بیوگرافی جوزف جان تامسون برنده جایزه نوبل

جوزف تامسون (1856-1940).

جوزف تامسون فیزیکدان انگلیسی به عنوان کسی که الکترون را کشف کرد وارد تاریخ علم شد. او یک بار گفت: "کشفیات به دلیل تیزبینی و قدرت مشاهده، شهود، شور و شوق تزلزل ناپذیر تا حل نهایی همه تضادهایی است که با کار پیشگام همراه است."

جوزف جان تامسون در 18 دسامبر 1856 در منچستر به دنیا آمد. در اینجا، در منچستر، از کالج اونز فارغ التحصیل شد و در سال های 1876-1880 در دانشگاه کمبریج در کالج معروف ترینیتی (کالج ترینیتی) تحصیل کرد. در ژانویه 1880، تامسون امتحانات نهایی را با موفقیت پشت سر گذاشت و در آزمایشگاه کاوندیش شروع به کار کرد.

اولین مقاله او که در سال 1880 منتشر شد، به نظریه الکترومغناطیسی نور اختصاص داشت. سال بعد، دو مقاله ظاهر شد که یکی از آنها پایه و اساس نظریه الکترومغناطیسی جرم را گذاشت. عنوان مقاله "درباره اثرات الکتریکی و مغناطیسی حاصل از حرکت اجسام الکتریکی" بود. این مقاله این ایده را بیان می کند که "اتر خارج از جسم باردار حامل تمام جرم، تکانه و انرژی است." با افزایش سرعت، ماهیت میدان تغییر می کند، به همین دلیل تمام این جرم "میدان" افزایش می یابد و همیشه متناسب با انرژی باقی می ماند.

تامسون شیفته فیزیک تجربی به بهترین معنای کلمه بود. خستگی ناپذیر در کار، چنان به رسیدن به هدف خود به تنهایی عادت کرده بود که زبان های شیطانی از بی اعتنایی کامل او به مقامات می گفتند. گفته می‌شد که او ترجیح می‌دهد به جای روی آوردن به کتاب‌ها و نظریه‌های آماده، مستقلاً در مورد سؤالات علمی که برای او ناآشنا بود فکر کند. با این حال، این به وضوح یک اغراق است ...

ریلی، مدیر آزمایشگاه کاوندیش، از دستاوردهای علمی تامسون بسیار قدردانی کرد. او در سال 1884 که کارگردانی را ترک کرد، در توصیه تامسون به عنوان جانشین خود دریغ نکرد. برای خود یوسف، انتصاب او غافلگیرکننده بود.

مشخص است که وقتی یکی از فیزیکدانان آمریکایی که در آزمایشگاه کاوندیش کارآموز بود از این قرار ملاقات مطلع شد، بلافاصله وسایل خود را جمع کرد. او در حال حرکت به سمت خانه گفت: "این کار کردن زیر نظر استادی که فقط دو سال از شما بزرگتر است بی معنی است." خوب، او زمان زیادی در پیش داشت تا از عجله خود پشیمان شود.

مدیر قدیمی آزمایشگاه دلایل خوبی برای چنین انتخابی داشت. همه کسانی که از نزدیک تامسون را می‌شناختند به اتفاق آرا به خیرخواهی غیرقابل تغییر و نحوه ارتباط دلپذیر او همراه با اصول اشاره کردند. بعداً، دانش‌آموزان به یاد آوردند که سرپرست آنها دوست داشت سخنان ماکسول را تکرار کند که هرگز نباید کسی را از انجام آزمایشی که او تصور کرده بود منصرف کرد. حتی اگر چیزی را که به دنبالش است پیدا نکند، ممکن است چیز دیگری را کشف کند و بیش از هزار بحث سود ببرد.

بنابراین خصوصیات مختلفی در این شخص وجود داشت، مانند استقلال در قضاوت خود و احترام عمیق به نظر یک دانش آموز، کارمند یا همکار. و شاید همین ویژگی ها بود که موفقیت او را به عنوان رئیس کاوندیش تضمین کرد.

تامسون با آثار منتشر شده، اعتقاد به وحدت جهان مادی و برنامه های بسیاری برای آینده به پست جدید آمد. و موفقیت های اولیه او به اعتبار آزمایشگاه کاوندیش کمک کرد. به زودی گروهی از جوانان از کشورهای مختلف در اینجا جمع شدند. همه آنها به یک اندازه در شور و شوق سوختند و آماده هر گونه فداکاری در راه علم بودند. مدرسه ای تشکیل شد، یک تیم علمی واقعی از افراد متحد با یک هدف و روش های مشترک، با اقتدار جهانی در راس.

از سال 1884 تا 1919، زمانی که رادرفورد به عنوان مدیر آزمایشگاه جانشین او شد، تامسون آزمایشگاه کاوندیش را مدیریت کرد. در طول این مدت، آن را به یک مرکز بزرگ فیزیک جهان، یک مدرسه بین المللی از فیزیکدانان تبدیل شده است. رادرفورد، بور، لانگوین و بسیاری دیگر از جمله دانشمندان روسی سفر علمی خود را از اینجا آغاز کردند.

تامسون پس از تکمیل کتاب خاطرات خود در پایان عمر، 27 نفر از اعضای انجمن سلطنتی، 80 استاد را که با موفقیت در سیزده کشور کار می کنند، در میان دانشجویان دکترای سابق خود فهرست می کند. نتیجه واقعاً درخشان است.

برنامه تحقیقاتی تامسون گسترده بود: سؤالات عبور جریان الکتریکی از گازها، نظریه الکترونیکی فلزات، مطالعه ماهیت انواع پرتوها ...

تامسون با مطالعه پرتوهای کاتدی، اول از همه تصمیم گرفت بررسی کند که آیا پیشینیانش که به انحراف پرتوها توسط میدان های الکتریکی دست یافته بودند، آزمایش ها را با دقت کافی انجام داده اند یا خیر. او یک آزمایش مکرر را تصور می کند، تجهیزات ویژه ای را برای آن طراحی می کند، خود بر صحت اجرای دستور نظارت می کند و نتیجه مورد انتظار آشکار است. در لوله طراحی شده توسط تامسون، پرتوهای کاتدی مطیعانه به سمت صفحه دارای بار مثبت جذب می شوند و به وضوح از صفحه منفی دفع می شوند، یعنی مانند جریانی از ذرات ریز با حرکت سریع که با الکتریسیته منفی شارژ می شوند، رفتار می کنند. نتیجه عالی! او البته می‌توانست به همه اختلافات در مورد ماهیت پرتوهای کاتدی پایان دهد، اما تامسون تحقیقات خود را تکمیل‌شده ندانست. او پس از تعیین ماهیت پرتوها به صورت کیفی، می خواست تعریف کمی دقیقی از ذرات تشکیل دهنده آنها ارائه دهد.

او با الهام از اولین موفقیت، یک لوله جدید طراحی کرد: یک کاتد، الکترودهای شتاب دهنده به شکل حلقه ها و صفحات، که می توان ولتاژ انحرافی را روی آن اعمال کرد. روی دیوار روبروی کاتد، او یک لایه نازک از ماده ای را رسوب داد که می تواند تحت تأثیر ذرات فرودیده بدرخشد. معلوم شد که این جد لوله های پرتو کاتدی است که در عصر تلویزیون ها و رادارها برای ما آشنا بود.

هدف از آزمایش تامسون انحراف دسته ای از ذرات با میدان الکتریکی و جبران این انحراف با یک میدان مغناطیسی بود. نتایجی که او در نتیجه آزمایش به دست آورد شگفت انگیز بود. اول، معلوم شد که ذرات در لوله با سرعت های بسیار نزدیک به سرعت نور پرواز می کنند. و ثانیاً، بار الکتریکی در واحد جرم ذرات به طرز خارق العاده ای زیاد بود. اینها چه نوع ذراتی بودند: اتمهای ناشناخته حامل بارهای الکتریکی عظیم، یا ذرات ریز با جرم ناچیز، اما با بار کوچکتر؟

علاوه بر این، او کشف کرد که نسبت بار ویژه به واحد جرم یک مقدار ثابت است، مستقل از سرعت ذره، یا از ماده کاتد، یا از ماهیت گازی که تخلیه در آن رخ می‌دهد. چنین استقلالی نگران کننده بود. به نظر می رسد که اجسام نوعی ذرات جهانی ماده، اجزای تشکیل دهنده اتم ها بوده اند...

تنها با فکر این موضوع، یک محقق قرن گذشته باید ناراحت می شد. از این گذشته ، کلمه "اتم" به معنای "تقسیم ناپذیر" بود. هزاران سال است که از زمان دموکریتوس می گذرد، اتم ها نمادهای حد تقسیم پذیری، نمادهای گسستگی ماده بوده اند. و ناگهان ... ناگهان معلوم می شود که آنها نیز اجزایی دارند؟

موافق باشید که چیزی برای احساس سردرگمی وجود داشت. درست است که وحشت توهین آمیز تا حد زیادی با لذت انتظار کشف بزرگ آمیخته شد ...

تامسون دست به کار شد. اول از همه، لازم بود پارامترهای اجسام مرموز مشخص شود، و سپس، شاید بتوان تصمیم گرفت که آنها چه هستند.

دست خط نازک دانشمند برگه های کاغذی را با شکل های بی پایان می پوشاند. و در اینجا آنها، اولین نتایج محاسبات هستند: شکی نیست، ذرات ناشناخته چیزی جز کوچکترین بارهای الکتریکی، اتم های غیرقابل تقسیم الکتریسیته یا الکترون ها نیستند. آنها از نظر تئوری شناخته شده بودند و حتی نامی نیز دریافت کردند ، اما فقط او موفق به کشف و در نهایت وجود آنها را به طور تجربی تأیید کرد.

و او این کار را انجام داد - فیزیکدان تجربی سرسخت انگلیسی پروفسور جوزف جان تامسون، که دانش آموزان و همکارانش او را به سادگی GJ پشت سرش صدا می زدند.

در 29 آوریل 1897، در اتاقی که جلسات انجمن سلطنتی لندن برای بیش از دویست سال برگزار می شد، گزارش او برنامه ریزی شد. اکثر حاضران به خوبی از تاریخچه موضوع مطلع هستند. بسیاری خود سعی کرده اند مشکلات ماهیت پرتوهای کاتدی را حل کنند. نام سخنران پیام جالبی را نوید می داد.

و اینجا تامسون روی سکو است. او قد بلند، لاغر است و عینکی با لبه فلزی به چشم می‌زند. او با اعتماد به نفس و با صدای بلند صحبت می کند. دستیاران سخنران بلافاصله در مقابل حاضران در حال آماده سازی یک آزمایش نمایشی هستند. به راستی هر چه آن آقا عینکی بلندقبل صحبت می کرد اتفاق افتاد. پرتوهای کاتدی در لوله به طور مطیع منحرف می شوند و میدان های مغناطیسی و الکتریکی را جذب می کنند. علاوه بر این، آنها دقیقاً همانطور که باید منحرف شده و جذب شدند، اگر فرض کنیم که آنها از کوچکترین ذرات بار منفی تشکیل شده اند ...

شنوندگان خوشحال شدند. آنها بارها گزارش را با کف زدن قطع کردند. فینال فراتر از همه انتظارات بود. این تالار باستانی، شاید تا به حال چنین پیروزی ندیده باشد. اعضای محترم انجمن سلطنتی از جای خود پریدند، با شتاب به سمت میز تظاهرات رفتند، ازدحام، دستان خود را تکان دادند و فریاد زدند ...

خوشحالی حاضران اصلاً به این دلیل نبود که همکار J. J. Thomson ماهیت واقعی پرتوهای کاتدی را به طرز متقاعدکننده‌ای آشکار کرده بود. موضوع خیلی جدی تر بود. اتم‌ها، اولین بلوک‌های سازنده ماده، دیگر دانه‌های گرد اولیه، ذرات غیرقابل نفوذ و غیرقابل تقسیم و بدون ساختار درونی نبودند... اگر ذرات با بار منفی می‌توانستند از آنها خارج شوند، پس اتم‌ها باید نوعی سیستم پیچیده متشکل از چیزی بوده باشند. الکتریسیته مثبت باردار و از ذرات با بار منفی - الکترونها.

نام "الکترون" که زمانی توسط استونی برای نشان دادن اندازه کوچکترین بار الکتریکی پیشنهاد شد، به نام "اتم الکتریسیته" تقسیم ناپذیر تبدیل شد.

اکنون ضروری ترین مسیرهای جستجوهای آینده قابل مشاهده است. البته قبل از هر چیز، لازم بود دقیقاً بار و جرم یک الکترون تعیین شود، تا بتوان جرم اتم های همه عناصر را روشن کرد، جرم مولکول ها را محاسبه کرد، توصیه هایی برای آماده سازی صحیح واکنش ها ارائه داد. ... چه می توانم بگویم، آگاهی از مقدار دقیق بار یک الکترون مانند هوا ضروری بود، و بنابراین، بسیاری از فیزیکدانان بلافاصله آزمایش هایی را برای تعیین آن انجام دادند.

در سال 1904، تامسون مدل جدید خود از اتم را منتشر کرد. همچنین کره ای بود که به طور یکنواخت با الکتریسیته مثبت باردار شده بود که درون آن ذرات با بار منفی می چرخیدند که تعداد و آرایش آنها به ماهیت اتم بستگی داشت. دانشمند نتوانست مشکل کلی چیدمان پایدار اجسام در داخل کره را حل کند، و او در مورد یک مورد خاص، زمانی که اجسام در همان صفحه قرار دارند که از مرکز کره می گذرد، قرار گرفت. در هر حلقه، اجسام حرکات نسبتاً پیچیده ای انجام می دادند که نویسنده این فرضیه با طیف ها مرتبط است. و توزیع ذرات در امتداد حلقه های پوسته مطابق با ستون های عمودی جدول تناوبی بود.

آنها می گویند که یک بار روزنامه نگاران از جی جی خواستند تا به وضوح توضیح دهد که چگونه ساختار "اتم خود" را پیشنهاد می کند.

اوه، خیلی ساده است، - پروفسور با آرامش پاسخ داد، - به احتمال زیاد، این چیزی شبیه یک پودینگ با کشمش است ...

بنابراین اتم تامسون وارد تاریخ علم شد - یک "پودینگ" با بار مثبت پر از "کشمش" منفی - الکترونها.

خود تامسون به خوبی از پیچیدگی ساختار "پودینگ کشمشی" آگاه بود. این دانشمند بسیار به این نتیجه نزدیک شد که ماهیت توزیع الکترون ها در یک اتم مکان آن را در سیستم تناوبی عناصر تعیین می کند، اما فقط به آن نزدیک شد. نتیجه نهایی هنوز به دست نیامده بود. بسیاری از مدلی که او پیشنهاد کرد هنوز غیرقابل توضیح بود. به عنوان مثال، هیچ کس متوجه نشد که جرم یک اتم با بار مثبت چیست و چه تعداد الکترون باید در اتم های عناصر مختلف وجود داشته باشد.

تامسون به فیزیکدانان یاد داد که چگونه الکترون ها را کنترل کنند و این شایستگی اصلی اوست. توسعه روش تامسون اساس اپتیک الکترونی، لوله های خلاء و شتاب دهنده های ذرات مدرن را تشکیل می دهد. تامسون در سال 1906 جایزه نوبل فیزیک را برای مطالعه اش در مورد عبور برق از گازها دریافت کرد.

تامسون همچنین روش هایی را برای مطالعه ذرات با بار مثبت توسعه داد. تک نگاری اشعه های الکتریسیته مثبت او که در سال 1913 منتشر شد، آغاز طیف سنجی جرمی بود. شاگردش استون با توسعه تکنیک تامسون، اولین طیف‌سنج جرمی را ساخت و روشی برای تجزیه و تحلیل و جداسازی ایزوتوپ‌ها ایجاد کرد. در آزمایشگاه تامسون، اولین اندازه گیری بار اولیه از مشاهده حرکت یک ابر باردار در میدان الکتریکی آغاز شد. این روش توسط میلیکان بیشتر بهبود یافت و منجر به اندازه گیری های کلاسیک بار الکترون او شد.

اتاقک ابر معروف که توسط شاگرد و همکار تامسون ویلسون در سال 1911 ساخته شد، زندگی خود را در آزمایشگاه کاوندیش آغاز کرد.

بنابراین نقش تامسون و شاگردانش در شکل گیری و توسعه فیزیک اتمی و هسته ای بسیار زیاد است. اما تامسون تا پایان عمر خود از حامیان اتر باقی ماند، مدل‌هایی از حرکت در اتر ایجاد کرد، که نتیجه آن، به نظر او، پدیده‌های مشاهده شده بود. بنابراین، او انحراف پرتو کاتدی در یک میدان مغناطیسی را به عنوان تقدم یک ژیروسکوپ تفسیر کرد که ترکیب میدان های الکتریکی و مغناطیسی را با یک گشتاور چرخشی اعطا می کند.

تامسون در 30 آگوست 1940 در زمان سختی برای انگلستان درگذشت، زمانی که تهدید حمله نازی ها بر سر او بود.

متولد 18 دسامبر 1856 در چیتام در نزدیکی منچستر، انگلستان
درگذشت 30 اوت 1940، کمبریج، انگلستان
جایزه نوبل فیزیک در سال 1906.
بیانیه کمیته نوبل: "به منظور شناسایی سهم عظیم در مطالعات نظری و تجربی رسانایی گازها."

شخصیت فعلی ما حتی در مقابل پس‌زمینه برنده نوبل "معمولی" فوق‌العاده به نظر می‌رسد. خوب، بیایید با این واقعیت شروع کنیم که هفت نفر از "پسرهای علمی" او نیز برنده جایزه نوبل شدند (او تا پنج جایزه زندگی کرد). مانند بسیاری از "نوه های علمی" او (در مورد معروف ترین "پسر دانشمند" و یکی از نوه ها نوشتیم). برنده جایزه نوبل و پسر خودش شد و در مورد همان ذره ابتدایی که توسط قهرمان ما کشف شد. حدس زدید؟ خب، البته... با جی جی آشنا شوید.

و این نام مستعار یک خواننده رپ نیست، اینجا انگلستان خوب قدیمی است. "جی جی" یک نام خاص است، اگرچه مخفف "سر جوزف جان تامسون" است. با این حال، تامسون در اصل یک نجیب زاده نبود، مانند مشهورترین شاگردش رادرفورد. او پسر یک کتابفروش به نام جی جی (جوزف جیمز) تامسون و اما سویندلز به دنیا آمد. پدر می خواست که پسرش تحصیلات خوبی کسب کند و مهندس شود و به همین دلیل، جی جی جونیور در ۱۴ سالگی به کالج اونز که اکنون به عنوان دانشگاه منچستر شناخته می شود، رفت.

دو سال بعد، تامسون پدر رفت. پولی وجود نداشت، اما مادر کمک کرد و عملکرد تحصیلی خوبی داشت، که بورسیه تحصیلی ارائه کرد. آموزش ادامه یافت. کالج اونز یک دوره عالی در فیزیک تجربی داشت. با این حال، برای انجام فیزیک، حتی در آن زمان دانش خوبی از ریاضیات لازم بود. و تامسون وارد کالج ترینیتی کمبریج می شود و در آنجا فیزیک نظری و ریاضیات را مطالعه می کند. در سال 1880، در سن 24 سالگی، مدرک لیسانس گرفت و در آزمایشگاه کاوندیش (در واقع، گروه فیزیک کمبریج) شروع به کار کرد.

نمای مدرن از آزمایشگاه کاوندیش
به خوانندگان یادآوری می کنیم که نام آزمایشگاه نه با نام شیمیدان مشهور هنری کاوندیش، بلکه به نام صدراعظم کمبریج ویلیام کاوندیش (هنری دومین لرد کاوندیش بود و ویلیام هفتمین بود) که پول زیادی اهدا کرد. برای ساخت آن، البته، خاطره هنری کاوندیش در آن حفظ شد.

چهار سال بعد، در سال 1884، زمانی که تامسون هنوز 28 ساله نشده بود و هیچ دستاورد علمی خاصی به جز شکوه یک فیزیکدان و ریاضیدان خوب با "دست راست" نداشت، اتفاق شگفت انگیزی رخ می دهد. مدیر آزمایشگاه کاوندیش، جان ویلیام استرت، سومین بارون ریلی، استعفا داد، انسانی سخت‌گیر که بعداً (در سال 1904) جایزه نوبل را برای کشف آرگون دریافت کرد و عنوان خود را در تاریخ علم از نظر ریلی باقی گذاشت. پراکندگی و امواج ریلی. قبل از Strett، پست مدیر توسط خود جیمز کلرک ماکسول (به هر حال، که زمان زیادی را صرف تجزیه و تحلیل و انتشار آرشیو علمی هنری کاوندیش کرد) اشغال می کرد.

جان ویلیام استرت

و سپس تامسون به این پست مهم منصوب می شود. شگفت انگیز! آنها می نویسند که یک فیزیکدان آمریکایی که در آزمایشگاه کارآموز بود، پس از اطلاع از پروفسور جدید کاوندیش، با این جمله به وطن خود گریخت و گفت: "بیهوده است که زیر نظر استادی کار کنی که تنها دو سال از شما بزرگتر است." و یکی از مربیان کمبریج با تندتری صحبت کرد: «...اگر فقط پسرها استاد شوند، دوران بحرانی در دانشگاه فرا می رسد! در این مورد، انتخاب توسط خود Strett بازنشسته انجام شد. شاید به این دلیل که در غیاب، همانطور که می گویند، نتایج "شکست"، استعداد تامسون هنوز آشکار بود؟ جای تعجب نیست که اولین کار علمی چاپی او زمانی که او فقط 19 سال داشت در مجموعه مقالات انجمن سلطنتی لندن منتشر شد. سلف او جایزه نوبل را دریافت کرد و پست خود را به عنوان دانشمند بزرگی گذراند... اما بعداً در مورد آن بیشتر توضیح خواهیم داد.

تامسون پس از تبدیل شدن به کارگردان و آزادی عمل بیشتر، شروع به مطالعه رسانایی الکتریکی گازها در لوله کروکس کرد. این یک ظرف شیشه ای است که دو الکترود در دو طرف مقابل دارد که تقریباً تمام هوا از آن خارج شده است. در واقع، ویلیام کروکس، خالق این دستگاه، کشف کرد که با کمیاب شدن کافی هوا، شیشه انتهای لوله مقابل کاتد، ظاهراً تحت تأثیر نوعی تابش، با نور سبز زرد شروع به فلورسانس می کند. که به آن اشعه کاتدی می گفتند.

فلورسانس در لوله کاتد

سر ویلیام کروکس با لوله کاتدی. کاریکاتور 1902

البته باید چند کلمه در مورد خود ویلیام کروکس، خالق لوله کاتدی، گفت. دانشمند معروفی که تالیم را کشف کرد و هلیوم را در آزمایشگاه به دست آورد، یک روحانی مشتاق بود. در سال 1874، در سن 42 سالگی، در اوج قدرت علمی خود، مقاله ای منتشر کرد که در آن اظهار داشت که معنویت گرایی علمی است و پدیده های ارواح در واقع رخ می دهند. این رسوایی به حدی بود که کروکس مجبور شد سال ها دراز بکشد - منتظر بماند تا قدرت علمی خود تزلزل ناپذیر شود، و همچنین موقعیت های خود در انجمن علمی سلطنتی، منتظر یک شوالیه (1897) و در سال 1898 برای ایجاد نوعی "بیرون آمدن"، اما به روح آن سال ها.

کلاهبرداران و روحی که او احضار می کند

کروکس بیان کرده است که او یک روحانی همجنسگرا متقاعد است. Im Crookes تا زمان مرگش در سال 1919 باقی ماند. بنابراین از 1913 تا 1915 انجمن سلطنتی لندن به نظر ما - یک شبه دانشمند (اما فقط در این) رهبری شد. به هر حال، در سال 1915، قهرمان ما به مدت 6 سال جایگزین کروکس در این پست شد.

اما بیایید به سه دهه قبل برگردیم، از کروکس پیر تا تامسون جوان. با شروع مطالعات او با لوله کروکس، اختلافات جدی در دنیای علمی وجود داشت - به طور نسبی، نمایندگان مکتب بریتانیا (و خود کروکس) معتقد بودند که پرتوهای کاتدی جریانی از ذرات خاص است، و نمایندگان، به طور نسبی، از مکتب آلمانی، بر اساس آزمایش های نه چندان قابل اعتماد هرتز، معتقد بود که آنها امواج اتر را نشان می دهند - نوعی ماده که در فضا نفوذ می کند.

لوله کاتدی تامسون با سیم پیچ های مغناطیسی برای انحراف الکترون ها

شایستگی اصلی تامسون این بود که او توانست نشان دهد که پرتوهای کاتدی هنوز ذرات هستند (به قول خود تامسون، ذرات) در حالی که همیشه یکسان هستند. تامسون حتی موفق شد نسبت بار به جرم ذره را که اکنون یکی از ثابت های اساسی است، اندازه گیری کند. اینگونه بود که الکترون ها کشف شدند و بشر اولین قدم را به اعماق اتم برداشت. تامسون خود نویسنده اولین مدل از ساختار اتم شد که به آن "پودینگ کشمشی" می گفتند - در نوعی بدن با بار مثبت آغشته شده، "کشمش ها" - الکترون ها - شناور هستند یا به سادگی در هم قرار می گیرند.

اتم تامسون

نیم قرن بعد، پسر و شاگرد خودش جایزه نوبل را دریافت خواهند کرد زیرا توانستند ماهیت دوگانه الکترون را با کشف خواص موجی آن نشان دهند. و خیلی زودتر، اولین شاگرد او قدم بعدی را در درک ساختار اتم برمی دارد و مدل "خوشمزه" تامسون را نابود می کند.

حتی قبل از کشف الکترون (1896-1897)، در سال 1895، رویداد مهم دیگری در زندگی تامسون و کل علم بریتانیا و جهان رخ داد (نه، نه جایزه نوبل - در آن زمان اصلاً اعطا نشد، و تامسون تنها در سال 1906 یک جایزه شایسته دریافت خواهد کرد؛ همانطور که ما می دانیم، در سال های اول کمیته نوبل فیزیکدانان شایسته را از یک استخر بسیار بزرگ "انتخاب" کرد). اولین دانشجوی دکترای تامسون، یک جوان نیوزلندی به نام ارنست رادرفورد، در آزمایشگاه کاوندیش ظاهر شد.

مجله علمی نیوزلند "رادرفورد"

با او بود که تامسون کشف اصلی زندگی خود را انجام داد. نامه های رادرفورد به نامزدش توصیفی از تامسون و خانواده اش را برای ما حفظ کرده است. او در مکالمه بسیار خوشایند است و به طور کلی یک فسیل قدیمی را نشان نمی دهد. از نظر ظاهری قد متوسط، موهای تیره و بسیار جوان است. خیلی بد تراشیده و موهای نسبتا بلندی دارد. او چهره ای لاغر و مستطیلی دارد، سرش گویا، دو چین عمودی عمیق از بینی اش فرود می آید... او مرا به ناهار در محلش در تراس اسکروپ دعوت کرد، جایی که همسرش را دیدم - زنی قد بلند با موهای قهوه ای و مریض. چهره، اما بسیار دوستانه و پرحرف...».

باید بگویم که جی جی یک مرد کاملاً شایسته و یک رئیس معمولی آزمایشگاه بود. از آنجایی که در آزمایشگاه خود به دانش آموز توجه کرده اید، ازدواج کنید. علاوه بر این، پدر دانش‌آموز استاد پزشکی دانشگاه کمبریج است. در سال 1890، تامسون 28 ساله و رزا پاجت ازدواج کردند، دو سال بعد آنها صاحب اولین فرزند خود، جورج پاگت شدند. برنده جایزه نوبل در سال 1937 برای کشف ماهیت موجی الکترون.

جورج پاجت تامسون

به هر حال، اگر کسی آماری در مورد نامزدها می‌خواهد، اینجا هستید:

جایزه نوبل فیزیک 1906 18 نامزدی

جی.جی. تامسون - 8 نامزدی
گابریل لیپمن (برنده جایزه 1908) - 3
هانری پوانکاره (او در مجموع 51 بار نامزد شد، اما هرگز جایزه ای دریافت نکرد) - 3
لودویگ بولتزمن (این کسی است که شایسته این جایزه بود، اما افسوس - او در سال 1906 درگذشت) - 2
بقیه - هر کدام 1 نفر (در میان آنها همنام تامسون - ویلیام تامسون (1824-1907)، که بیشتر به عنوان لرد کلوین شناخته می شود، که او نیز زمان دریافت جایزه را نداشت)

تامسون عمر طولانی داشت. او اشراف را به دست آورد، همانطور که ولادیمیر وروشیلوف دوست داشت بگوید، "با ذهن خود"، او برنده جایزه نوبل شد. در سال 1913 او رئیس انجمن سلطنتی لندن شد، در سال 1919 مقام استادی را به رادرفورد منتقل کرد که به کمبریج بازگشت. هفت نفر از همکاران او برنده جایزه نوبل شدند، از رادرفورد، اولین کاندیدای دکترا، که تامسون بیشتر زنده ماند و او را به خاک سپرد. او منتظر جایزه نوبل پسرش بود. او رئیس انجمن سلطنتی لندن و رئیس کالج ترینیتی بود...

وقتی درگذشت 84 ساله بود. جنگ جهانی دوم در جریان بود و نبرد بریتانیا در جریان بود. جی جی بالاترین افتخار را دریافت کرد که در کلیسای وست مینستر به خاک سپرده شد. به هر حال، یک نکته جالب دیگر: تامسون یکی از معدود برندگان نوبل سال های اول است که می توانیم ببینیم و بشنویم. وب سایت کمیته نوبل یک ورودی در سال 1934 دارد که در آن تامسون در مورد کشف الکترون صحبت می کند.

و در مورد سهم تامسون، که شروع به ایجاد مدرسه آزمایشگاهی کاوندیش کرد، می توان به قول اولیور لاج گفت: «اگر آزمایشگاه کاوندیش وجود نداشت، چقدر دنیا نمی دانست. اما اگر سر جی جی تامسون یکی از مدیران آن نبود، چه شکوه و جلال این آزمایشگاه برجسته کمتر بود!

گروه مطالعه در کاوندیش. 1932. نشسته (از چپ به راست): Ratcliffe, P. Kapitsa, D. Chadwick, Ladenberg, J. J. Thomson. ای. رادرفورد، سی. ویلسون، اف. آستون، سی. الیس، پی. بلکت دی. کاکرافت. در ردیف دوم: چهارم از سمت چپ - مارکوس اولیفانت؛ نفر چهارم از سمت راست نورمن پر است.

فیزیکدان انگلیسی، بنیانگذار مکتب علمی، برنده جایزه نوبل فیزیک در سال 1906.

در سال 1897 او الکترون را کشف کرد (پیش از آن، از آن زمان دموکریتوساتم ها حد تقسیم پذیری ماده در نظر گرفته می شدند).

« جی جی تامسون- به یاد آورد: "من اولین گزارش در مورد وجود این اجسام را در جلسه عصر مؤسسه سلطنتی در روز جمعه آینده، 30 آوریل 1897 ارائه کردم ... مدت زیادی بعد، یک فیزیکدان برجسته به من گفت که او در آن زمان فکر می کرد که من عمدا همه آنها را گول می زد. من از این تعجب نکردم، زیرا خود من با اکراه فراوان به چنین توضیحی در مورد آزمایشاتم رسیدم: فقط پس از اطمینان از اینکه هیچ پنهانی از داده های تجربی وجود ندارد، اعتقاد خود را به وجود اجسام کوچکتر از اتم ها اعلام کردم. پس این چیزی بود که شرم آور بود: ایده واقعیت اجسام کوچکتر از اتم ها! و امروزه همین شناخت می تواند گیج کننده باشد. آیا ممکن است که در پایان عصر بزرگ علوم طبیعی، فیزیکدانان هنوز آنقدر کمی در مورد کیهان خرد می دانستند که حتی به پیچیدگی اتم ها اطمینان نداشتند؟ بیش از دو هزار سال آنها را از اتمیست های باستانی جدا کرد و ایده آنها از اصول اساسی جهان مادی برای آنها تقریباً یکسان بود. دموکریتوسیا لوکرزیا کارا(که از صبح تا عصر در هیچ آزمایشگاهی کار نمی کردند).

Danin D.S., Probabilistic World, M., "Knowledge" 1981, p. هجده.

در سال 1903، دانشمند یکی از اولین مدل های اتم را پیشنهاد کرد، با این باور که اتم شبیه یک "پودینگ کشمشی" است - این یک کره با بار مثبت است که الکترون ها در آن پراکنده شده اند ...

در 1884-1919 جی جی تامسونمدیر آزمایشگاه کاوندیش

پسرش - جورج تامسون/ جورج تامسون در سال 1937 جایزه نوبل فیزیک را برای کشف آزمایشی اش در مورد پراش الکترون توسط کریستال ها دریافت کرد.

جورج تامسونپدرش را به یاد می آورد: "جی جی تحصیلات ریاضی را دریافت کرد، تئوری زیادی انجام داد و تا سال های پیشرفته، تسلط بر تجزیه و تحلیل ریاضی را حفظ کرد، اما طرز تفکر او کاملاً فیزیکی بود. ریاضیات فقط یک ابزار بود، نه منبع الهام. الهام از یک دید روشن از ایده های فیزیکی گرفته شده است. Geeji دوست داشت طرح هایی از آزمایش ها را در پشت پاکت ها بسازد (به قول Geeji kenverts. احتمالاً در منچستر، زمانی که Geeji پسر بود، این تلفظ در حال استفاده بود). GJ با مفهوم خطوط نیرو جذب شد، معرفی شد فارادیتحت تأثیر تصویری که براده های آهن در نزدیکی آهنربا شکل می گیرند و بعداً ایجاد می شوند ماکسول. هر دو خطوط میدان الکتریکی و مغناطیسی JJ تمایل به در نظر گرفتن واقعیت فیزیکی داشتند. تئوری های مدرن خطوط نیروی الکترومغناطیسی را صرفاً به عنوان یک مفهوم ریاضی راحت در نظر می گیرند. اما این مفهوم بسیار مفید است، به ویژه در حال حاضر که روش هایی برای مهار گازهای داغ با استفاده از میدان های مغناطیسی به منظور به دست آوردن یک واکنش گرما هسته ای در حال بررسی است. نصب معروف "Zeta" برای حل این مشکل طراحی شده است. تامسون به اهمیت رویکرد صحیح به یک مشکل اعتقاد راسخ داشت. او آن را ساده تر نامید: "انتهای سمت راست چوب را بگیرید." بنابراین، JJ رویکرد معمول به مسائل جدید را رد کرد، زمانی که آنها برای اولین بار آزمایشگاه را ترک می کنند و می نشینند تا ادبیاتی در مورد این موضوع بنویسند. در عوض، تامسون به شما توصیه کرد که خودتان در مورد مشکل فکر کنید و روش مستقل خود را برای حل آن امتحان کنید. بعداً می توانید با کارهایی که دیگران انجام داده اند آشنا شوید، اما اگر در این کار عجله کنید، خلاص شدن از شر عقاید از پیش تعیین شده دشوار خواهد بود و بعید است که بتوانید هیچ رویکرد اصلی برای مشکل پیدا کنید.

، برنده جایزه نوبل

جوزف جان تامسون(1856-1940) - فیزیکدان انگلیسی، بنیانگذار یک مدرسه علمی، عضو (1884) و رئیس (1915-1920) انجمن سلطنتی لندن، عضو خارجی آکادمی علوم سنت پترزبورگ (1913) و افتخاری خارجی. عضو (1925) آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی. مدیر آزمایشگاه کاوندیش (1884-1919). بررسی عبور جریان الکتریکی از گازهای کمیاب. (1897) الکترون را کشف کرد و (1898) بار آن را تعیین کرد. او (1903) یکی از اولین مدل های اتم را پیشنهاد کرد. نویسنده مطالعات جریان های الکتریکی در گازهای کمیاب و پرتوهای کاتدی، که تداوم طیف پرتو ایکس را توضیح داد، ایده وجود ایزوتوپ ها را مطرح کرد و تأیید تجربی آن را دریافت کرد. یکی از بنیانگذاران نظریه الکترونیکی فلزات. جایزه نوبل (1906).

جوزف تامسون در 18 دسامبر 1856 در چاتم هیل در حومه منچستر به دنیا آمد. درگذشت 30 اوت 1940، کمبریج در کلیسای وست مینستر به خاک سپرده شد.

ریاضیدان به فیزیک می آید

جوزف تامسون در خانواده یک کتابفروش به دنیا آمد. پدرش می خواست که او مهندس شود و هنگامی که جوزف به چهارده سالگی رسید، برای تحصیل در کالج اوون (بعدها دانشگاه منچستر) فرستاده شد.

جامعه متمدن مانند کودکی است که برای تولدش اسباب بازی های زیادی دریافت کرده است.

تامسون جوزف جان

تا اواسط قرن نوزدهم، هیچ آزمایشگاه تحقیقاتی در دانشگاه ها وجود نداشت و اساتیدی که آزمایش انجام می دادند، آن را در خانه انجام می دادند. اولین آزمایشگاه فیزیکی در سال 1874 در کمبریج افتتاح شد. این آزمایشگاه توسط جیمز کلرک ماکسول، و پس از مرگ زودهنگام او، لرد ریلی، که در سال 1884 بازنشسته شد، اداره شد. و سپس، برای بسیاری غیرمنتظره، تامسون، یک جوان بیست و هشت ساله ریاضیدانی که به تازگی تحقیقات تجربی را آغاز کرده بود، به عنوان استاد کاوندیش و مدیر آزمایشگاه انتخاب شد. آینده نشان داد که این انتخاب بسیار موفق بود.

آغاز آزمایش های جوزف تامسون

توجه بسیاری از فیزیکدانان در آن زمان به دلیل مشکلات الکتریسیته و مغناطیس جلب شد. معادلات ماکسول قبلاً ظاهر شده اند (اگرچه هنوز مورد استفاده رایج قرار نگرفته اند). با این حال، تامسون به آن بخش از الکترودینامیک که قدرت میدان تولید شده توسط منابع "مطالع" را در نظر می گیرد (یعنی چگالی بار و جریان آنها مشخص است) روی نمی آورد، بلکه به مسئله ماهیت فیزیکی خود این منابع پرداخت. در نظریه خود ماکسول، این موضوع به سختی مورد بحث قرار گرفت. برای او، جریان الکتریکی هر چیزی است که میدان مغناطیسی ایجاد می کند (توزیع بارهای الکتریکی که در طول زمان تغییر نمی کند، فقط میدان های الکتریکی ایجاد می کند).

تامسون مجذوب سوال حامل های شارژ شد. او شروع به بررسی جریان گازهای کمیاب کرد که در آن زمان در تعدادی آزمایشگاه دیگر انجام می شد. تامسون کشف کرد که رسانایی گازها هنگام قرار گرفتن در معرض اشعه ایکس افزایش می یابد. نتایج مهمی توسط وی در بررسی پرتوهای کاتدی به دست آمد. آن ها جریان هایی که از کاتدها (الکترودهای منفی) لوله های تخلیه سرچشمه می گیرند. سپس نظرات مختلفی در مورد ماهیت فیزیکی آنها بیان شد. اکثر فیزیکدانان آلمانی معتقد بودند که این امواج شبیه به اشعه ایکس هستند، در حالی که انگلیسی ها آنها را به عنوان جریانی از ذرات می دیدند.

در سال 1894، تامسون موفق شد سرعت آنها را اندازه گیری کند، که معلوم شد 2000 برابر کمتر از سرعت نور است، که استدلال قانع کننده ای به نفع فرضیه جسمی بود. یک سال بعد، ژان پرین، آزمایشگر فرانسوی، نشانه بار الکتریکی پرتوهای کاتدی را دریافت: با افتادن روی یک استوانه فلزی، آن را بار منفی کردند. برای تعیین جرم ذرات باقی مانده است. این مشکل نیز به خوبی توسط تامسون حل شد. اما قبل از شروع آزمایش، او به نظریه روی آورد و محاسبه کرد که چگونه یک ذره باردار باید در میدان های الکتریکی و مغناطیسی متقاطع حرکت کند. مشخص شد که انحراف چنین ذره ای به نسبت بار آن به جرم بستگی دارد.

آزمایش شروع شد (لازم به ذکر است که جوزف تامسون اغلب با بررسی دقیق آزمایش در تمام جزئیات، آن را به دستیاران خود واگذار می کرد). نتایج او نشان داد که جرم ذرات تقریبا 2000 برابر کوچکتر است. از سبک ترین یون ها - یون های هیدروژن. در مورد بار، برای یون ها قبلاً بر اساس آزمایشات روی الکترولیز به طور قابل اعتماد محاسبه شده است و معلوم شده است که مثبت است. از آنجایی که اتم هیدروژن دارای بار صفر است، این نشان می‌دهد که حامل‌های نشانه‌ای از بخش‌های گسسته بارهای الکتریکی از نظر قدر برابر و مخالف هستند. آن ذرات که بخشی از پرتوهای کاتدی بودند به زودی الکترون نامیده شدند. کشف آنها یکی از مهمترین دستاوردهای فیزیک در پایان قرن نوزدهم بود و مستقیماً با نام تامسون که در سال 1906 جایزه نوبل را به او اعطا شد، مرتبط است.

مدل اتم

در همان سال 1897، زمانی که کشف الکترون به ثبت رسید، D. Thomson به مسئله اتم روی آورد. تامسون پس از رسیدن به این نتیجه که برخلاف نامش، اتم غیرقابل تقسیم نیست، مدلی از ساختار آن ارائه کرد. طبق این مدل، اتم به شکل یک "قطره" با بار مثبت ظاهر شد، که درون آن توپ های کوچک با بار منفی - الکترون ها " شناور بود. تحت تأثیر نیروهای کولن، آنها در نزدیکی مرکز اتم به شکل زنجیره هایی با پیکربندی های خاص قرار داشتند (که در آنها حتی می توان چیزی شبیه به نظم را در جدول تناوبی مندلیف دید). اگر فشاری الکترون ها را از موقعیت های تعادلی منحرف می کرد، نوسانات شروع می شد (ارتباط با طیف ها!) و نیروهای کولن به دنبال بازگرداندن تعادل اولیه بودند. اگرچه آزمایش‌هایی که متعاقباً در همان آزمایشگاه کاوندیش توسط جانشین تامسون، ارنست رادرفورد انجام شد، مجبور به ترک این مدل شد، اما نقش مهمی در شکل‌دهی ایده‌ها درباره ساختار ماده ایفا کرد.

از الکترون تا هسته

جوزف تامسون که کار خود را در آزمایشگاه کاوندیش با مطالعه پراکندگی اشعه ایکس آغاز کرد، فرمولی را ارائه کرد که نام او را دارد و پراکندگی امواج الکترومغناطیسی توسط الکترون‌های آزاد را توصیف می‌کند. این فرمول هنوز نقش برجسته ای در فیزیک ذرات بنیادی دارد.

نقش تامسون در کشف اثر فوتوالکتریک و گسیل ترمیونی نیز مهم بود. ایده استفاده از میدان های متقاطع برای اندازه گیری نسبت بارهای ذرات به جرم آنها نیز بسیار مثمر ثمر بود. این ایده اساس کار طیف‌نگارهای جرمی است که کاربرد گسترده‌ای در فیزیک هسته‌ای پیدا کرده‌اند و به‌ویژه نقش مهمی در کشف ایزوتوپ‌ها ایفا کرده‌اند (هسته‌هایی با جرم‌های متفاوت، اما بارهای یکسان، که تشخیص‌ناپذیری شیمیایی آنها را تعیین می‌کند. ). توجه داشته باشید که پیش بینی وجود ایزوتوپ ها و تشخیص تجربی برخی از آنها نیز توسط تامسون انجام شده است.

جوزف تامسون یکی از درخشان ترین فیزیکدانان کلاسیک بود. درست است، او شاهد ظهور نظریه کوانتومی (که شکل گیری آن تا حد زیادی در مقابل چشمان او و با مشارکت مستقیم همکاران جوانش اتفاق افتاد)، ظهور نظریه نسبیت و فیزیک اتمی و هسته ای را مشاهده کرد. علاوه بر این، مشارکت شخصی او در آن تجدید نظر بزرگ کل جهان بینی فیزیکی، که دهه های اول قرن جدید به ارمغان آورد، غیرقابل انکار و عمیق بود. اما تا پایان دوران خود، علیرغم موفقیت نظریه نسبیتی که او آن را تنها به عنوان بازتابی از برخی خواص ریاضی معادلات ماکسول درک می کرد، به وجود یک اتر مکانیکی ایمان داشت. در رابطه با نظریه کوانتومی، او برای مدتی طولانی در موقعیت یک ناظر شکاک باقی ماند و تنها پس از آن که پسرش جورج پاجت تامسون به طور تجربی خواص موجی الکترون ها را کشف کرد (که به خاطر آن جایزه نوبل دریافت کرد) نظر خود را در مورد آن تغییر داد. 1937).

- فیزیکدان انگلیسی، برنده جایزه نوبل، یکی از بنیانگذاران نظریه الکترونیکی کلاسیک فلزات. نویسنده مطالعات پرتوهای کاتدی و عبور جریان در گازهای کمیاب. الکترون کشف شد و بار آن مشخص شد.

جوزف تامسون متولد شد 18 دسامبر 1856در شهر انگلیسی چیتام هیل، حومه منچستر. پدرش کتابفروش بود، او می خواست به پسرش تحصیلات مهندسی بدهد. جوزف در سن 14 سالگی برای تحصیل در کالج اونز در منچستر و سپس به کالج ترینیتی در دانشگاه کمبریج فرستاده شد. دوره های فیزیک تجربی در کالج افتتاح شد که در واقع سرنوشت بعدی جوزف تامسون را تعیین کرد - او به طور جدی به فیزیک و ریاضیات علاقه مند شد. بعد از اتمام کالج در سال 1880جوزف در رشته ریاضی لیسانس می گیرد. این دانشمند جوان امسال مقاله ای با موضوع "نظریه الکترومغناطیسی نور" می نویسد و یک سال بعد به عضویت شورای علمی کالج ترینیتی درآمد. تا سال 1884تامسون قبلاً استاد دانشگاه کمبریج و مدیر آزمایشگاه کاوندیش در کالج است.

مطالعه عبور جریان الکتریکی از گازهای کمیاب، تامسون در سال 1897یک الکترون را باز می کند. علاوه بر این، بار آن و نسبت بار به جرم یک الکترون را تعیین می کند. برای تحقیقات خود، دانشمند در سال 1906جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد. جوزف جان همچنین تئوری حرکت الکترون را که در میدان های الکتریکی و مغناطیسی کشف کرد، توسعه داد. بر اساس مشاهدات خود، تامسون مدل خود را از اتم پیشنهاد می کند. او پیشنهاد کرد که اتم یک کره با بار مثبت است که الکترون هایی در آن جاسازی شده است. اگرچه بعداً توسط پیروان او رد شد، با این وجود نقش بزرگی در روند مطالعه ساختار ماده ایفا کرد.

جوزف جان تامسون یکی از بنیانگذاران نظریه الکترونیکی کلاسیک فلزات است. فرمول او (فرمول تامسون) هنوز در فیزیک ذرات ابتدایی برای تعیین سطح مقطع موثر برای پراکندگی امواج الکترومغناطیسی توسط الکترون‌های آزاد استفاده می‌شود.

نتایج تحقیقات او نقش مهمی در کشف بیشتر اثر فوتوالکتریک و انتشار ترموالکتریک ایفا کرد. جوزف تامسون ماهیت یون های مثبت را مشخص کرد و توضیحی برای طیف پیوسته پرتوهای ایکس داد. او روش سهمی را برای اندازه گیری نسبت بار الکتریکی یک ذره بنیادی به جرم آن توسعه داد و بدین ترتیب راه را برای مطالعه ایزوتوپ ها در مقیاس بزرگ باز کرد.

برای کار علمی خود، این دانشمند مدال های فرانکلین، فارادی، کپلی، هیوز را دریافت کرد. برنده جایزه نوبل بود. او عضو آکادمی های علوم بسیاری از کشورها بود. جوزف جان تامسون می میرد 30 اوت 1940در کمبریج به دلیل شایستگی در زمینه فعالیت علمی و بیشترین سهم در توسعه بسیاری از زمینه های علم، او در کلیسای وست مینستر لندن به خاک سپرده شد.