Томсон, Джозеф Джон

(18.12.1856 – 30.8.1940)

 

Английский физик Джозеф Джон Томсон родился в Читхэм-Хилл, пригороде Манчестера, в семье Джозефа Джеймса и Эммы (в девичестве Суинделлс) Томсон. Поскольку отец, книготорговец, хотел, чтобы мальчик стал инженером, его в возрасте четырнадцати лет послали в Оуэнс-колледж (ныне Манчестерский университет). Однако через два года отец умер, оставив сына без средств. Тем не менее он продолжил обучение благодаря финансовой поддержке своей матери и стипендиальному фонду.

Важную роль в судьбе и карьере Дж. Томсона сыграли курсы экспериментальной физики, бывшие в ту пору скорее исключением для большинства колледжей. Получив в Оуэнсе в 1876 г. звание инженера, Томсон поступил в Тринитиколледж Кембриджского университета. Здесь он изучал математику и ее приложения к задачам теоретической физики.

В 1880 г. он получил степень бакалавра по математике и уже на следующий год был избран членом ученого совета Тринитиколледжа и начал работать в Кавендишской лаборатории в Кембридже.

Первая статья Дж.Томсона, опубликованная в 1880 году, была посвящена электромагнитной теории света. В следующем году появились еще две работы. Статья "Об электрических и магнитных эффектах, производимых движением наэлектризованных тел" положила начало электромагнитной теории массы.

В 1884 г. Дж.У. Стретт, преемник Джеймса Клерка Максвелла на посту профессора экспериментальной физики и директора Кавендишской лаборатории, ушел в отставку. Он рекомендовал своим преемником Томсона. Несмотря даже на то, что ему было тогда всего двадцать семь лет и он не добился еще сколько-нибудь заметных успехов в экспериментальной физике, Дж. Дж. Томсона очень ценили как математико-физика и сочли достойным кандидатом на этот пост.

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

В 1895 г. в связи с открытием Вильгельмом Рентгеном рентгеновских лучей исследования катодных лучей оживились. Между прочим, рентгеновские лучи, о которых ранее не подозревали, также возникают в газоразрядных трубках (но не на катоде, а на аноде). Вскоре Томсон, работая вместе с Эрнестом Резерфордом, обнаружил, что облучение газов рентгеновскими лучами в огромной степени увеличивает их электропроводность.

Рентгеновские лучи ионизировали газы, т.е. они превращали атомы газа в ионы, которые в отличие от атомов заряжены и, следовательно, служат хорошими переносчиками тока. Томсон показал, что возникающая здесь проводимость в чем-то похожа на ионную проводимость при электролизе в растворе.

Выполнив со своими студентами весьма плодотворное исследование проводимости в газах, Томсон, ободренный успехами, вплотную занялся нерешенным вопросом, который занимал его уже много лет, а именно составом катодных лучей. Как и другие его английские коллеги, он был убежден в корпускулярной природе катодных лучей, полагая, что это могли быть быстрые ионы или другие наэлектризованные частицы, вылетающие из катода. Повторив опыты Герца, Томсон показал, что на самом деле катодные лучи отклоняются электрическими полями.

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

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

Между 1906 и 1914 гг. у Томсона начался второй и последний большой период экспериментальной деятельности. Он изучал канальные лучи, которые движутся по направлению к катоду в разрядной трубке. Хотя Вильгельм Вин уже показал, что канальные лучи представляют собой поток положительно заряженных частиц, Томсон с коллегами пролили свет на их характеристику, выделили различные типы атомов и атомных групп в этих лучах. В своих опытах Томсон продемонстрировал совершенно новый способ разделения атомов, показав, что некоторые атомные группы, такие, как СН, СН2 и СН3, могут существовать, хотя в обычных условиях их существование нестабильно. Большое значение имеет и то, что ему удалось обнаружить, что пробы инертного газа неона содержат атомы с двумя различными атомными весами. Открытие этих изотопов сыграло важную роль в понимании природы тяжелых радиоактивных элементов, таких, как радий и уран.

В 1913 году Томсон написал монография "Лучи положительного электричества", давшую начало масс-спектроскопии.

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

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

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

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

 

Использован материал с сайтов Кафедры физхимии РГУ и Хронос