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トムソン・ジョセフ・ジョン。 科学者の伝記
英国の物理学者ジョセフ・トムソンは、電子を発見した人物として科学の歴史に登場しました。 かつて彼は次のように述べています。 ジョセフジョントムソンは18年1856月1876日にマンチェスターで生まれました。 ここでは、マンチェスターでオーエンスカレッジを卒業し、1880年から1880年にケンブリッジ大学の有名なトリニティカレッジ（トリニティカレッジ）で学びました。 XNUMX年XNUMX月、トムソンは最終試験に合格し、キャベンディッシュ研究所で働き始めました。 1880 年に出版された彼の最初の論文は、光の電磁理論に専念していました。 翌年、XNUMX つの論文が発表され、そのうちの XNUMX つが電磁質量理論の基礎を築きました。 記事のタイトルは「電化体の運動によって生じる電気的および磁気的効果について」です。 この記事は、「荷電体の外側のエーテルは、すべての質量、運動量、およびエネルギーのキャリアである」という考えを表現しています。 速度が上がると、フィールドの性質が変化します。これにより、このすべての「フィールド」質量が増加し、常にエネルギーに比例したままになります。 トムソンは、最高の意味での実験物理学に夢中になっていた。 彼の仕事に飽き飽きしていた彼は、自分で目標を達成することに慣れていたので、邪悪な言葉が権威を完全に無視していると語った。 彼は、本や既成の理論に目を向けるのではなく、自分にはなじみのない科学的な性質の質問を独自に考えることを好んだと言われていました。 しかし、これは明らかに誇張です... トムソンの科学的業績は、キャベンディッシュ研究所所長のレイリーから高く評価されました。 1884年に取締役を辞任した後、トムソンを後継者として推薦することを躊躇しませんでした。 ジョセフ自身にとって、彼の任命は驚きでした。 キャベンディッシュ研究所の研修生だったアメリカの物理学者の一人がこの任命を知ったとき、彼はすぐに荷物をまとめたことが知られています。 「あなたよりわずかXNUMX歳年上の教授の下で働くのは意味がありません...」-彼は家に帰って言った。 さて、彼は彼の急いで後悔するために彼の前に十分な時間を持っていました。 研究所の元所長がそのような選択をしたのには十分な理由がありました。 トムソンをよく知っている人は皆、彼の不変の慈悲と快適なコミュニケーション方法が原則と組み合わされていることを満場一致で指摘しました。 後で、生徒たちは、上司がマクスウェルの言葉を繰り返すのが好きだったことを思い出しました。マクスウェルは、自分が思いついた実験を人に思いとどまらせてはいけません。 探しているものが見つからなくても、別の何かを発見し、XNUMX 回以上の議論から利益を得ることができます。 そのため、この人には、自分の判断の独立性や、学生、従業員、同僚の意見への深い敬意など、さまざまな特性が共存していました。 そしておそらく、キャベンディッシュの頭としての彼の成功を確実にしたのはこれらの資質でした。 トムソンは、出版された作品、物質界の統一への信念、そして将来の多くの計画をもって新しいポストにやって来ました。 そして彼の初期の成功は、キャベンディッシュ研究所の信頼性に貢献しました。 すぐに、さまざまな国からの若者のグループがここに集まりました。 それらのすべては熱意で等しく燃え、科学のためにどんな犠牲の準備もできていました。 世界の権威を先頭に、共通の目標と方法で団結した真の科学チームである学校が設立されました。 1884年から1919年にかけて、ラザフォードが研究所の所長として彼の後任になったとき、トムソンはキャベンディッシュ研究所を指揮しました。 この間、それは世界物理学の主要な中心地、物理学者のインターナショナルスクールになりました。 ラザフォード、ボーア、ランゲビン、そしてロシアの科学者を含む他の多くの人々がここで科学の旅を始めました。 トムソンは彼の人生の終わりに彼の回想録の本を完成させて、彼の元博士課程の学生の中に王立学会の27人のメンバー、80カ国で首尾よく働いているXNUMX人の教授をリストします。 結果は本当に素晴らしいです。 トムソンの研究プログラムは広範でした。ガスを通る電流の通過の問題、金属の電子理論、さまざまな種類の光線の性質の研究... トムソンは陰極線の研究を始め、まず、電界による光線の偏向を達成した前任者が十分な注意を払って実験を行ったかどうかを確認することにしました。 彼は繰り返しの実験を考え、そのための特別な装置を設計し、注文の実行の正確さを自分で監視し、期待される結果は明らかです。 トムソンによって設計された管では、陰極線は正に帯電したプレートに素直に引き付けられ、負のプレートからはっきりと反発しました。つまり、負の電気で帯電した動きの速い小さな粒子の流れとして動作しました。 素晴らしい結果です！ もちろん、彼は陰極線の性質に関するすべての論争に終止符を打つことができましたが、トムソンは彼の研究が完了したとは考えていませんでした。 光線の性質を定性的に決定した後、彼はそれらを構成する小体の正確な定量的定義を与えたいと思いました。 最初の成功に触発されて、彼は新しいチューブを設計しました。それは陰極で、リングとプレートの形をした電極を加速し、そこに偏向電圧を加えることができました。 陰極の反対側の壁に、彼は入射粒子の衝撃で光る物質の薄い層を堆積させました。 それは、テレビやレーダーの時代にはおなじみのブラウン管の祖先であることが判明しました。 トムソンの実験の目的は、電場で粒子の束を偏向させ、磁場でこの偏向を補償することでした。 実験の結果として彼が得た結論は驚くべきものでした。 まず、粒子は光速に近い非常に速い速度で管内を飛ぶことが判明しました。 そして第二に、粒子の単位質量あたりの電荷は素晴らしく大きかった。 これらはどのような種類の粒子でしたか：巨大な電荷を運ぶ未知の原子、またはごくわずかな質量であるが電荷が小さい小さな粒子ですか？ さらに、彼は、単位質量に対する特定の電荷の比率が、粒子速度、カソード材料、または放電が発生するガスの性質に関係なく、一定の値であることを発見しました。 そのような独立は憂慮すべきものでした。 小体はある種の普遍的な物質の粒子、原子の構成要素だったようです... これを考えただけで、前世紀の研究者は不安になったはずです。 結局のところ、「原子」という言葉自体が「分割できない」という意味でした。 デモクリトスの時代から何千年もの間、原子は分割可能な限界の象徴、物質の離散性の象徴でした。 そして突然...突然、コンポーネントもあることがわかりましたか？ 混乱する何かがあったことに同意します。 確かに、冒涜の恐怖は、大発見への期待の喜びと大部分が混ざり合っていました... トムソンは仕事に取り掛かった。 まず、不思議な小体のパラメータを決定する必要があり、それから、おそらく、それらが何であるかを決定することが可能になるでしょう。 科学者の細い筆跡は、無限の数字で紙を覆っています。 そして、これが計算の最初の結果です。疑いの余地はありません。未知の粒子は、最小の電荷、分割できない電気の原子、または電子に他なりません。 それらは理論的に知られており、名前も付けられていましたが、彼だけが発見し、最終的にそれらの存在を実験的に確認しました. そして彼はそれを実行しました - 頑固な英国の実験物理学者、ジョセフ・ジョン・トムソン教授、彼の学生や同僚は彼の後ろで単に GJ と呼んでいました。 29 年 1897 月 XNUMX 日、ロンドン王立協会の会議が XNUMX 年以上にわたって開催されていた部屋で、彼の報告が予定されていました。 出席者のほとんどは、この問題の歴史をよく知っています。 多くの人が陰極線の性質の問題を解決しようとしました。 話者の名前は興味深いメッセージを約束した。 そして表彰台に立つトムソン。 彼は背が高く、痩せていて、金属縁のメガネをかけています。 彼は自信を持って大声で話します。 スピーカーのアシスタントは、出席者のすぐ前で、実証実験の準備をしています。 確かに、背の高い眼鏡をかけた紳士が話していたことはすべて起こりました。 管内の陰極線は素直に偏向し、磁場と電場を引き付けました。 さらに、それらが最小の負に帯電した粒子で構成されていると仮定すると、それらは本来あるべきように正確に偏向され、引き付けられました... リスナーは喜んでいました。 彼らは拍手で繰り返し報告を中断した。 決勝はすべての期待を上回りました。 この古代のホールは、おそらく、そのような勝利を見たことがありません。 王立学会の名誉あるメンバーが席から飛び上がり、デモテーブルに急いで行き、混雑し、腕を振って、叫びました... 同僚のJ.J.トムソンが陰極線の本質を説得力を持って明らかにしたという事実のために、出席者の喜びはまったくありませんでした。 問題はもっと深刻だった。 物質の最初の構成要素である原子は、基本的な丸い粒子ではなくなり、内部構造のない不可侵で不可分な粒子です...負に帯電した粒子がそれらから飛び出すことができれば、原子は何かからなるある種の複雑なシステムであったに違いありません。正に帯電した電気と負に帯電した粒子-電子から。 最小の電荷の大きさを示すためにかつてストーニーによって提案された「電子」という名前は、分割できない「電気の原子」の名前になりました。 これで、将来の検索で最も必要な方向が明らかになりました。 まず第一に、もちろん、XNUMXつの電子の電荷と質量を正確に決定する必要がありました。これにより、すべての元素の原子の質量を明確にし、分子の質量を計算し、反応の正しい準備のための推奨事項を与えることができます。 ...何と言えば、空気のように電子の電荷の正確な値を知る必要があったため、多くの物理学者はすぐに実験を行ってそれを決定しました。 1904 年、トムソンは新しい原子モデルを発表しました。 それは正の電気を一様に帯びた球体でもあり、その中で負の電荷を帯びた粒子が回転し、その数と配置は原子の性質に依存していました。 その科学者は、球の内部で小体が安定して配置されているという一般的な問題を解決できず、小体が球の中心を通る同じ平面にあるという特定のケースに落ち着きました。 各リングでは、小体はかなり複雑な動きをしており、仮説の著者はそれをスペクトルに関連付けました。 また、殻の輪に沿った小体の分布は、周期表の垂直列に対応していました。 彼らは、ジャーナリストがGJに、彼が「彼の原子」の構造をどのように示唆しているかを明確に説明するように頼んだと言います。 「ああ、それは非常に簡単です」と教授は冷静に答えました。 そのため、トムソン原子は科学の歴史に入りました - 負の「レーズン」を詰めた正に帯電した「プディング」 - 電子。 トムソン自身は、「レーズン プディング」構造の複雑さを十分に認識していました。 科学者は、原子内の電子の分布の性質が元素の周期系での位置を決定するという結論に非常に近づきましたが、近づくだけでした. 最終的な結論はまだ来ていませんでした。 彼が提案したモデルの多くは、依然として説明のつかないものでした。 たとえば、原子の正に帯電した質量とは何か、さまざまな元素の原子に含まれる電子の数は誰も理解していませんでした。 トムソンは物理学者に電子を制御する方法を教えました。これが彼の主な功績です。 トムソン法の開発は、電子光学、真空管、および最新の粒子加速器の基礎を形成します。 トムソンは 1906 年にガス中の電気の通過の研究でノーベル物理学賞を受賞しました。 トムソンは、正に帯電した粒子を研究する方法も開発しました。 1913 年に出版された彼のモノグラフ Rays of Positive Electricity は、質量分析の始まりを示しました。 トムソンの技術を発展させた彼の学生であるアストンは、最初の質量分析計を構築し、同位体の分析と分離の方法を開発しました。 トムソンの研究室では、素電荷の最初の測定は、電界内の荷電雲の動きを観察することから始まりました。 この方法は、Millikan によってさらに改良され、現在では古典的な電子電荷の測定につながっています。 1911年にトムソンの学生で共同研究者のウィルソンによって建てられた有名な霧箱は、キャベンディッシュ研究所でその生活を始めました。 このように、原子物理学と核物理学の形成と発展におけるトムソンと彼の学生の役割は非常に大きい. しかし、トムソンは人生の終わりまでエーテルの支持者であり続け、エーテルの動きのモデルを開発しました。その結果、彼の意見では、観察された現象でした。 このように、彼は磁場中のカソードビームの偏向をジャイロスコープの歳差運動として解釈し、電場と磁場の組み合わせに回転モーメントを与えました。 トムソンは 30 年 1940 月 XNUMX 日、ナチスによる侵略の脅威にさらされたイギリスにとって困難な時期に亡くなりました。 著者: サミン D.K.
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