Нобелевские лауреаты: Джозеф Джон Томсон
Родился 18 декабря 1856 года, Читэм близ Манчестера, Великобритания
Умер 30 августа 1940 года, Кембридж, Великобритания
Нобелевская премия по физике 1906 года.
Формулировка Нобелевского комитета: «В признание огромного вклада в теоретические и экспериментальные исследования проводимости газов».
Наш нынешний персонаж кажется неординарным даже на фоне «обычного» нобелевского лауреата. Ну, начнем с того, что семь его «научных сыновей» тоже стали нобелиатами (до пяти премий он дожил). Как и многие его «научных внуки» (и о самом известном «научном сыне», и об одном из внуков мы писали [1], [2]). Стал нобелевским лауреатом и его родной сын, причем по поводу той же элементарной частицы, которую открыл наш герой. Догадались? Ну конечно же… Встречайте - JJ.
И это не псевдоним какого-то рэпера, здесь старая добрая Англия. «Джей-Джей» - это имя собственное, хотя и является сокращением от «сэр Джозеф Джон Томсон». Впрочем, Томсон не был по рождению дворянином, как и его самый известный ученик Резерфорд. Он родился в семье книготорговца, тоже JJ (Джозефа Джеймса) Томсона и Эммы Суиндейлс. Отец хотел, чтобы сын получил хорошее образование и стал инженером, а посему в 14 лет Джей-Джей младший отправился в Оуэнс-колледж, ныне известный как Манчестерский университет.
Два года спустя Томсона-старшего не стало. Не стало и денег, однако помогла мать и хорошая успеваемость, обеспечившая стипендию. Обучение продолжилось. В Оуэнс-колледже был великолепный курс экспериментальной физики. Однако, чтобы заниматься физикой, уже тогда было нужно хорошее знание математики. И Томсон поступает в Тринити-колледж Кембриджа, где занимается теоретической физикой и математикой. В 1880 году, в 24 года, он получает звание бакалавра и начинает работать в Кавендишской лаборатории (фактически - физфак Кембриджа).
современный вид Кавендишской лаборатории
Напомним читателям, что лаборатория получила своё название не по имени знаменитого химика Генри Кавендиша, а по имени канцлера Кембриджа Уильяма Кавендиша (Генри был 2-м лордом Кавендишем, а Уильям - 7-м), пожертвовавшего большие деньги на ее строительство.хотя, конечно, память о Генри Кавендише в ней сохранялась.
Четыре года спустя, в 1884 году, когда Томсону еще не исполнилось 28, и никаких особенных научных достижений, кроме славы хорошего физика и математика с «правильными руками», за ним не числилось, случается удивительное. В отставку ушел директор Кавендишской лаборатории Джон Уильям Стретт, третий барон Рэлей, матерый человечище, который впоследствии (в 1904 году) получит нобелевскую премию за открытие аргона и оставит свой титул в истории науки в терминах рэлеевского рассеяния и волнах Рэлея. До Стретта пост директора занимал сам Джеймс Клерк Максвелл (кстати, потративший много времени на разбор и публикацию научного архива Генри Кавендиша).
Джон Уильям Стретт
И тут на этот важный пост назначают Томсона. Удивительно! Пишут, что один американский физик, стажировавшийся в лаборатории, узнав о новом кавендишевском профессоре, бежал на родину со словами «бессмысленно работать под началом профессора, который всего на два года старше тебя», а один кембриджский воспитатель-наставник высказался жестче: «…критические времена наступают в университете, если профессорами делаются просто мальчики!». При этом выбор сделал сам уходящий в отставку Стретт. Может быть, потому, что при отсутствии пока что, как говорится, «прорывных» результатов, талант Томсона был все же очевиден? Недаром его первую печатную научную работу издали в «Трудах лондонского королевского общества», когда ему было всего 19. В любом случае, Стретт не ошибся - Томсон прекрасно руководил лабораторией более трети века, как и его предшественник получил Нобелевскую премию и сдал свой пост не менее великому ученому… Но об этом позже.
Став директором и получив большую свободу действий, Томсон начал изучать электрическую проводимость газов в трубке Крукса. Это стеклянный сосуд с двумя электродами в противоположных концах его, из которого выкачан почти весь воздух. Собственно, Уильям Крукс, создатель этого прибора, обнаружил, что при достаточном разрежении воздуха стекло на противоположном катоду конце трубки, начинает флуоресцировать желто-зеленым светом, видимо, под действием некоего излучения, которое было названо катодными лучами.
Флуоресценция в катодной трубке
сэр Уильям Крукс с катодной трубкой. Шарж 1902 года
Несколько слов нужно, конечно, сказать о самом Уильяме Круксе, создателе катодной трубки. Известнейший ученый, открывший таллий и получивший в лабораторных условиях гелий, был заядлым спиритистом. В 1874 году он, будучи 42 лет от роду, в самом расцвете научных сил, опубликовал статью, в которой заявлял, что спиритизм - это научно и явления духов происходят на самом деле. Скандал был такой, что Круксу пришлось на много лет «залечь на дно» - дождаться того, что его научный авторитет стал незыблем, как и позиции в Королевском научном обществе, дождаться рыцарского титула (1897) и в 1898 году совершить некий "каминг-аут", но в духе тех лет.
Крукс и вызываемый им дух
Крукс заявил, что он - убежденный гомосексуалист спиритуалист. Им Крукс и оставался до самой смерти в 1919 году. Так что с 1913 по 1915 год Лондонское королевское общество возглавлял по-нашему - лжеученый (но только в этом). Кстати, в 1915 году на 6 лет Крукса на этом посту сменил наш герой.
Но вернемся на три десятилетия назад, от старого Крукса к молодому Томсону. К началу его занятий с трубкой Крукса в научном мире шли серьезные споры - условно говоря, представители британской школы (и сам Крукс) считали, что катодные лучи - это поток неких частиц, а представители, условно говоря, германской, основываясь на не очень достоверных опытах Герца, считали, что они представляют собой волны эфира - некоей субстанции, пронизывающей пространство.
катодная трубка Томсона c магнитными катушками для отклонения электронов
Главной заслугой Томсона стало то, что он сумел показать: катодные лучи - это все-таки частицы (корпускулы, как называл их сам Томсон), при этом - всегда одни и те же. Томсон даже сумел померить соотношение заряда к массе частицы - ныне одну из фундаментальных констант. Так были открыты электроны, а человечество сделало первый шаг в глубины атома. Cам Томсон стал автором первой модели строения атома, которую называли "пудинг с изюмом" - в некоем размазанном положительно заряженном теле плавают или просто вкраплены "изюминки" - электроны.
атом Томсона
Полвека спустя его родной сын и ученик получит нобелевскую премию за то, что сумел показать двойственную природу электрона, открыв его волновые свойства. А намного раньше его первый ученик сделает следующий шаг в познании структуры атома и разрушит "вкусную" модель Томсона.
Еще до открытия электрона (1896−1897), в 1895 году в жизни Томсона и всей британской и мировой науки произошло еще одно важнейшее событие (нет, не Нобелевская премия - ее тогда вообще не присуждали, и заслуженную награду Томсон получит только в 1906 году; как мы понимаем, первые годы нобелевский комитет «выбирал» достойных физиков из весьма большой обоймы). В Кавендишской лаборатории появился первый докторант (research-student) Томсона, молодой новозеландец по имени Эрнест Резерфорд.
новозеландский научный журнал "Резерфорд"
Именно вместе с ним Томсон сделал главное открытие своей жизни. Письма Резерфорда невесте сохранили нам описание Томсона и его семьи. «Он очень приятен в беседе и вообще вовсе не представляет собою старомодное ископаемое. Что касается внешности, он среднего роста, темноволос и очень моложав. Весьма скверно побрит и носит довольно длинные волосы. У него худощавое продолговатое лицо, выразительное голова, от носа спускаются вниз две глубокие вертикальные складки… Он пригласил меня на ленч к себе на Скруп-Террас, где я увидел его жену - высокую шатенку с болезненным лицом, но очень приветливую и словоохотливую…».
Надо сказать, что Джи-Джи был совершенно приличным мужчиной и нормальным завлабом. Раз уж запал глаз на студентку в собственной лабе - женись. Тем более, что папа студентки - региус-профессор медицины в Кембридже. В 1890 году 28-летний Томсон и Роза Паджет сыграли свадьбу, через два года у них родился первенец - Джордж Паджет. Нобелевский лауреат 1937 года за открытие волновой природы электрона, если что.
Джордж Паджет Томсон
Кстати, если кто хочет статистики по номинациям, то вот вам:
Нобелевская премия по физике, 1906 год. 18 номинаций.
Дж.Дж. Томсон - 8 номинаций
Гэйбриел Липманн (лауреат 1908 года) - 3
Анри Пуанкаре (его номинировали целый 51 раз, но так и не дали премию) - 3
Людвиг Больцман (вот уж кто заслужил премию, но увы - в 1906 году умер) - 2
Остальные - по 1 (среди них однофамилец Томсона - Уильям Томсон (1824-1907), более известный как лорд Кельвин, тоже не успевший получить премию)
Томсон прожил долгую жизнь. Он заработал дворянство, как любил говорить Владимир Ворошилов, «своим собственным умом», он стал нобелиатом. В 1913 году он стал главой Лондонского Королевского общества, в 1919 - передал профессорство вернувшемуся в Кембридж Резерфорду. Стали нобелиатами семь его сотрудников, начиная с первого докторанта Резерфорда, которого Томсон пережил и похоронил. Он дождался нобелевской премии своего сына. Он был главой Лондонского Королевского общества, главой Тринити-Колледжа…
Когда он умер, ему было 84 года; шла Вторая мировая война, в разгаре была битва за Британию. Джей-Джей удостоился высочайшей чести быть похороненным в Вестминстерском аббатстве. Кстати, еще один интересный момент: Томсон - один из немногих нобелиатов первых лет, которых мы можем увидеть и услышать. На сайте Нобелевского комитета есть запись, сделанная в 1934 году, где Томсон рассказывает об открытии электрона. [3]
А о самом вкладе Томсона, начавшего создавать школу Кавендишской лаборатории, можно сказать словами Оливера Лоджа: «Насколько меньше знал бы мир, если б Кавендишской лаборатории не было бы на свете. Но насколько уменьшилась бы слава этой прославленной лаборатории, если бы сэр Дж. Дж. Томсон не был одним из ее директоров!».
Исследовательская группа в Кавендише. 1932. Сидят (слева направо): Рэтклифф, П. Капица, Д. Чадвик, Ладенберг, Дж. Дж. Томсон. Э. Резерфорд, Ч. Вильсон, Ф. Астон, Ч. Эллис, П. Блэккет Д. Коккрофт. Во втором ряду: четвертый слева - Маркус Олифант; четвертый справа - Норман Фезер.
[1]http://scienceblogger.livejournal.com/255158.html
[2] http://scienceblogger.livejournal.com/269042.html
[3] http://www.nobelprize.org/mediaplayer/index.php?id=322
Опубликовано: https://polymus.ru/ru/pop-science/blogs/channels/15386-nobelevskie-laureaty/17948/