аргон и ще остави титлата си в историята на науката по отношение на Рейли разсейване и вълни на Релей. Преди Стрет постът на директор беше зает от самия Джеймс Клерк Максуел (между другото, който отдели много време за анализиране и публикуване на научния архив на Хенри Кавендиш).

Джон Уилям Стрет

И тогава Томсън е назначен на този важен пост. чудесно! Те пишат, че един американски физик, който е бил стажант в лабораторията, след като научил за новия професор Кавендиш, избягал в родината си с думите „безсмислено е да работиш под ръководството на професор, който е само две години по-възрастен от теб “, а един преподавател-ментор от Кеймбридж се изказа по-сурово: „... в университета настъпват критични времена, ако просто момчета стават професори! В случая изборът е направен от самия пенсиониращ се Стрет. Може би защото при липсата на досегашни, както се казва, "пробивни" резултати, талантът на Томсън все още беше очевиден? Нищо чудно, че първата му печатна научна работа е публикувана в Proceedings of the Royal Society of London, когато той е само на 19. Във всеки случай Стрет не е сгрешил - Томсън превъзходно ръководи лабораторията повече от една трета от век, точно като неговият предшественик получи Нобелова награда и премина поста си не по-малко велик учен... Но повече за това по-късно.

След като стана директор и получи повече свобода на действие, Томсън започна да изучава електрическата проводимост на газовете в тръбата на Крукс. Това е стъклен съд с два електрода в противоположните краища, от който е изпомпван почти целият въздух. Всъщност Уилям Крукс, създателят на това устройство, откри, че при достатъчно разреждане на въздуха стъклото в края на тръбата срещу катода започва да флуоресцира с жълто-зелена светлина, очевидно под въздействието на някакъв вид радиация, който беше наречен катодни лъчи.

Флуоресценция в катодната тръба

Сър Уилям Крукс с катодна тръба. Карикатура от 1902 г

Трябва, разбира се, да се кажат няколко думи и за самия Уилям Крукс, създателят на катодната тръба. Известният учен, който откри талия и получи хелий в лабораторията, беше запален спиритуалист. През 1874 г., на 42-годишна възраст, в разцвета на научните си сили, той публикува статия, в която заявява, че спиритизмът е научен и феномените на духовете действително се случват. Скандалът беше такъв, че Крукс трябваше да се скрие дълги години - да чака научният му авторитет да стане непоклатим, както и позициите в Кралското научно дружество, да чака рицарско звание (1897 г.) и през 1898 г. да направи един вид "coming out", но в духа на онези години.

Крукс и духът, който той призовава

Крукс заявява, че е убеден хомосексуален спиритуалист. Им Крукс остава до смъртта си през 1919 г. Така че от 1913 до 1915 г. Кралското общество на Лондон се оглавява според нас - псевдоучен (но само в това). Между другото, през 1915 г. нашият герой замени Крукс на този пост за 6 години.

Но нека се върнем три десетилетия назад, от стария Крукс до младия Томсън. До началото на проучванията му с тръбата на Крукс имаше сериозни спорове в научния свят - относително казано, представители на британската школа (и самият Крукс) вярваха, че катодните лъчи са поток от определени частици, а представителите, относително казано, от немската школа, въз основа на не особено надеждни експерименти Херц, смята, че те представляват вълни от етер - вид вещество, което прониква в пространството.

Катодна тръба Thomson с магнитни намотки за отклоняване на електрони

Основната заслуга на Томсън беше, че той успя да покаже, че катодните лъчи все още са частици (корпускули, както ги нарича самият Томсън), докато те винаги са едни и същи. Томсън дори успява да измери съотношението заряд/маса на частицата, сега една от основните константи. Така са открити електроните и човечеството прави първата крачка в дълбините на атома. Самият Томсън става автор на първия модел на структурата на атома, наречен „пудинг със стафиди“ – в някакво размазано положително заредено тяло плават или просто се разпръскват „стафиди“ – електрони.

атом на Томсън

Половин век по-късно собственият му син и ученик ще получи Нобелова награда за това, че е успял да покаже двойствената природа на електрона, като е открил вълновите му свойства. И много по-рано първият му ученик ще направи следващата стъпка в разбирането на структурата на атома и ще унищожи „вкусния“ модел на Томсън.

Още преди откриването на електрона (1896-1897), през 1895 г., се случва друго важно събитие в живота на Томсън и на цялата британска и световна наука (не, не Нобеловата награда - тогава тя изобщо не е присъдена, а Томсън ще получи заслужена награда едва през 1906 г.; както разбираме, през първите години Нобеловият комитет е "избрал" достойни физици от много голям набор). Първият докторант на Томсън, млад новозеландец на име Ърнест Ръдърфорд, се появява в лабораторията Кавендиш.

Новозеландско научно списание "Ръдърфорд"

Именно с него Томсън прави основното откритие в живота си. Писмата на Ръдърфорд до годеницата му са запазили за нас описание на Томсън и семейството му. „Той е много приятен в разговорите и като цяло изобщо не представлява старомоден фосил. На външен вид той е среден на ръст, тъмна коса и много млад. Много зле обръснат и носи доста дълга коса. Има слабо, продълговато лице, изразителна глава, две дълбоки вертикални гънки се спускат от носа му ... Той ме покани на обяд при него на Scroop Terrace, където видях съпругата му - висока жена с кестенява коса и болнав лице, но много приятелско и приказливо ... ".

Трябва да кажа, че Джи-Джи беше напълно свестен човек и нормален началник на лабораторията. Тъй като сте хвърлили око на студент в собствената си лаборатория, оженете се. Освен това бащата на ученика е професор по медицина в Кеймбридж. През 1890 г. 28-годишният Томсън и Роза Паджет се женят, две години по-късно имат първото си дете, Джордж Паджет. Нобелов лауреат за 1937 г. за откриването на вълновата природа на електрона, ако изобщо има такъв.

Джордж Паджет Томсън

Между другото, ако някой иска статистика за номинациите, ето ви:

Нобелова награда по физика, 1906 г 18 номинации.

J.J. Томсън - 8 номинации
Габриел Липман (лауреат от 1908 г.) - 3
Анри Поанкаре (номиниран е общо 51 пъти, но никога не е получавал награда) - 3
Лудвиг Болцман (той заслужаваше наградата, но уви - почина през 1906 г.) - 2
Останалите - по 1 (сред тях съименникът на Томсън - Уилям Томсън (1824-1907), по-известен като лорд Келвин, който също няма време да получи наградата)

Томсън живя дълъг живот. Заслужил е дворянството, както обичаше да казва Владимир Ворошилов, „със собствения си ум“, станал е нобелов лауреат. През 1913 г. той става ръководител на Лондонското кралско общество, през 1919 г. прехвърля професорството на Ръдърфорд, който се завръща в Кеймбридж. Седем от сътрудниците му станаха Нобелови лауреати, като се започне с Ръдърфорд, първият докторант, когото Томсън надживя и погреба. Той чакаше Нобеловата награда на сина си. Бил е ръководител на Лондонското кралско общество, ръководител на колежа Тринити...

Когато почина, беше на 84 години; Втората световна война беше в ход и Битката за Британия беше в разгара си. JJ получи най-високата чест да бъде погребан в Уестминстърското абатство. Между другото, още един интересен момент: Томсън е един от малкото нобелови лауреати от първите години, които можем да видим и чуем. Уебсайтът на Нобеловия комитет има запис от 1934 г., където Томсън говори за откриването на електрона.

А за самия принос на Томсън, който започна да създава школата на лабораторията Кавендиш, може да се каже с думите на Оливър Лодж: „Колко по-малко би знаел светът, ако лабораторията Кавендиш не съществуваше. Но колко по-малко би била славата на тази прочута лаборатория, ако сър Дж. Дж. Томсън не беше един от нейните директори!

Учебна група в Кавендиш. 1932. Седнали (отляво надясно): Ратклиф, П. Капица, Д. Чадуик, Ладенберг, Дж. Дж. Томсън. Е. Ръдърфорд, К. Уилсън, Ф. Астън, К. Елис, П. Блекет Д. Кокрофт. На втория ред: четвърти отляво - Маркъс Олифант; четвъртият отдясно е Норман Федър.

Английски физик, основател на научната школа, носител на Нобелова награда за физика през 1906 г.

През 1897 г. той открива електрона (преди това, тъй като Демокрит, атомите се считат за граница на делимост на материята).

« Дж. Дж. Томсън- припомни: „Направих първия доклад за съществуването на тези корпускули на вечерната среща на Кралския институт на следващия петък, 30 април 1897 г. ... Много по-късно един виден физик ми каза, че тогава е смятал, че аз умишлено ги заблуждаваше всички. Не бях изненадан от това, тъй като самият аз стигнах до подобно обяснение на моите експерименти с голяма неохота: едва след като се уверих, че няма скритост от експерименталните данни, обявих вярата си в съществуването на тела, по-малки от атомите. Така че това беше смущаващото: идеята за реалността на телата, по-малки от атомите! И днес точно това признание може да обърка. Възможно ли е в края на великата епоха на естествените науки физиците все още да са знаели толкова малко за микрокосмоса, че дори да не са имали доверие в сложността на атомите? Повече от две хиляди години ги делят от древните атомисти и тяхната представа за основните принципи на материалния свят е почти същата за тях, както и за Демокритили Лукреция Кара(които не са работили от сутрин до вечер в никакви лаборатории).

Данин Д.С., Вероятностен свят, М., "Знание", 1981 г., стр. осемнадесет.

През 1903 г. ученият предлага един от първите модели на атома, вярвайки, че атомът прилича на „пудинг със стафиди“ - това е положително заредена сфера с електрони, осеяни в нея ...

През 1884–1919г Дж. Дж. ТомсънДиректор на лабораторията Кавендиш.

Синът му - Джордж Томсън/ Джордж Томсън печели Нобелова награда за физика през 1937 г. за експерименталното си откритие на електронна дифракция от кристали.

Джордж Томсънспомня си баща си: „Джи-Джи получи математическо образование, занимаваше се с много теория и до напредналите си години запази майсторството на математическия анализ, но начинът му на мислене беше чисто физически. Математиката беше само инструмент, а не източник на вдъхновение. Вдъхновението беше извлечено от ясна визия за физически идеи. Джийджи обичаше да прави скици на експерименти на гърба на пликове (кенверти, както каза Джийджи. Вероятно в Манчестър, когато Джийджи беше момче, това беше използваното произношение). GJ беше привлечен от въведената концепция за силовите линии Фарадейпод впечатлението от картината, че железните стърготини се образуват близо до магнит, и се развива по-късно Максуел. Както електрическите, така и магнитните силови линии JJ беше склонен да вземе предвид физическата реалност. Съвременните теории третират електромагнитните силови линии просто като удобна математическа концепция. Но тази концепция е много полезна, особено сега, когато се изследват методи за задържане на горещи газове с помощта на магнитни полета, за да се получи термоядрена реакция. Добре познатата инсталация "Зета" е предназначена да реши този проблем. Томсън твърдо вярваше във важността на правилния подход към даден проблем. Той го нарече по-просто: „хванете десния край на пръчката“. Затова JJ отхвърли обичайния подход към новите проблеми, когато за първи път напуснат лабораторията и седнат да пишат литература по темата. Вместо това Томсън ви съветва да помислите сами за проблема и да опитате свой собствен независим метод за разрешаването му. По-късно можете да се запознаете с това, което другите са направили, но ако побързате с това, тогава ще бъде трудно да се отървете от предубежденията и е малко вероятно да успеете да намерите някакъв оригинален подход към проблема.

, лауреат на Нобелова награда

Джоузеф Джон Томсън(1856-1940) - английски физик, основател на научна школа, член (1884) и президент (1915-1920) на Лондонското кралско общество, чуждестранен член-кореспондент на Санкт Петербургската академия на науките (1913) и чуждестранен почетен член член (1925) на Академията на науките на СССР. Директор на Кавендишката лаборатория (1884-1919). Изследва преминаването на електрически ток през разредени газове. Открива (1897) електрона и определя (1898) неговия заряд. Той предлага (1903) един от първите модели на атома. Авторът на изследвания на електрически токове в разредени газове и катодни лъчи, който обясни непрекъснатостта на рентгеновия спектър, изложи идеята за съществуването на изотопи и получи експериментално потвърждение. Един от основателите на електронната теория на металите. Нобелова награда (1906).

Джоузеф Томсън е роден на 18 декември 1856 г. в Чатъм Хил, предградие на Манчестър. Умира на 30 август 1940 г. в Кеймбридж погребан в Уестминстърското абатство.

Математикът идва във физиката

Джоузеф Томсън е роден в семейството на книжар. Баща му иска той да стане инженер и когато Джоузеф навършва четиринадесет години, той е изпратен да учи в колежа Оуен (по-късно университета в Манчестър).

Цивилизованото общество е като дете, което е получило твърде много играчки за рождения си ден.

Томсън Джоузеф Джон

До средата на 19 век в университетите няма изследователски лаборатории и професорите, които провеждат експерименти, го правят у дома. Първата физическа лаборатория е открита в Кеймбридж през 1874 г. Тя е ръководена от Джеймс Клерк Максуел, а след ранната му смърт, лорд Рейли, който се пенсионира през 1884 г. И тогава, неочаквано за мнозина, Томсън, двадесет и осем годишен математик, който току-що започва експериментални изследвания, е избран за професор в Кавендиш и директор на лабораторията. Бъдещето показа, че този избор се оказа много успешен.

Началото на експериментите на Джоузеф Томсън

Вниманието на много физици по това време е привлечено от проблемите на електричеството и магнетизма. Уравненията на Максуел вече се появиха (въпреки че все още не са широко използвани). Томсън обаче не се обърна към онази част от електродинамиката, която разглежда напреженията на полето, генерирани от „дадени“ източници (тоест, чиито заряд и плътност на тока са известни), а въпроса за физическата природа на самите тези източници. В теорията на самия Максуел този въпрос почти не е обсъждан. За него електрическият ток е всичко, което генерира магнитно поле (разпределението на електрическите заряди, които не се променят във времето, създава само електрически полета).

Томсън беше очарован от въпроса за носителите на заряд. Той започна с изследване на токове в разредени газове, което се правеше по това време в редица други лаборатории. Томсън открива, че проводимостта на газовете се увеличава, когато са изложени на рентгенови лъчи. Важни резултати бяха получени от него при изследването на катодните лъчи. тези. потоци, излъчвани от катодите (отрицателните електроди) на разрядните тръби. Тогава бяха изказани различни мнения относно тяхната физическа природа. Повечето немски физици вярваха, че това са вълни, подобни на рентгеновите лъчи, докато британците ги виждаха като поток от частици.

През 1894 г. Томсън успява да измери тяхната скорост, която се оказва 2000 пъти по-малка от скоростта на светлината, което е убедителен аргумент в полза на корпускулярната хипотеза. Година по-късно френският експериментатор Жан Перин открива знака на електрическия заряд на катодните лъчи: падайки върху метален цилиндър, те го зареждат отрицателно. Оставаше да се определи масата на частиците. Този проблем също беше брилянтно решен от Thomson. Но преди да започне експеримента, той се обърна към теорията и изчисли как една заредена частица трябва да се движи в кръстосани електрически и магнитни полета. Установено е, че отклонението на такава частица зависи от съотношението на нейния заряд към масата.

Експериментът започна (трябва да се отбележи, че Джоузеф Томсън най-често, след като внимателно обмисли експеримента във всички подробности, го остави на своите помощници). Резултатите му показват, че масата на частиците е почти 2000 пъти по-малка. отколкото най-леките йони – водородните йони. Що се отнася до заряда, за йоните той вече е надеждно изчислен въз основа на експерименти с електролиза и се оказа положителен. Тъй като водородният атом има нулев заряд, това предполага, че има равни по големина и противоположни по знак носители на отделни части от електрически заряди. Тези частици, които бяха част от катодните лъчи, скоро бяха наречени електрони. Тяхното откритие е едно от най-важните постижения на физиката в края на 19-ти век и е пряко свързано с името на Томсън, удостоен за него с Нобелова награда през 1906 г.

Модел Atom

През същата 1897 г., когато е регистрирано откриването на електрона, Д. Томсън се обърна към проблема за атома. След като стигна до заключението, че противно на името си, атомът не е неделим, Томсън предложи модел на неговата структура. Според този модел атомът се появил под формата на положително заредена "капка", вътре в която "плували" малки отрицателно заредени топчета - електрони. Под въздействието на силите на Кулон те бяха разположени близо до центъра на атома под формата на вериги с определени конфигурации (в които дори можеше да се види нещо подобно на подреденост в периодичната таблица на Менделеев). Ако някакъв тласък отклони електроните от равновесните позиции, започват трептения (връзка със спектрите!) и кулоновите сили се стремят да възстановят първоначалното равновесие. Въпреки че експериментите, проведени впоследствие в същата лаборатория на Кавендиш от наследника на Томсън, Ърнест Ръдърфорд, бяха принудени да изоставят този модел, той изигра значителна роля в оформянето на идеи за структурата на материята.

От електрони до ядра

Започвайки работата си в Кавендишката лаборатория с изследване на разсейването на рентгеновите лъчи, Джоузеф Томсън измисля формула, която носи неговото име и описва разсейването на електромагнитни вълни от свободни електрони. Тази формула все още играе важна роля във физиката на елементарните частици.

Ролята на Томсън в откриването на фотоелектричния ефект и термионната емисия също е важна. Идеята за използване на кръстосани полета за измерване на съотношенията на зарядите на частиците към техните маси също се оказа много плодотворна. Тази идея е в основата на работата на масспектрографите, които са намерили широко приложение в ядрената физика и по-специално изиграха значителна роля в откриването на изотопи (ядра с различни маси, но еднакви заряди, което определя тяхната химическа неразличимост ). Имайте предвид, че предсказанието за съществуването на изотопи и експерименталното откриване на някои от тях също е направено от Томсън.

Джоузеф Томсън беше един от най-ярките класически физици. Вярно, той е свидетел на възникването на квантовата теория (чието формиране става до голяма степен пред очите му и с прякото участие на младите му колеги), на възникването на теорията на относителността и на атомната и ядрената физика. Нещо повече, неоспоримо и дълбоко е личното му участие в онази грандиозна ревизия на целия физически светоглед, която донесоха първите десетилетия на новия век. Но до края на дните си той запазва вярата си в съществуването на механичен етер, въпреки успеха на релативистката теория, която той възприема само като отражение на някои математически свойства на уравненията на Максуел. По отношение на квантовата теория той остава в позицията на скептичен наблюдател доста дълго време и променя мнението си за нея едва след като синът му Джордж Паджет Томсън експериментално открива вълновите свойства на електроните (за което получава Нобелова награда през 1937).

- английски физик, носител на Нобелова награда, един от основателите на класическата електронна теория на металите. Автор на изследвания на катодните лъчи и преминаването на ток в разредени газове. Електронът е открит и неговият заряд е определен.

Джоузеф Томсън е роден 18 декември 1856 гв английския град Четъм Хил, предградие на Манчестър. Баща му беше книжар, искаше да даде на сина си инженерно образование. На 14-годишна възраст Джоузеф е изпратен да учи в Owens College в Манчестър, а след това в Trinity College в университета в Кеймбридж. В колежа бяха открити експериментални курсове по физика, които всъщност предопределиха по-нататъшната съдба на Джоузеф Томсън - той започна сериозно да се интересува от физика и математика. След завършване на колеж през 1880 гДжоузеф получава бакалавърска степен по математика. Тази година младият учен пише статия на тема "Електромагнитна теория на светлината" и година по-късно става член на Академичния съвет на Тринити Колидж. До 1884гТомсън вече е професор в университета в Кеймбридж и директор на лабораторията Кавендиш в колежа.

Изследване на преминаването на електрически ток през разредени газове, Томсън през 1897готваря електрон. В допълнение, той определя неговия заряд и съотношението на заряда към масата на електрона. За изследванията си ученият през 1906 гудостоен с Нобелова награда по физика. Джоузеф Джон също така развива теорията за движението на електрона, който открива в електрически и магнитни полета. Въз основа на своите наблюдения Томсън предлага своя модел на атома. Той предположи, че атомът е положително заредена сфера с електрони, вградени в нея. Въпреки че по-късно той беше опроверган от неговите последователи, той все пак изигра огромна роля в процеса на изучаване на структурата на материята.

Джоузеф Джон Томсън е един от основателите на класическата електронна теория на металите. Неговата формула (формулата на Томсън) все още се използва във физиката на елементарните частици за определяне на ефективното напречно сечение за разсейване на електромагнитни вълни от свободни електрони.

Резултатите от неговите изследвания изиграха важна роля в по-нататъшното откриване на фотоелектричния ефект и термоелектрическото излъчване. Джоузеф Томсън установява природата на положителните йони, дава обяснение за непрекъснатия спектър на рентгеновите лъчи. Той разработи метода на параболата за измерване на съотношението на електрическия заряд на елементарна частица към нейната маса, като по този начин отвори пътя за широкомащабно изследване на изотопите.

За научната си работа ученият е награден с медалите Франклин, Фарадей, Копли, Хюз. Беше носител на Нобелова награда. Бил е член на Академиите на науките на много страни. Джоузеф Джон Томсън умира 30 август 1940 гв Кеймбридж. За заслуги в областта на научната дейност и най-голям принос в развитието на много области на науката той е погребан в Уестминстърското абатство в Лондон.