1897 թվականին բրիտանացի ֆիզիկոս Ջոզեֆ Ջոն Թոմսոնը (1856-1940) հայտնաբերեց էլեկտրոնը մի շարք փորձերից հետո, որոնք ուղղված էին վակուումում էլեկտրական լիցքաթափման բնույթն ուսումնասիրելուն: Հայտնի գիտնականը մեկնաբանել է էլեկտրական լիցքավորված թիթեղների և մագնիսների ճառագայթների շեղումները որպես ապացույց, որ էլեկտրոնները շատ ավելի փոքր են, քան ատոմները։
Մեծ ֆիզիկոսն ու գիտնականը պետք է դառնար ինժեներ
Թոմսոն Ջոզեֆ Ջոնը՝ մեծ գիտնական, ֆիզիկոս և դաստիարակ, պետք է դառնար ինժեներ, ինչպես կարծում էր նրա հայրը, բայց այն ժամանակ ընտանիքը միջոցներ չուներ վճարելու կրթության համար։ Փոխարենը, երիտասարդ Թոմսոնը հաճախել է քոլեջ Macester-ում, իսկ ավելի ուշ Քեմբրիջում: 1884 թվականին նա նշանակվել է Քեմբրիջի փորձարարական ֆիզիկայի պրոֆեսորի հեղինակավոր պաշտոնում, թեև նա անձամբ շատ քիչ փորձարարական աշխատանք է կատարել։ Նա բացահայտեց իր տաղանդը՝ ապարատներ մշակելու և դրա հետ կապված խնդիրները ախտորոշելու համար: Թոմսոն Ջոզեֆ Ջոնը լավ ուսուցիչ էր, ոգեշնչում էր իր ուսանողներին և տալիս էրզգալի ուշադրություն բուհում և ավագ դպրոցում դասավանդման գիտության զարգացման լայն խնդրին։
Նոբելյան մրցանակակիր
Թոմսոնը ստացել է բազմաթիվ տարբեր մրցանակներ, այդ թվում՝ ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակը 1906 թվականին։ Նա նաև մեծ հաճույք էր ստանում իր գործընկերներից ոմանց Նոբելյան մրցանակները ստանալու համար, այդ թվում՝ Ռադերֆորդը քիմիայի բնագավառում 1908 թվականին։ Մի շարք գիտնականներ, ինչպիսիք են Ուիլյամ Պրուտը և Նորման Լոկյերը, ենթադրել են, որ ատոմները տիեզերքի ամենափոքր մասնիկները չեն, և որ դրանք կառուցված են ավելի հիմնարար միավորներից:
Էլեկտրոնի հայտնաբերում (համառոտ)
1897 թվականին Թոմփսոնը առաջարկեց, որ հիմնական միավորներից մեկը 1000 անգամ փոքր է ատոմից, այս ենթաատոմային մասնիկը հայտնի դարձավ որպես էլեկտրոն: Գիտնականը դա հայտնաբերել է կաթոդային ճառագայթների հատկությունների վերաբերյալ իր հետազոտությունների միջոցով։ Նա գնահատեց կաթոդային ճառագայթների զանգվածը՝ չափելով ջերմությունը, որն առաջանում է ջերմային անցումային ճառագայթների հարվածի ժամանակ և համեմատեց այն ճառագայթի մագնիսական շեղման հետ։ Նրա փորձերը ցույց են տալիս ոչ միայն, որ կաթոդային ճառագայթները 1000 անգամ ավելի թեթև են ջրածնի ատոմից, այլ նաև, որ դրանց զանգվածը նույնն էր՝ անկախ ատոմի տեսակից։ Գիտնականը եկել է այն եզրակացության, որ ճառագայթները կազմված են շատ թեթև, բացասաբար լիցքավորված մասնիկներից, որոնք ատոմների համար ունիվերսալ շինանյութ են։ Նա այս մասնիկները անվանեց «մարմիններ», սակայն հետագայում գիտնականները նախընտրեցին «էլեկտրոններ» անվանումը, որն առաջարկել էր Ջորջ Ջոնսթոն Սթոունին 1891 թվականին։
Թոմփսոնի փորձերը
Համեմատելով կաթոդային ճառագայթների շեղումը էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի հետ՝ ֆիզիկոսը ստացավ էլեկտրոնի լիցքի և զանգվածի ավելի հուսալի չափումներ։ Թոմսոնի փորձն իրականացվել է հատուկ կաթոդային խողովակների ներսում։ 1904 թվականին նա ենթադրեց, որ ատոմի մոդելը դրական նյութի մի գունդ է, որտեղ մասնիկների դիրքը որոշվում է էլեկտրաստատիկ ուժերով։ Ատոմի ընդհանուր չեզոք լիցքը բացատրելու համար Թոմփսոնը առաջարկեց, որ մարմինները բաշխված են դրական լիցքի միասնական դաշտում։ Էլեկտրոնի հայտնաբերումը թույլ տվեց հավատալ, որ ատոմը կարելի է բաժանել նույնիսկ ավելի փոքր մասերի, և դա առաջին քայլն էր ատոմի մանրամասն մոդելի ստեղծման ուղղությամբ։
Հայտնաբերման պատմություն
Ջոզեֆ Ջոն Թոմսոնը լայնորեն հայտնի է որպես էլեկտրոնի հայտնաբերող: Իր կարիերայի մեծ մասի ընթացքում պրոֆեսորն աշխատել է գազերի միջոցով էլեկտրական հոսանքի անցկացման տարբեր ասպեկտների վրա: 1897 թվականին (էլեկտրոնի հայտնաբերման տարում) նա փորձնականորեն ապացուցեց, որ այսպես կոչված կաթոդային ճառագայթները իրականում շարժման մեջ գտնվող բացասական լիցքավորված մասնիկներ են։
Շատ հետաքրքիր հարցեր ուղղակիորեն կապված են բացման գործընթացի հետ: Ակնհայտ է, որ կաթոդային ճառագայթների բնութագրումը նախորդել է Թոմսոնին, և մի քանի գիտնականներ արդեն իսկ կարևոր ներդրում են ունեցել: Այդ դեպքում կարո՞ղ ենք վստահորեն ասել, որ Թոմսոնն էր առաջինը, ով հայտնաբերեց էլեկտրոնը: Ի վերջո, նա չի հորինել վակուումային խողովակը կամ կաթոդային ճառագայթների առկայությունը։ Էլեկտրոնի հայտնաբերումը զուտ կուտակային գործընթաց է։ Վարկառու ռահվիրա նպաստում է ամենակարևորիններդրումը՝ ամփոփելով և համակարգելով իր առջև կուտակված ողջ փորձը։
Թոմսոնի կաթոդային ճառագայթների խողովակներ
Էլեկտրոնի մեծ հայտնագործությունը կատարվել է հատուկ սարքավորումներով և որոշակի պայմաններում։ Թոմսոնը մի շարք փորձեր է անցկացրել՝ օգտագործելով մշակված կաթոդային ճառագայթային խողովակ, որն իր մեջ ներառում է երկու թիթեղներ, որոնց միջև ճառագայթները պետք է անցնեն: Կաթոդային ճառագայթների բնույթի հետ կապված երկարատև հակասությունները, որոնք առաջանում են, երբ էլեկտրական հոսանք անցնում է նավի միջով, որտեղից օդի մեծ մասը տարհանվել է, դադարեցվել է։
Այս անոթը կաթոդային խողովակ էր: Օգտագործելով բարելավված վակուումային մեթոդ՝ Թոմսոնը կարողացավ համոզիչ փաստարկ բերել, որ այդ ճառագայթները կազմված են մասնիկներից՝ անկախ գազի տեսակից և մետաղի տեսակից, որն օգտագործվում է որպես հաղորդիչ։ Թոմսոնին իրավամբ կարելի է անվանել ատոմը պառակտող մարդ։
Գիտական մեկուսի՞ն։ Սա Թոմսոնի մասին չէ
Իր ժամանակի ականավոր ֆիզիկոսը բնավ գիտական մեկուսի չէր, ինչպես հաճախ կարելի է պատկերացնել փայլուն գիտնականների մասին: Նա շատ հաջողակ Քավենդիշ լաբորատորիայի վարչական ղեկավարն էր։ Հենց այնտեղ էլ գիտնականը հանդիպեց Ռոուզ Էլիզաբեթ Փեյջին, ում հետ նա ամուսնացավ 1890 թվականին:
Թոմսոնը ոչ միայն ղեկավարել է մի շարք հետազոտական ծրագրեր, այլև ֆինանսավորել է լաբորատոր սարքավորումների վերանորոգումը համալսարանի և քոլեջների փոքր աջակցությամբ: տաղանդավոր էրուսուցիչ. Մարդիկ, որոնք նա հավաքել էր իր շուրջը 1895-1914 թվականներին, եկել էին աշխարհի տարբեր ծայրերից։ Նրանցից ոմանք նրա օրոք արժանացել են յոթ Նոբելյան մրցանակների:
1910 թվականին Քավենդիշ լաբորատորիայում Թոմսոնի հետ աշխատելիս Էռնեստ Ռադերֆորդը հետազոտություն կատարեց, որը հանգեցրեց ատոմի ներքին կառուցվածքի ժամանակակից ըմբռնմանը:
Թոմսոնը շատ լուրջ էր վերաբերվում իր ուսուցմանը. նա պարբերաբար դասախոսություններ էր կարդում տարրական դասարաններում առավոտյան, իսկ ցերեկը գիտություն էր դասավանդում ասպիրանտներին: Գիտնականը ուսմունքն օգտակար է համարել հետազոտողի համար, քանի որ այն պահանջում է պարբերաբար վերանայել հիմնական գաղափարները և միևնույն ժամանակ տեղ թողնել նոր բան հայտնաբերելու հնարավորության համար, ինչին մինչ այդ ոչ ոք ուշադրություն չի դարձրել։ Էլեկտրոնի հայտնաբերման պատմությունը հստակորեն հաստատում է դա։ Թոմփսոնն իր գիտական գործունեության մեծ մասը նվիրել է հազվագյուտ գազերի և վակուումային տարածության միջոցով էլեկտրական լիցքավորված հոսանքի մասնիկների անցման ուսումնասիրությանը։ Զբաղվել է կաթոդի և ռենտգենյան ճառագայթների ուսումնասիրությամբ և հսկայական ներդրում է ունեցել ատոմային ֆիզիկայի ուսումնասիրության մեջ։ Բացի այդ, Թոմսոնը նաև մշակել է էլեկտրոնների շարժման տեսությունը մագնիսական և էլեկտրական դաշտերում։
