Томсон Джозеф Джон (1856-1940)
Талантливый английский физик, прославивший себя и науку открытием электрона, за что был отмечен Нобелевской премией 1906 года.
Дарование юного Джо проявилось довольно рано. Еще мальчишкой он умел пользоваться микроскопом, который ему подарил отец - книготорговец и издатель, состоявший в приятельских отношениях с Джоулем и Стюартом (автором «Физического букваря»).
Заявив Джоулю о своем намерении сделать научное открытие, в 14 лет Джозеф поступает в Оуэнс - колледж, покорив своими физическими рассуждениями и отличным знанием математики строгую приемную комиссию. Четырнадцатилетний студент в колледже был в диковинку, на что ректор Оуэнского колледжа заметил: «Скоро к нам станут привозить студентов в детских колясках» и тут же настоял на принятии ученым советом решения о зачислении в колледж лиц не моложе 16 лет. Томсон все же остался в колледже, где увлекся теорией Максвелла и высшей математикой. Математические знания он применял даже во время футбольных матчей для оценки времени полета мяча по навесной траектории. Кстати, в футболе Томсон был неплохим нападающим.
Поскольку Оуэнс - колледж не давал высшего образования, Томсон в 1876 году поступил в Тринити - колледж в Кембридже, где ранее обучался великий Ньютон. Через 4 года по окончании этого высшего учебного заведения его оставляют работать в известной теперь всему ученому миру Кавендишской лаборатории, в которой он проработал всю свою жизнь. Причем в 28 лет Томсон был назначен директором данной лаборатории, сменив на этом посту известного ученого Карла Рэлея. Ежедневно на протяжении 64 лет он ходил в свою лабораторию, здесь же и умер на 84 году жизни.
Но прежде были открытия, главным из которых явилось открытие электрона. Термин «электрон» был введен в науку теоретически в 1891 году английским физиком Стонеем, который под электроном понимал любой неделимый далее заряд, будь он хоть отрицательным, хоть положительным.
Это открытие состоялось не вдруг. Сначала была выяснена природа катодных лучей. Томсону удалось доказать, что катодные лучи не являются ни электромагнитной волной, ни газом, ни атомами каких- либо химических элементов. Они являются частицами, размер которых меньше размера самого маленького атома. Томсон на основании своих опытов вынужден был сделать невероятно дерзкий вывод о том, что кроме атомов, в природе существует неизвестная до сих пор частица значительно меньшая по массе, чем атом водорода, заряженная отрицательным зарядом. Эта частица и есть электрон, а катодные лучи представляют собой поток таких электронов. Но так как эти частицы вырываются из различных катодов, то они должны входить в состав всех атомов. Таким образом, атом каждого вещества не является, как утверждали до сих пор все физики и химики, простейшей неделимой частицей, а имеет сложную структуру.
Итак, атом не неделим, от него отделяются частицы с отрицательным зарядом, остаток же заряжен положительно. Это крах старой физики, революция в науке и в сознании человека. Будучи основательным и осторожным ученым, Дж.Дж.Томсон измерил отношение заряда новой частицы к ее массе (e/m -удельный заряд) не только у катодных лучей, но также и у излучений, возникающих при фотоэффекте, при термоэмиссии, при ?- радиоактивном излучении. И во всех экспериментах был получен один и тот же результат. Сомнений в существовании в природе частицы с самым малым отрицательным зарядом и массой в 1837 раз меньшей массы атома самого легкого из химических элементов - водорода для Томсона теперь не осталось. 30 апреля 1897 года он сообщил ученому миру о своем открытии, именно этот день и принято считать датой рождения электрона.
Этот вывод, строго обоснованный опытами, не мог не поразить умы человечества. Не случайно в одном из английских журналов о Томсоне тогда писали как о «человеке, о котором каждый прохожий знает, что он расколол атом».
Как же отнеслись к появлению «электрической корпускулы» сами ученые. Некоторые даже крупные ученые все еще высказывали сомнения о реальном существовании такой частицы, как электрон. Так, например, видный физик того времени О. Лодж в 1902 году писал: «Электрон - это чисто гипотетический заряд, изолированный от атома». М.Планк писал: «Я не верил тогда (в 1900 году ), до конца в гипотезу об электроне». Английский ученый Г. Липсон сокрушался: «Физика, да и вообще вся жизнь на Земле, теперь уже никогда не сможет быть такой, как до открытия электрона».
Постепенно электрон завоевал свое место «под солнцем» в физике. К нему стали не только привыкать, но и относиться уважительно, потому как все новые опыты неукоснительно подтверждали его существование. Однако, появление на физическом горизонте электрона поставило перед учеными целый спектр новых проблем: как электроны ведут себя в атоме; где они располагаются; что представляет собой положительный заряд, находящийся внутри атома и, наконец, как устроен сам атом? Наиболее образно усилия физиков, направленные на решение этих проблем описал Д. Данин в своей книге «Неизбежность странного мира» (Москва, изд-во «Молодая гвардия», 1966 год)
« ... с момента открытия электрона началось безудержная конструкторская работа физиков по созданию правдоподобной модели реальных атомов. Физики словно почувствовали себя сотрудниками самого господа бога, который решил смастерить на досуге вещественный мир, но из-за вечной нелюбви к естественным наукам не захотел возиться с такой мелочью, как атом, и всю работу передоверил им, ученым - специалистам.
Господи, - сказали физики, - ты же пока ничего нам не дал кроме электронов!
А что вам еще нужно, дети мои? Только, пожалуйста, без жалоб на мои неисповедимые пути! У меня от одних философов третье тысячелетие мигрень...
У нас тоже, - улыбнулись физики.
К делу! - строго сказал босой бородач.
Нам бы хоть какие частицы с положительным зарядом, господи! А то ведь атом не получится нейтральным. Да хоть парочку новых законов... - с надеждой сказали физики. - Может, продиктуете, отец?
Но всемогущий, чтобы скрыть свою немощь, возразил: « Тогда зачем вы мне?»
И физики ушли, предоставленные сами себе. ... Они хитрили: им для первых моделей атома вовсе не нужно было знать, «как выглядит» наверняка использованная природой для создания атомов положительно заряженная деталька. Довольно было убежденности, что такая деталька там обязательно существует. И о новых законах рано было говорить: надо было убедиться, что старые тут не пригодны.
Множество атомных моделей обсуждалось физиками в первое десятилетие XX века. Всерьез начал эту конструкторскую работу сам первооткрыватель электрона Дж.Дж. Томсон, а в принципе завершил ее Эрнест Резерфорд».
Действительно, в 1903 году Томсон предлагает одну из первых моделей атома, которая представлялась в виде шарика, по всему объему которого «размазан» положительный заряд, а электроны вкраплены в этот объем. Такая модель в кругах физиков получила название «кекс с изюмом». Интересно, что такое название впервые произнес пятилетний сын Томсона Джордж, большой любитель и знаток этого вкусного кушанья. Джордж часто пропадал в лаборатории отца и даже имел там свой уголок. Так вот, однажды, увидел рисунок модели атома, выполненный отцом, он спросил: «Папа, ты зачем рисуешь кекс с изюмом?» Это название настолько точно отразило суть модели, что оно прижилось в среде ученых - воистину «устами младенца глаголет истина».
Эта наивная в сегодняшнем понимании модель, хотя и объяснила по-своему ряд явлений, связанных с внутриатомными процессами, все же была обречена по той простой причине, что целиком основывалась на классических представлениях - механике Ньютона и электродинамике Максвелла. Ученик Томсона Э.Резерфорд пошел дальше своего учителя в этом вопросе, и его планетарная модель атома оказалась общепризнанной в научном мире.
Как человек Томсон был жизнелюбом, считавшим жизнь величайшим благом, а себя самым счастливым человеком. Он отличался скромностью, молчаливостью, но в обществе блистал остроумием. Коллеги называли его между собой просто «Джи-Джи», так как он был простым, приветливым и добрым человеком, лишенным чопорности и высокомерия, хотя его заслуги получили мировое признание. Томсон отличался крепким здоровьем, в течение 60 лет ни разу не обращался к врачу, с удовольствием отдыхал в маленьком садике около своего дома, где росли цветы. Но сам в саду не работал, говорят, что у этого превосходного экспериментатора якобы были неловкие руки, и мать не доверяла никогда ему забивать гвозди.
Семейная жизнь Томсона складывалась весьма занятно. Помышлять о женитьбе в студенческие годы не приходилось. В то время в университете Кембриджа вступать в брак разрешалось только профессорам, возглавлявшим кафедры. И к тому же там несколько лет существовал запрет на прием на учебу девушек. Поэтому большого выбора невест не было. Как ни странно, Томсон познакомился со своей будущей женой как раз в студенческие годы. Знакомство произошло почти что при трагических обстоятельствах.
Во время одного из спектаклей, которые нередко представлялись в студенческом городке, разразилась небывалая гроза, о которой английские синоптики говорят и в наши дни. Вспышки молнии зажгли деревья, другие деревья выворотил с корнями страшный ураган, стремительные потоки ливня превратились в бурную реку, уносившую в водовороты обломанные ветки, щепки, мусор и скамейки, ранее стоявшие вдоль тротуаров главной улицы. По окончании спектакля, с трудом пробираясь вдоль домов, Томсон спешил на свою квартиру, но на одной из полузатопленных скамеек заметил девочку, которая в испуге прижала к себе серого кролика и просила о помощи. Томсон вызволил малышку из водяного плена и отнес ее, по названному ей адресу, домой. Отец Розы- Элизабет (так звали девочку) оказался профессором физики, так что у них с Томсоном завязался предметный разговор. Благодарные родители стали приглашать его заходить в гости, и Томсон часто бывал в семье Педжетов, наблюдая, как растет спасенная девочка. А девочки растут быстро. Через несколько лет Роза- Элизабет стала студенткой Томсона, а потом и его невестой. 2 января 1890 года они сыграли свадьбу. Свадебный подарок, который жених сделал своей невесте, представлял собой... двухтомное сочинение «Электричество и магнетизм».
Через два года у четы Томсонов родился сын Джордж - тот самый, с «лёгкой подачи» которого первая модель атома получила название «кекс с изюмом», тот самый Джордж Паджет Томсон, который пошёл в науке по стопам отца, доказав экспериментально волновую природу электронов, за что, как и отец, получил Нобелевскую премию по физике в 1937 году.
До глубокой старости Дж.Дж. Томсон продолжал работать в своей лаборатории, радоваться успехам своих учеников. Но жизнь может кончиться только смертью. Он скончался 30 августа 1940 года и похоронен в Вестминстерском аббатстве, вблизи праха Ньютона и Резерфорда.
Источник:
- Голубь П.Д. Физики от А до Я. Библиографический справочник. - Барнаул, - Издательство БГПУ, 2002.
- Ильин В.А. История физики. Учебное пособие - М.: "Академия", 2003.
- Позойский С.В. История физики в вопросах и задачах. Учебное пособие. - Минск: "Высшая школа", 2005.
- Википедия - свободная энциклопедия
- Кругосвет. Универсальная научно-популярная онлайн-энциклопедия
|
