1897 წელს, ბრიტანელმა ფიზიკოსმა ჯოზეფ ჯონ ტომსონმა (1856-1940) აღმოაჩინა ელექტრონი მთელი რიგი ექსპერიმენტების შემდეგ, რომლებიც მიზნად ისახავდა ვაკუუმში ელექტრული გამონადენის ბუნების შესწავლას. ცნობილმა მეცნიერმა განმარტა ელექტრული დამუხტული ფირფიტებისა და მაგნიტების სხივის გადახრები, როგორც მტკიცებულება იმისა, რომ ელექტრონები ატომებზე გაცილებით მცირეა.
დიდი ფიზიკოსი და მეცნიერი ინჟინერი უნდა გამხდარიყო
ტომსონ ჯოზეფ ჯონი, დიდი მეცნიერი, ფიზიკოსი და მენტორი, ინჟინერი უნდა გამხდარიყო, როგორც მამამისი ეგონა, მაგრამ იმ დროს ოჯახს არ გააჩნდა განათლების საფასურის გადახდა. ამის ნაცვლად, ახალგაზრდა ტომსონი სწავლობდა კოლეჯში მაკესტერში, მოგვიანებით კი კემბრიჯში. 1884 წელს დაინიშნა კემბრიჯში ექსპერიმენტული ფიზიკის პროფესორის პრესტიჟულ თანამდებობაზე, თუმცა პირადად ძალიან ცოტა ექსპერიმენტულ სამუშაოს ასრულებდა. მან აღმოაჩინა ტექნიკის განვითარებისა და მასთან დაკავშირებული პრობლემების დიაგნოსტიკის ნიჭი. ტომსონ ჯოზეფ ჯონი კარგი მასწავლებელი იყო, შთააგონებდა თავის მოსწავლეებს და აძლევდადიდი ყურადღება გამახვილებულია უნივერსიტეტსა და საშუალო სკოლაში სწავლების მეცნიერების განვითარების ფართო პრობლემაზე.
ნობელის პრემიის ლაურეატი
თომსონმა მიიღო მრავალი სხვადასხვა ჯილდო, მათ შორის ნობელის პრემია ფიზიკაში 1906 წელს. მას ასევე დიდი სიამოვნებით ხედავდა, რომ მისმა ზოგიერთმა თანამოაზრემ მიიღო ნობელის პრემიები, მათ შორის რეზერფორდი ქიმიაში 1908 წელს. რიგი მეცნიერები, როგორიცაა უილიამ პროუტი და ნორმან ლოკიერი, ვარაუდობენ, რომ ატომები არ არიან სამყაროს ყველაზე პატარა ნაწილაკები და ისინი აგებულია უფრო ფუნდამენტური ერთეულებისგან.
ელექტრონის აღმოჩენა (მოკლედ)
1897 წელს ტომპსონმა გამოთქვა წინადადება, რომ ერთ-ერთი ძირითადი ერთეული ატომზე 1000-ჯერ პატარაა, ეს სუბატომური ნაწილაკი ცნობილი გახდა, როგორც ელექტრონი. მეცნიერმა ეს კათოდური სხივების თვისებებზე ჩატარებული კვლევის შედეგად აღმოაჩინა. მან შეაფასა კათოდური სხივების მასა თერმული გარდამავალი სხივების მოხვედრისას წარმოქმნილი სითბოს გაზომვით და შეადარა სხივის მაგნიტურ გადახრას. მისმა ექსპერიმენტებმა არა მხოლოდ აჩვენა, რომ კათოდური სხივები წყალბადის ატომზე 1000-ჯერ მსუბუქია, არამედ ისიც, რომ მათი მასა იგივე იყო ატომის ტიპის მიუხედავად. მეცნიერი მივიდა დასკვნამდე, რომ სხივები შედგება ძალიან მსუბუქი, უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკებისგან, რომლებიც ატომების უნივერსალური სამშენებლო მასალაა. მან ამ ნაწილაკებს "კორპუსკულები" უწოდა, მაგრამ მოგვიანებით მეცნიერებმა ამჯობინეს სახელი "ელექტრონები", შემოთავაზებული ჯორჯ ჯონსტონ სტოუნის მიერ 1891 წელს.
ტომპსონის ექსპერიმენტები
კათოდური სხივების გადახრის შედარება ელექტრულ და მაგნიტურ ველებთან, ფიზიკოსმა მიიღო ელექტრონის მუხტისა და მასის უფრო საიმედო გაზომვები. ტომსონის ექსპერიმენტი ჩატარდა სპეციალური კათოდური მილების შიგნით. 1904 წელს მან წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომ ატომის მოდელი არის დადებითი მატერიის სფერო, რომელშიც ნაწილაკების პოზიცია განისაზღვრება ელექტროსტატიკური ძალებით. ატომის ზოგადად ნეიტრალური მუხტის ასახსნელად, ტომპსონმა თქვა, რომ სხეულები განაწილებული იყო დადებითი მუხტის ერთგვაროვან ველში. ელექტრონის აღმოჩენამ შესაძლებელი გახადა იმის დაჯერება, რომ ატომი შეიძლება დაიყოს კიდევ უფრო მცირე ნაწილებად და ეს იყო პირველი ნაბიჯი ატომის დეტალური მოდელის შესაქმნელად.
აღმოჩენის ისტორია
ჯოზეფ ჯონ ტომსონი ფართოდ არის ცნობილი, როგორც ელექტრონის აღმომჩენი. თავისი კარიერის უმეტესი ნაწილის განმავლობაში პროფესორი მუშაობდა გაზების მეშვეობით ელექტროენერგიის გატარების სხვადასხვა ასპექტზე. 1897 წელს (ელექტრონის აღმოჩენის წელს) მან ექსპერიმენტულად დაამტკიცა, რომ ეგრეთ წოდებული კათოდური სხივები რეალურად უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკებია მოძრაობაში.
ბევრი საინტერესო კითხვა პირდაპირ უკავშირდება გახსნის პროცესს. ცხადია, რომ კათოდური სხივების დახასიათება ტომსონამდე იყო და რამდენიმე მეცნიერმა უკვე შეიტანა მნიშვნელოვანი წვლილი. შეგვიძლია დარწმუნებით ვთქვათ, რომ ეს იყო ტომსონი, ვინც პირველად აღმოაჩინა ელექტრონი? ბოლოს და ბოლოს, მან არ გამოიგონა ვაკუუმის მილი ან კათოდური სხივების არსებობა. ელექტრონის აღმოჩენა არის წმინდა კუმულაციური პროცესი. ყველაზე მნიშვნელოვანი წვლილი შეაქვს დაკრედიტებულ პიონერსწვლილი, მის წინაშე დაგროვილი მთელი გამოცდილების შეჯამება და სისტემატიზაცია.
ტომსონის კათოდური სხივების მილები
ელექტრონის დიდი აღმოჩენა სპეციალური აღჭურვილობითა და გარკვეულ პირობებში გაკეთდა. ტომსონმა ჩაატარა ექსპერიმენტების სერია დახვეწილი კათოდური სხივის მილის გამოყენებით, რომელიც მოიცავს ორ ფირფიტას, მათ შორის სხივები უნდა გადაადგილდებოდნენ. ხანგრძლივი დავა კათოდური სხივების ბუნებასთან დაკავშირებით, რომელიც წარმოიქმნება, როდესაც ელექტრული დენი გადის ჭურჭელში, საიდანაც ჰაერის უმეტესი ნაწილი ევაკუირებულია, შეჩერებულია.
ეს ჭურჭელი იყო კათოდური სხივის მილი. გაუმჯობესებული ვაკუუმის მეთოდის გამოყენებით ტომსონმა შეძლო დაემტკიცებინა დამაჯერებელი არგუმენტი, რომ ეს სხივები შედგებოდა ნაწილაკებისგან, მიუხედავად გაზისა და ლითონის ტიპისა, რომელიც გამოიყენებოდა გამტარად. ტომსონს სამართლიანად შეიძლება ეწოდოს ადამიანი, რომელმაც გაყო ატომ.
მეცნიერული თავშესაფარი? ეს არ ეხება ტომსონს
თავისი დროის გამოჩენილი ფიზიკოსი სულაც არ იყო მეცნიერული თავშესაფარი, როგორც ხშირად ფიქრობენ ბრწყინვალე მეცნიერებზე. ის იყო ძალიან წარმატებული კავენდიშის ლაბორატორიის ადმინისტრაციული ხელმძღვანელი. სწორედ იქ გაიცნო მეცნიერი როუზ ელიზაბეტ პეჯეტი, რომელზეც 1890 წელს დაქორწინდა.
Thomson არა მხოლოდ მართავდა უამრავ კვლევით პროექტს, მან ასევე დააფინანსა ლაბორატორიული ობიექტების განახლება უნივერსიტეტისა და კოლეჯების მცირე მხარდაჭერით. ნიჭიერი იყომასწავლებელი. ხალხი, რომელიც მან შეკრიბა 1895 წლიდან 1914 წლამდე, მთელი მსოფლიოდან ჩამოვიდა. ზოგიერთმა მათგანმა მიიღო შვიდი ნობელის პრემია მის დროს.
1910 წელს კავენდიშის ლაბორატორიაში ტომსონთან მუშაობისას ერნესტ რეზერფორდმა ჩაატარა კვლევა, რამაც გამოიწვია ატომის შიდა სტრუქტურის თანამედროვე გაგება.
ტომსონი ძალიან სერიოზულად ეკიდებოდა თავის სწავლებას: ის რეგულარულად კითხულობდა ლექციებს დილით დაწყებით კლასებში და დღის მეორე ნახევარში ასწავლიდა მეცნიერებას კურსდამთავრებულებს. მეცნიერმა მოძღვრება სასარგებლოდ მიიჩნია მკვლევარისთვის, რადგან ის მოითხოვს პერიოდულ გადახედვას ძირითადი იდეების და ამავე დროს ადგილის დატოვებას ისეთი ახლის აღმოჩენის შესაძლებლობისთვის, რასაც აქამდე არავის მიუქცევია ყურადღება. ელექტრონის აღმოჩენის ისტორია ამას ნათლად ადასტურებს. ტომპსონმა თავისი სამეცნიერო საქმიანობის უმეტესი ნაწილი მიუძღვნა იშვიათ გაზებსა და ვაკუუმ სივრცეში ელექტრული დამუხტული დენის ნაწილაკების გავლის შესწავლას. იგი დაკავებული იყო კათოდური და რენტგენის სხივების შესწავლით და დიდი წვლილი შეიტანა ატომური ფიზიკის შესწავლაში. გარდა ამისა, ტომსონმა ასევე შეიმუშავა ელექტრონის მოძრაობის თეორია მაგნიტურ და ელექტრულ ველებში.
