Джозеф Джон Томсон (1856 ― 1940) ― английский физик. Родился в пригороде Манчестера Чэтем Хилле в семье продавца книг.

Учёба

Отец хотел, чтобы он стал инженером, и, когда мальчику исполнилось четырнадцать лет, его отдали учиться в колледж Оуэна (впоследствии Манчестерский университет). После окончания колледжа Томсон поступил в Кембриджский университет, который окончил в 1880 году. После окончания университета в основном занимался математикой.

Научная работа

Первая физическая лаборатория была открыта в Кембридже в 1874 г. Её руководителем стал Джеймс Клерк Максвелл, а после его смерти ― лорд Рэлей, вышедший в отставку в 1884 году. Достаточно неожиданно для многих Томсон, двадцативосьмилетний математик, только начинавший экспериментальные исследования, был избран кавендишским профессором и директором лаборатории.

Внимание физиков того времени было сосредоточено вокруг проблем электричества и магнетизма. Томсон начал с исследования токов в разреженных газах, пытаясь обнаружить электрический заряд. Эксперименты показали, что проводимость газов увеличивается под воздействием рентгеновских лучей.

Исследуя рассеяние рентгеновских лучей, Томсон получил формулу, носящую его имя и описывающую рассеяние электромагнитных волн на свободных электронах. Эта формула и поныне играет важную роль в физике элементарных частиц и в классической электронной теории металлов.

Хорошие результаты были получены им при исследовании катодных лучей, т. е. потоков, исходящих из катодов разрядных трубок. Физическая природа их была неизвестна. Немецкие физики считали, что это ― волны, подобные рентгеновским лучам, английские учёные видели в них поток частиц. В 1894 году Томсон измерил их скорость, которая оказалась в 2000 раз меньше световой, что явилось убедительным доводом в пользу корпускулярной гипотезы. Через год французский экспериментатор Жан Перрен выяснил знак электрического заряда катодных лучей: попадая на металлический цилиндр, они заряжали его отрицательно.

Частицы, которые входили в состав катодных лучей, были вскоре названы электронами. Оставалось определить массу частиц. В 1897 году Томсон решил эту проблему, предварительно рассчитав, что траектория отрицательно заряженной частицы во взаимно перпендикулярных электрическом и магнитном полях зависит от отношения заряда к массе. Результаты эксперимента показали, что масса частиц почти в 2000 раз меньше, чем у самых легких ионов ― ионов водорода. Поскольку атом водорода нейтрален, то очевидно, что он состоит из равных порций отрицательного и положительного зарядов.

В 1903 году Томсон предложил модель устройства атома водорода. По этой модели атом выступал в виде положительно заряженной «капли», внутри которой «плавали» отрицательно заряженные маленькие шарики ― электроны. Под действием кулоновских сил они располагались вблизи центра атома в виде цепочек определённых конфигураций, обуславливающих периодичность химических элементов. Если какой-то толчок отклонял электроны от положений равновесия, начинались колебания, и кулоновские силы стремились восстановить исходное равновесие. Колеблющиеся электроны излучают волны, таким образом, можно было объяснить спектры атомов. Однако впоследствии эта модель атома была отвергнута, так как атом Томсона был неустойчив, а известно, что одним из основных свойств атома является устойчивость. Кроме этого опыты Резерфорда показали, что положительный заряд расположен в атоме в очень маленьком объёме.

Важна была также роль Томсона в открытии фотоэффекта и термоэлектронной эмиссии. Идея использования скрещённых полей для измерения отношений зарядов частиц к их массам положена в основу масс-спектрометра, прибора, позволяющего определить отношение заряда к массе частицы. Используя этот прибор, были найдены изотопы, существование которых предсказал Томсон.

Томсон был одним из ярчайших физиков-классиков. Он весьма скептически отнёсся к появлению теории относительности и квантовой механики, для рождения которой, кстати, сам немало сделал. Но Томсон до конца дней сохранял веру в существование механического эфира, несмотря на успехи релятивистской теории, которую он воспринимал лишь как математические игры. Томсон не признавал существования волновых свойств у частиц. И только после того, как его сын Джордж Паджет Томсон на опыте обнаружил волновые свойства у электронов (за что в 1937 году был удостоен Нобелевской премии), ему пришлось изменить свои взгляды.

Организаторская работа и научное признание

С 1884 по 1919 год Томсон являлся профессором Кембриджского университета и директором Кавендишской лаборатории. С 1905 по 1918 год он был также профессором Королевского института. С 1918 года ― директор Тринити колледжа (колледж Святой Троицы) в Кембридже.

За годы научных исследований и преподавания Томсоном была создана большая международная школа физиков. Его эксперименты были блестящи, а объяснения сложных физических процессов предельно ясны. Это сохранилось в памяти многих его учеников.

В 1884 году Томсон был избран членом Лондонского королевского общества, а с 1916 по 1921 год являлся его президентом.

В 1906 году за открытие электрона Томсону была присуждена Нобелевская премия по физике.

Томсон являлся членом многих иностранных академий, в частности был иностранным член-корреспондентом Петербургской академии наук (1913 г.) и иностранным почётным членом Академии наук СССР (1925 г.).

Умер Дж.Дж. Томсон 30 августа 1940 года в Кембридже, похоронен в Вестминстерском аббатстве.