Джозеф Джон Томсон.

Джозеф Джон Томсон.
Born
1856-12-18
Died
1940-08-30
Wife: 
Роза Пейджет.
Children: 
Паджет.
Батьки
Father: 
Джозеф Джеймс Томсон.
Mother: 
Емма Томсон.

  Джозеф Джон Томсон народився 18 грудня 1856 року в Манчестері. Тут, в Манчестері, він закінчив Оуенс-коледж, а у 1876-1880 роках навчався в Кембріджському університеті в знаменитому коледжі святої Трійці (Трініті-коледж). У січні 1880 року Томсон успішно витримав заключні іспити і почав працювати в Кавендішській лабораторії.
  Перша його стаття, опублікована в 1880 році, була присвячена електромагнітній теорії світла. У наступному році з'явилися дві роботи, з яких одна поклала початок електромагнітної теорії маси. Стаття називалася «Про електричні і магнітні ефекти, утворені рухом наелектризованих тіл». У цій статті виражена думка, що «ефір поза зарядженого тіла є носієм всієї маси, імпульсу та енергії». Зі збільшенням швидкості змінюється характер поля, в силу чого вся  «польова» маса зростає, залишаючись весь час пропорційна енергії.
  Томсон був одержимий експериментальною фізикою в кращому сенсі цього слова. Невтомний у роботі, він настільки звик самостійно добиватися поставленої мети, що злі язики говорили про його повну зневагу до авторитетів. Запевняли, що він вважав за краще самостійно продумувати будь-які незнайомі йому питання наукового характеру, замість того щоб звернутися до книг і готовим теоріям. Втім, це явне перебільшення ...
   Наукові успіхи Томсона були високо оцінені директором лабораторії Кавендіша Релеем. Йдучи в 1884 році з посади директора, він, не вагаючись, рекомендував своїм наступником Томсона. Для самого Джозефа його призначення було несподіванкою.
  Відомо, що, коли один з американських фізиків, стажувався в Кавендішській лабораторії, дізнався про це призначення, він тут же зібрав свої пожитки. «Безглуздо працювати під керівництвом професора, який всього на два роки старша за тебе ...» - заявив він, відпливаючи на батьківщину. Що ж, у нього попереду було багато часу, щоб пошкодувати про свою поспішності.
  Для такого вибору у старого директора лабораторії були чималі підстави. Всі, хто близько знав Томсона, одностайно відзначали його незмінну прихильність і приємну манеру спілкування, що поєднана з принциповістю. Пізніше учні згадували, що їхній керівник любив повторювати слова Максвелла про те, що ніколи не слід відмовляти людини поставити задуманий ним експеримент. Навіть якщо він не знайде того, що шукає, він може відкрити щось інше і винести для себе більше користі, ніж з тисячі дискусій.
Так уживалися в цій людині настільки різні властивості, як самостійність власних суджень і глибока повага до думки учня, співробітника або колеги. І може бути, саме ці якості забезпечили йому успіх на посаді керівника «Кавендіша».
  На новий пост Томсон прийшов, маючи опубліковані праці, переконання в єдності матеріального світу і безліч планів на майбутнє. І його перші успіхи сприяли авторитету Кавендішської лабораторії. Скоро тут зібралася група молодих людей, які приїхали з різних країн. Всі вони однаково горіли ентузіазмом і готові були на будь-які жертви заради науки. Утворилася школа, справжній науковий колектив людей, об'єднаних спільністю цілей і методів, за світовим авторитетом на чолі.
   З 1884 по 1919 рік, коли його змінив на посаді директора лабораторії Резерфорд, Томсон керував лабораторією Кавендіша. За цей час вона перетворилася у великий центр світової фізики, в міжнародну школу фізиків. Тут почали свій науковий шлях Резерфорд, Бор, Ланжевен і багато інших, в тому числі і російські вчені.
   Завершуючи в кінці життя книгу своїх спогадів, Томсон перераховує серед своїх колишніх докторантів 27 членів Королівського товариства, 80 професорів, які успішно працюють у тринадцяти країнах. Результат воістину блискучий.
  Програма досліджень Томсона була широкою: питання проходження електричного струму через гази, електронна теорія металів, дослідження природи різного роду променів ...
  Взявшись за дослідження катодних променів, Томсон насамперед вирішив перевірити, чи достатньо ретельно були поставлені досліди його попередниками, що добилися відхилення променів електричними полями. Він задумує повторний експеримент, конструює для нього спеціальну апаратуру, стежить сам за ретельністю виконання замовлення, і очікуваний результат очевидний. У трубці, сконструйованої Томсоном, катодні промені слухняно притягувалися до позитивно зарядженої платівці і явно відштовхувалися від негативної, тобто вели себе так, як і належало потоку швидколетящих крихітних корпускул, заряджених негативною електрикою. Чудовий результат! Він міг, безумовно, покласти край всім суперечкам про природу катодних променів, але Томсон не вважав своє дослідження закінченим. Визначивши природу променів якісно, він хотів дати точне кількісне визначення і складову цих корпускул.
 Окрилений першим успіхом, він сконструював нову трубку: катод, що прискорюють електроди у вигляді кілець і платівки, на які можна було подавати відклоняючу напругу. На стінку, протилежну катоду, він наніс тонкий шар речовини, здатної світитися під ударами налітаючих частинок. Вийшов предок електронно-променевих трубок, так добре знайомих нам в століття телевізорів і радіолокаторів.
  Мета досвіду Томсона полягала в тому, щоб відхилити пучок корпускул електричним полем і компенсувати це відхилення магнітним полем. Висновки, до яких він прийшов у результаті експерименту, були вражаючі. По-перше, виявилося, що частинки летять в трубці з величезними швидкостями, близькими до світловим. А по-друге, електричний заряд, який доводився на одиницю маси корпускул, був фантастично великим. Що ж це були за частки: невідомі атоми, які несуть на собі величезні електричні заряди, або крихітні частинки з незначною масою, але зате і з меншим зарядом?
  Далі він виявив, що відношення питомого заряду до одиниці маси є величина постійна, що не залежить ні від швидкості частинок, ні від матеріалу катода, ні від природи газу, в якому відбувається розряд. Така незалежність насторожувала. Схоже, що корпускули були якимись універсальними частинками речовини, складовими частинами атомів ...
  На саму думку про це досліднику минулого століття повинно було ставати не по собі. Адже саме слово «атом» означало «неподільний». Тисячоліття пройшли з часу Демокріта, атоми були символами межі подільності, символами дискретності речовини. І раптом ... Раптом виявляється, що і у них є складові частини?
  Погодьтеся, що тут було від чого відчути розгубленість. Правда, до жаху святотатства домішувався чималою мірою і захват від передчуття великого відкриття ...
Томсон взявся за розрахунки. Перш за все, слід було визначити параметри таємничих корпускул, і тоді, можливо, вдасться вирішити, що вони собою представляють.
  Тонкий почерк ученого покриває аркуші паперу нескінченними цифрами. І ось вони, перші результати розрахунків: сумнівів немає, невідомі частки - не що інше, як дрібні електричні заряди, неподільні атоми електрики, або електрони. Вони були відомі теоретично і навіть отримали назву, але тільки йому вдалося відкрити і тим самим остаточно підтвердити їх існування експериментально.
  І це зробив він - впертий англійський фізик-експериментатор професор Джозеф Джон Томсон, якого учні та колеги позаочі звали просто Джі-Джі.
   29 квітня 1897 в приміщенні, де вже більше двохсот років відбувалися засідання Лондонського королівського товариства, призначена його доповідь. Більшість присутніх добре знайомі з історією питання. Багато самі намагалися вирішити проблеми природи катодних променів. Ім'я доповідача обіцяло цікаве повідомлення. І ось Томсон на трибуні. Він високий на зріст, худорлявий, в окулярах з металевою оправою. Каже впевнено, голосно. Асистенти доповідача тут же, на очах у присутніх, готують демонстраційний досвід. Дійсно, все, про що говорив високий джентльмен в окулярах, мало місце. Катодні промені в трубці слухняно відхилялися і притягувалися магнітним і електричним полями. Причому відхилялися і притягувалися саме так, як повинні були, якщо припустити, що вони складалися з дрібних негативно заряджених частинок ... Слухачі були в захваті. Вони не раз переривали доповідь оплесками. Фінал же перевершив всі очікування. Такого тріумфу цей старовинний зал, мабуть, ще не бачив. Поважні члени Королівського товариства схоплювалися з місць, поспішали до демонстраційного столу, розмахуючи руками, і кричали ...
 Захоплення присутніх пояснювався зовсім не тим, що колега Дж.Дж. Томсон настільки переконливо розкрив справжню природу катодних променів. Річ було набагато серйозніше. Атоми, найперший цеглинки матерії, перестали бути елементарними круглими зернами, непроникними і неподільними частками без всякого внутрішньої будови ... Якщо з них могли вилітати негативно заряджені корпускули, значить, і представляти собою атоми повинні були якусь складну систему, що складається з чогось заряджено позитивним електричеством і з негативно заряджених корпускул - електронів.
  Назва «електрон», колись запропоноване Стонеем для позначення величини найменшого електричного заряду, стало ім'ям неподільного «атома електрики».
Тепер стало видно і подальші необхідні напрями майбутніх пошуків. Перш за все, звичайно, необхідно було визначити точно заряд і масу одного електрона, що дозволило б уточнити маси атомів усіх елементів, розрахувати маси молекул, дати рекомендації до правильного складання реакцій ... Та що говорити, знання точного значення заряду електрона було необхідне як повітря, і тому за досліди за його визначенням відразу взялися багато фізиків.
  У 1904 році Томсон оприлюднив свою нову модель атома. Вона являла собою також рівномірно заряджену позитивно електрикою сферу, всередині якої оберталися негативно заряджені корпускули, кількість і розташування яких залежало від природи атома. Вченому не вдалося вирішити спільне завдання сталого розташування корпускул всередині сфери, і він зупинився на окремому випадку, коли корпускули лежать в одній площині, що проходить через центр сфери. У кожному кільці корпускули здійснювали досить складні рухи, які автор гіпотези пов'язував зі спектрами. А розподіл корпускул по кільцях-оболонкам відповідало вертикальним стовпцях таблиці Менделєєва.
   Розповідають, що одного разу журналісти попросили Джі-Джі пояснити наочно, яким він передбачає будову «свого атома».
- О, це дуже просто, - незворушно відповів професор, - швидше за все, це щось на зразок пудингу з родзинками ...
Так і увійшов в історію науки атом Томсона - позитивно зарядженим «пудингом», нафарширований негативними «родзинками» - електронами.
   Томсон і сам прекрасно розумів складність структури «пудингу з родзинками». Вчений підійшов зовсім близько і до висновку, що характер розподілу електронів в атомі визначає його місце в періодичній системі елементів, але тільки підійшов. Остаточний висновок був ще попереду.     Багато що в запропонованій ним моделі було ще незрозуміло. Ніхто, наприклад, не розумів, що являє собою позитивно заряджена маса атома і скільки електронів повинно міститися в атомах різних елементів.
Томсон навчив фізиків управляти електронами, і в цьому його основна заслуга. Розвиток методу Томсона складає основу електронної оптики, електронних ламп, сучасних прискорювачів заряджених частинок. У 1906 році Томсону за його дослідження проходження електрики через гази була присуджена Нобелівська премія з фізики.
   Томсон розробив і методи вивчення позитивно заряджених частинок.  Вийшла в 1913 році його монографія «Промені позитивної електрики» поклала початок мас-спектроскопії. Розвиваючи методику Томсона, його учень Астон побудував перший мас-спектрометр і розробив метод аналізу і розділення ізотопів. У лабораторії Томсона почалися перші вимірювання елементарного заряду з спостереження руху зарядженої хмари в електричному полі. Цей метод був надалі вдосконалено Міллікеном і привів до його , що він став класичними виміром заряду електрона.
  У лабораторії Кавендіша почала своє життя і знаменита камера Вільсона, побудована учнем і співробітником Томсона Вільсоном в 1911 році.
Таким чином, роль Томсона і його учнів у становленні та розвитку атомної та ядерної фізики дуже велика. Але Томсон до кінця свого життя залишався прихильником ефіру, розробляв моделі руху в ефірі, результатом яких, на його думку, були спостережуваними явищами. Так, відхилення катодного пучка в магнітному полі він інтерпретував як процесію гіроскопа, наділяючи сукупність електричного і магнітного полів обертальним моментом.
  Помер Томсон 30 серпня 1940, у важкий для Англії час, коли над нею нависла загроза вторгнення гітлерівців.