1897 жылы ағылшын физигі Джозеф Джон Томсон (1856-1940) вакуумдегі электр разрядының табиғатын зерттеуге бағытталған бірқатар тәжірибелерден кейін электронды ашты. Әйгілі ғалым электр заряды бар пластиналар мен магниттердің сәуленің ауытқуын электрондардың атомдардан әлдеқайда аз екендігінің дәлелі ретінде түсіндірді.
Ұлы физик және ғалым инженер болуы керек еді
Томсон Джозеф Джон, ұлы ғалым, физик және тәлімгер, әкесі ойлағандай инженер болу керек еді, бірақ ол кезде отбасында оқу ақысын төлеуге қаражат жоқ еді. Оның орнына жас Томсон Макестердегі колледжде, кейінірек Кембриджде оқыды. 1884 жылы ол Кембридждегі эксперименттік физика профессорының беделді лауазымына тағайындалды, бірақ ол жеке эксперименттік жұмыстарды өте аз жасады. Ол аппараттық құралдарды жасау және онымен байланысты мәселелерді диагностикалау қабілетін ашты. Томсон Джозеф Джон шәкірттерін шабыттандыратын және беретін жақсы мұғалім болдыуниверситет пен орта мектепте оқыту ғылымын дамытудың кең проблемасына көп көңіл бөлінді.
Нобель сыйлығының лауреаты
Томсон көптеген түрлі марапаттарға, соның ішінде 1906 жылы физика бойынша Нобель сыйлығына ие болды. Ол сондай-ақ оның кейбір серіктестерінің Нобель сыйлығын, соның ішінде 1908 жылы химия бойынша Рутерфордты алғанын көргенде қатты қуанды. Уильям Проут пен Норман Локиер сияқты бірқатар ғалымдар атомдар ғаламдағы ең кішкентай бөлшектер емес және олар анағұрлым іргелі бірліктерден жасалған деп есептеді.
Электронның ашылуы (қысқаша)
1897 жылы Томпсон негізгі бірліктердің бірі атомнан 1000 есе кіші екенін ұсынды, бұл субатомдық бөлшек электрон ретінде белгілі болды. Ғалым мұны катодтық сәулелердің қасиеттерін зерттеу арқылы ашты. Ол термиялық ауысу сәулелері түскен кезде пайда болатын жылуды өлшеу арқылы катодтық сәулелердің массасын бағалады және оны сәуленің магниттік ауытқуымен салыстырды. Оның тәжірибелері катодтық сәулелердің сутегі атомынан 1000 есе жеңіл екенін ғана емес, атомның түріне қарамастан олардың массасы бірдей болатынын көрсетеді. Ғалым сәулелер атомдардың әмбебап құрылыс материалы болып табылатын өте жеңіл, теріс зарядты бөлшектерден тұрады деген қорытындыға келді. Ол бұл бөлшектерді «корпускулалар» деп атады, бірақ кейінірек ғалымдар Джордж Джонстон Стоуни 1891 жылы ұсынған «электрондар» атауын артық көрді.
Томпсон тәжірибелері
Катод сәулелерінің ауытқуын электр және магнит өрістерімен салыстыра отырып, физик электронның заряды мен массасының сенімдірек өлшемдерін алды. Томсон тәжірибесі арнайы катодтық сәуле түтіктерінің ішінде жүргізілді. 1904 жылы ол атомның моделі бөлшектердің орны электростатикалық күштермен анықталатын оң материяның сферасы деген гипотеза жасады. Атомның жалпы бейтарап зарядын түсіндіру үшін Томпсон корпускулалар оң зарядтың біркелкі өрісінде таралған деп ұсынды. Электронның ашылуы атомды одан да кішірек бөліктерге бөлуге болатынына сенуге мүмкіндік берді және атомның егжей-тегжейлі моделін жасау жолындағы алғашқы қадам болды.
Табу тарихы
Джозеф Джон Томсон электронның ашушысы ретінде кеңінен танымал. Профессор өзінің мансабының көп бөлігінде газдар арқылы электр тогын өткізудің әртүрлі аспектілерімен жұмыс істеді. 1897 жылы (электронның ашылған жылы) ол катодтық сәулелер деп аталатындар шын мәнінде қозғалыстағы теріс зарядты бөлшектер екенін тәжірибе жүзінде дәлелдеді.
Көптеген қызықты сұрақтар ашу процесіне тікелей қатысты. Катодтық сәулелердің сипаттамасы Томсоннан бұрын болғаны анық және бірнеше ғалымдар маңызды үлес қосты. Сонда электронды алғаш ашқан Томсон болды деп сенімді түрде айта аламыз ба? Өйткені, ол вакуумдық түтікті немесе катодтық сәулелердің болуын ойлап тапқан жоқ. Электронның ашылуы таза жинақталған процесс. Несие алған пионер ең маңызды үлес қосадықосқан үлесі, оның алдында жинақталған барлық тәжірибені жинақтау және жүйелеу.
Томсон катодты сәулелік түтіктер
Электронның ұлы ашылуы арнайы жабдықпен және белгілі бір жағдайларда жасалды. Томсон екі пластинаны қамтитын күрделі катодты сәулелік түтіктің көмегімен бірқатар эксперименттер жүргізді, сәулелер олардың арасында жүруі керек еді. Ауаның көп бөлігі эвакуацияланған ыдыстан электр тогы өткенде пайда болатын катодтық сәулелердің табиғатына қатысты бұрыннан келе жатқан даулар тоқтатылды.
Бұл ыдыс катодты сәуле түтігі болды. Жақсартылған вакуум әдісін қолдана отырып, Томсон өткізгіш ретінде қолданылатын газдың түріне және металдың түріне қарамастан, бұл сәулелер бөлшектерден тұратыны туралы сенімді дәлел келтіре алды. Томсонды атомды жарған адам деп атауға болады.
Ғылыми бас тарту? Бұл Томсон туралы емес
Өз заманының көрнекті физигі тамаша ғалымдар туралы жиі елестететіндей, ешбір ғылымнан бас тартушы болған емес. Ол өте табысты Кавендиш зертханасының әкімшілік басшысы болды. Дәл сол жерде ғалым 1890 жылы үйленетін Роуз Элизабет Пегетпен кездесті.
Томсон бірқатар ғылыми жобаларды басқарып қана қоймай, университет пен колледждердің аз қолдауымен зертханалық ғимараттарды жөндеуді де қаржыландырды. Бұл талантты болдымұғалім. Оның төңірегіне 1895-1914 жылдар аралығында жиналғандар дүниенің түкпір-түкпірінен келген. Олардың кейбіреулері оның тұсында жеті Нобель сыйлығын жеңіп алды.
1910 жылы Кавендиш зертханасында Томсонмен жұмыс істеген кезде Эрнест Резерфорд атомның ішкі құрылымын қазіргі заманғы түсінуге әкелетін зерттеулер жүргізді.
Томсон өзінің ұстаздық ісіне өте байыпты қарады: ол үнемі бастауыш сыныптарда таңертең лекция оқып, түстен кейін аспиранттарға жаратылыстану пәнінен сабақ берді. Ғалым бұл ілімді зерттеуші үшін пайдалы деп санады, өйткені ол негізгі идеяларды мезгіл-мезгіл қайта қарауды және сонымен бірге бұрын ешкім назар аудармаған жаңа нәрсені ашу мүмкіндігіне орын қалдыруды талап етеді. Электронның ашылу тарихы мұны анық растайды. Томпсон өзінің ғылыми қызметінің көп бөлігін электрлік зарядталған ток бөлшектерінің сиректелген газдар мен вакуумдық кеңістік арқылы өтуін зерттеуге арнады. Ол катод пен рентген сәулелерін зерттеумен айналысып, атом физикасын зерттеуге орасан зор үлес қосты. Сонымен қатар, Томсон магниттік және электрлік өрістердегі электрон қозғалысының теориясын жасады.
