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BIOGRAFIEN GROSSER WISSENSCHAFTLER
Thomson Joseph John. Biographie des Wissenschaftlers
Verzeichnis / Biografien großer Wissenschaftler
Der englische Physiker Joseph Thomson ging als Entdecker des Elektrons in die Wissenschaftsgeschichte ein. Er sagte einmal: „Entdeckungen verdanken sich der Schärfe und Beobachtungsgabe, der Intuition, dem unerschütterlichen Enthusiasmus bis zur endgültigen Auflösung aller Widersprüche, die mit der Pionierarbeit einhergehen.“ Joseph John Thomson wurde am 18. Dezember 1856 in Manchester geboren. Hier, in Manchester, absolvierte er das Owens College und studierte 1876-1880 an der University of Cambridge am berühmten Trinity College (Trinity College). Im Januar 1880 bestand Thomson erfolgreich die Abschlussprüfungen und begann am Cavendish Laboratory zu arbeiten. Sein erster Artikel, der 1880 veröffentlicht wurde, war der elektromagnetischen Theorie des Lichts gewidmet. Im folgenden Jahr erschienen zwei Arbeiten, von denen eine den Grundstein für die elektromagnetische Massentheorie legte. Der Artikel hieß „Über die elektrischen und magnetischen Wirkungen, die durch die Bewegung elektrifizierter Körper hervorgerufen werden“. Dieser Artikel drückt die Idee aus, dass "der Äther außerhalb eines geladenen Körpers der Träger aller Masse, Impuls und Energie ist". Mit zunehmender Geschwindigkeit ändert sich die Art des Feldes, wodurch die Masse dieses "Feldes" zunimmt und die ganze Zeit proportional zur Energie bleibt. Thomson war im besten Sinne des Wortes von Experimentalphysik besessen. Unermüdlich in seiner Arbeit, war er es so gewohnt, sein Ziel allein zu erreichen, dass böse Zungen von seiner völligen Missachtung von Autoritäten sprachen. Anstatt sich Büchern und vorgefertigten Theorien zuzuwenden, ziehe er es vor, ihm unbekannte Fragen wissenschaftlicher Natur selbstständig zu durchdenken, hieß es. Das ist aber eindeutig übertrieben... Thomsons wissenschaftliche Errungenschaften wurden von Rayleigh, dem Direktor des Cavendish Laboratory, sehr geschätzt. Als er 1884 als Direktor ausschied, zögerte er nicht, Thomson als seinen Nachfolger vorzuschlagen. Für Joseph selbst war seine Ernennung eine Überraschung. Es ist bekannt, dass einer der amerikanischen Physiker, der Praktikant am Cavendish Laboratory war, sofort seine Sachen zusammenpackte, als er von dieser Ernennung erfuhr. "Es ist sinnlos, unter einem Professor zu arbeiten, der nur zwei Jahre älter ist als Sie ..." - sagte er und segelte nach Hause. Nun, er hatte viel Zeit vor sich, um seine Eile zu bereuen. Der alte Leiter des Labors hatte gute Gründe für eine solche Wahl. Alle, die Thomson näher kannten, bemerkten einstimmig seine unermüdliche Güte und angenehme Art der Kommunikation, verbunden mit Grundsätzen. Später erinnerten sich die Studenten daran, dass ihr Betreuer gerne Maxwells Worte wiederholte, dass man niemanden davon abhalten sollte, ein von ihm konzipiertes Experiment durchzuführen. Auch wenn er nicht findet, wonach er sucht, entdeckt er vielleicht etwas anderes und profitiert mehr als von tausend Gesprächen. So koexistierten in dieser Person verschiedene Eigenschaften, wie die Unabhängigkeit des eigenen Urteils und tiefer Respekt vor der Meinung eines Schülers, Angestellten oder Kollegen. Und vielleicht waren es diese Qualitäten, die seinen Erfolg als Leiter der Cavendish sicherten. Thomson kam mit veröffentlichten Arbeiten, der Überzeugung von der Einheit der materiellen Welt und vielen Plänen für die Zukunft auf den neuen Posten. Und seine frühen Erfolge trugen zur Glaubwürdigkeit des Cavendish Laboratory bei. Bald versammelte sich hier eine Gruppe junger Leute aus verschiedenen Ländern. Alle brannten gleichermaßen vor Begeisterung und waren für die Wissenschaft zu jedem Opfer bereit. Eine Schule wurde gebildet, ein echtes wissenschaftliches Team von Menschen, die durch ein gemeinsames Ziel und gemeinsame Methoden vereint waren, mit Weltautorität an der Spitze. Von 1884 bis 1919, als Rutherford seine Nachfolge als Direktor des Labors antrat, leitete Thomson das Cavendish-Labor. Während dieser Zeit hat es sich zu einem wichtigen Zentrum der Weltphysik, einer internationalen Schule für Physiker, entwickelt. Rutherford, Bohr, Langevin und viele andere, darunter auch russische Wissenschaftler, begannen hier ihre wissenschaftliche Reise. Thomson vervollständigt das Buch seiner Memoiren am Ende seines Lebens und listet unter seinen ehemaligen Doktoranden 27 Mitglieder der Royal Society auf, 80 Professoren, die in dreizehn Ländern erfolgreich tätig sind. Das Ergebnis ist wirklich brillant. Thomsons Forschungsprogramm war breit gefächert: Fragen des Durchgangs von elektrischem Strom durch Gase, die elektronische Theorie der Metalle, das Studium der Natur verschiedener Arten von Strahlen ... Thomson nahm das Studium der Kathodenstrahlen auf und beschloss zunächst zu überprüfen, ob seine Vorgänger, denen die Ablenkung von Strahlen durch elektrische Felder gelungen war, die Experimente mit ausreichender Sorgfalt durchgeführt hatten. Er konzipiert ein wiederholtes Experiment, entwirft spezielle Geräte dafür, überwacht selbst die Genauigkeit der Ausführung des Befehls, und das erwartete Ergebnis ist offensichtlich. In der von Thomson entworfenen Röhre wurden die Kathodenstrahlen gehorsam von der positiv geladenen Platte angezogen und von der negativen klar abgestoßen, das heißt, sie verhielten sich wie ein Strom sich schnell bewegender winziger Teilchen, die mit negativer Elektrizität geladen waren. Hervorragendes Ergebnis! Er könnte natürlich allen Streitigkeiten über die Natur der Kathodenstrahlen ein Ende setzen, aber Thomson betrachtete seine Forschung nicht als abgeschlossen. Nachdem er die Natur der Strahlen qualitativ bestimmt hatte, wollte er eine genaue quantitative Definition der Teilchen geben, aus denen sie bestehen. Angeregt durch den ersten Erfolg konstruierte er eine neue Röhre: eine Kathode, Beschleunigungselektroden in Form von Ringen und Platten, an die eine ablenkende Spannung angelegt werden konnte. Auf der der Kathode gegenüberliegenden Wand lagerte er eine dünne Schicht einer Substanz ab, die unter dem Aufprall einfallender Teilchen glühen kann. Es stellte sich heraus, dass es der Vorfahre der Kathodenstrahlröhren war, die uns im Zeitalter von Fernsehern und Radar so vertraut waren. Der Zweck von Thomsons Experiment bestand darin, ein Bündel von Teilchen mit einem elektrischen Feld abzulenken und diese Ablenkung mit einem magnetischen Feld zu kompensieren. Die Schlussfolgerungen, zu denen er als Ergebnis des Experiments kam, waren erstaunlich. Zunächst stellte sich heraus, dass die Teilchen in der Röhre mit enormen Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit fliegen. Und zweitens war die elektrische Ladung pro Teilchenmasse phantastisch groß. Was waren das für Teilchen: unbekannte Atome, die riesige elektrische Ladungen tragen, oder winzige Teilchen mit vernachlässigbarer Masse, aber geringerer Ladung? Außerdem entdeckte er, dass das Verhältnis von spezifischer Ladung zu Einheitsmasse ein konstanter Wert ist, unabhängig von der Teilchengeschwindigkeit oder dem Kathodenmaterial oder der Art des Gases, in dem die Entladung auftritt. Diese Unabhängigkeit war alarmierend. Es scheint, dass Korpuskeln eine Art universelle Materieteilchen waren, Bestandteile von Atomen ... Bei dem bloßen Gedanken daran hätte ein Forscher des letzten Jahrhunderts unruhig werden müssen. Schließlich bedeutete schon das Wort „Atom“ „unteilbar“. Seit Demokrit sind Atome seit Jahrtausenden Symbole der Grenze der Teilbarkeit, Symbole der Diskretion der Materie. Und plötzlich ... Plötzlich stellt sich heraus, dass sie auch Komponenten haben? Stimmen Sie zu, dass es etwas gab, um sich verwirrt zu fühlen. Zwar mischte sich der Schrecken des Sakrilegs zu einem großen Teil mit der Vorfreude auf die große Entdeckung ... Thomson machte sich an die Arbeit. Zunächst mussten die Parameter der mysteriösen Teilchen bestimmt werden, und dann könnte man vielleicht entscheiden, was sie waren. Die dünne Handschrift des Wissenschaftlers bedeckt Papierbögen mit endlosen Ziffern. Und hier sind sie, die ersten Ergebnisse der Berechnungen: Unbestritten sind unbekannte Teilchen nichts anderes als kleinste elektrische Ladungen, unteilbare Elektrizitätsatome oder Elektronen. Sie waren theoretisch bekannt und erhielten sogar einen Namen, aber nur ihm gelang es, ihre Existenz experimentell zu entdecken und damit endgültig zu bestätigen. Und er tat es – der eigensinnige englische Experimentalphysiker Professor Joseph John Thomson, den seine Studenten und Kollegen hinter seinem Rücken einfach GJ nannten. Am 29. April 1897 wurde in dem Raum, in dem seit mehr als zweihundert Jahren Versammlungen der Royal Society of London stattfanden, sein Bericht angesetzt. Die meisten der Anwesenden sind sich der Geschichte des Problems bewusst. Viele haben selbst versucht, die Probleme der Natur von Kathodenstrahlen zu lösen. Der Name des Redners versprach eine interessante Botschaft. Und hier ist Thomson auf dem Podium. Er ist groß, dünn und trägt eine Metallbrille. Er spricht selbstbewusst und laut. Die Assistenten des Sprechers bereiten unmittelbar vor den Anwesenden einen Demonstrationsexperiment vor. Tatsächlich passierte alles, worüber der große bebrillte Herr sprach. Die Kathodenstrahlen in der Röhre lenkten gehorsam ab und zogen magnetische und elektrische Felder an. Außerdem wurden sie genau so abgelenkt und angezogen, wie es sein sollte, wenn wir davon ausgehen, dass sie aus kleinsten negativ geladenen Teilchen bestanden ... Die Zuhörer waren begeistert. Immer wieder unterbrachen sie den Bericht mit Applaus. Das Finale übertraf alle Erwartungen. Diese alte Halle hat vielleicht noch nie einen solchen Triumph erlebt. Ehrenwerte Mitglieder der Royal Society sprangen von ihren Sitzen auf, eilten zum Demonstrationstisch, drängten sich, winkten mit den Armen und riefen ... Die Freude der Anwesenden lag keineswegs daran, dass der Kollege J. J. Thomson so überzeugend die wahre Natur der Kathodenstrahlen aufgedeckt hatte. Die Sache war viel ernster. Atome, die ersten Bausteine der Materie, waren keine elementaren runden Körner mehr, undurchdringliche und unteilbare Teilchen ohne innere Struktur ... Wenn negativ geladene Teilchen aus ihnen herausfliegen konnten, dann müssen Atome eine Art komplexes System gewesen sein, das aus etwas besteht geladene positive Elektrizität und von negativ geladenen Teilchen - Elektronen. Der Name „Elektron“, der einst von Stoney vorgeschlagen wurde, um die Größe der kleinsten elektrischen Ladung zu bezeichnen, wurde zum Namen des unteilbaren „Elektrizitätsatoms“. Jetzt sind die wichtigsten Richtungen zukünftiger Suchen sichtbar geworden. Zunächst war es natürlich notwendig, die Ladung und Masse eines Elektrons genau zu bestimmen, um die Massen der Atome aller Elemente zu klären, die Massen der Moleküle zu berechnen und Empfehlungen für die richtige Vorbereitung von Reaktionen zu geben ... Was soll ich sagen, die Kenntnis des genauen Werts der Ladung eines Elektrons war wie Luft notwendig, und deshalb begannen viele Physiker sofort mit Experimenten, um ihn zu bestimmen. 1904 veröffentlichte Thomson sein neues Atommodell. Es war auch eine gleichmäßig mit positiver Elektrizität geladene Kugel, in deren Inneren sich negativ geladene Teilchen drehten, deren Anzahl und Anordnung von der Natur des Atoms abhing. Dem Wissenschaftler gelang es nicht, das allgemeine Problem einer stabilen Anordnung von Korpuskeln innerhalb der Kugel zu lösen, und er entschied sich für einen besonderen Fall, bei dem die Korpuskeln in derselben Ebene liegen, die durch das Zentrum der Kugel verläuft. In jedem Ring machten die Teilchen ziemlich komplexe Bewegungen, die der Autor der Hypothese mit den Spektren in Verbindung brachte. Und die Verteilung der Körperchen entlang der Muschelringe entsprach den vertikalen Spalten des Periodensystems. Sie sagen, dass Journalisten GJ einmal gebeten haben, klar zu erklären, wie er die Struktur "seines Atoms" vorschlägt. „Oh, es ist ganz einfach“, antwortete der Professor ruhig, „höchstwahrscheinlich ist es so etwas wie ein Pudding mit Rosinen … So ging das Thomson-Atom in die Wissenschaftsgeschichte ein - ein positiv geladener "Pudding", der mit negativen "Rosinen" - Elektronen - gefüllt war. Thomson selbst war sich der Komplexität der „Rosinenpudding“-Struktur wohl bewusst. Der Wissenschaftler kam dem Schluss, dass die Art der Elektronenverteilung in einem Atom seinen Platz im Periodensystem der Elemente bestimmt, sehr nahe, kam aber nur auf. Das endgültige Fazit stand noch aus. Ein Großteil des von ihm vorgeschlagenen Modells war noch unerklärlich. Niemand verstand zum Beispiel, was die positiv geladene Masse eines Atoms war und wie viele Elektronen in den Atomen verschiedener Elemente enthalten sein sollten. Thomson brachte Physikern bei, wie man Elektronen kontrolliert, und das ist sein Hauptverdienst. Die Entwicklung des Thomson-Verfahrens bildet die Grundlage für Elektronenoptik, Vakuumröhren und moderne Teilchenbeschleuniger. Thomson erhielt 1906 den Nobelpreis für Physik für seine Untersuchung des Durchgangs von Elektrizität durch Gase. Thomson entwickelte auch Methoden zur Untersuchung positiv geladener Teilchen. Seine 1913 veröffentlichte Monographie Strahlen positiver Elektrizität markiert den Beginn der Massenspektroskopie. Sein Student Aston entwickelte Thomsons Technik, baute das erste Massenspektrometer und entwickelte eine Methode zur Analyse und Trennung von Isotopen. Thomsons Labor begann mit den ersten Messungen der Elementarladung aus der Beobachtung der Bewegung einer geladenen Wolke in einem elektrischen Feld. Diese Methode wurde von Millikan weiter verbessert und führte zu seinen heute klassischen Messungen der Elektronenladung. Die berühmte Nebelkammer, die 1911 von Thomsons Schüler und Mitarbeiter Wilson gebaut wurde, begann ihr Leben im Cavendish-Labor. Daher ist die Rolle von Thomson und seinen Studenten bei der Entstehung und Entwicklung der Atom- und Kernphysik sehr groß. Aber Thomson blieb bis zu seinem Lebensende ein Befürworter des Äthers, entwickelte Bewegungsmodelle im Äther, deren Ergebnis seiner Meinung nach die beobachteten Phänomene waren. So interpretierte er die Ablenkung des Kathodenstrahls in einem Magnetfeld als Präzession eines Kreisels und verlieh der Kombination aus elektrischem und magnetischem Feld ein Rotationsmoment. Thomson starb am 30. August 1940 in einer für England schwierigen Zeit, als die Gefahr einer Invasion durch die Nazis über ihr schwebte. Autor: Samin D. K.
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