約瑟夫·約翰·湯姆遜（英國(guó)物理學(xué)家）

約瑟夫·約翰·湯姆遜（Joseph John Thomson；1856年12月18日—1940年8月30日），英國(guó)物理學(xué)家，電子的發(fā)現(xiàn)者。

約瑟夫·約翰·湯姆遜是第三任卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任，以其對(duì)電子和同位素的實(shí)驗(yàn)著稱。一幅他正在研究陰極射線管的肖像掛在實(shí)驗(yàn)室的麥克斯韋講演廳里。

1940年8月30日，湯姆遜逝世于劍橋。享年84歲。

人物生平

1856年12月18日生于英國(guó)曼徹斯特，父親是一個(gè)專印大學(xué)課本的商人，由于職業(yè)的關(guān)系，他父親結(jié)識(shí)了曼徹斯特大學(xué)的一些教授。湯姆遜從小就受到學(xué)者的影響，學(xué)習(xí)很認(rèn)真，十四歲便進(jìn)入了曼徹斯特大學(xué)。在大學(xué)學(xué)習(xí)期間，他受到了司徒華教授的精心指導(dǎo)，加上他自己的刻苦鉆研，學(xué)業(yè)提高很快。

1876年，即二十一歲時(shí)，他被保送進(jìn)了劍橋大學(xué)三一學(xué)院深造。

1880年他參加了劍橋大學(xué)的學(xué)位考試，以第二名的優(yōu)異成績(jī)?nèi)〉脤W(xué)位，隨后被選為三一學(xué)院學(xué)員，兩年后又被任命為大學(xué)講師。他在數(shù)物理學(xué)方面具有很高修養(yǎng)。發(fā)表了《論渦旋環(huán)的運(yùn)動(dòng)》和《論動(dòng)力學(xué)在物理學(xué)和化學(xué)中的應(yīng)用》論文。

1884年，28歲的湯姆遜在瑞利的推薦下，擔(dān)任了卡文迪許實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)教授。

1897年湯姆遜在研究稀薄氣體放電的實(shí)驗(yàn)中，證明了電子的存在，測(cè)定了電子的荷質(zhì)比，轟動(dòng)了整個(gè)物理學(xué)界。

1905年，他被任命為英國(guó)皇家學(xué)院的教授；

1906年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；

1916年任皇家學(xué)會(huì)主席。

1919年被選為科學(xué)院外籍委員會(huì)首腦。湯姆遜在擔(dān)任卡文迪許實(shí)驗(yàn)物理教授及實(shí)驗(yàn)室主任的34年，桃李滿天下。

1940年8月30日，湯姆遜逝世于劍橋。終年84歲。

1858年，德國(guó)的蓋斯勒制成了低壓氣體放電管。

1859年，德國(guó)的普呂克爾利用蓋斯勒管進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)時(shí)看到了正對(duì)著陰極的玻璃管壁上產(chǎn)生出綠色的輝光。

1876年，德國(guó)的戈?duì)柶澨固岢?，玻璃壁上的輝光是由陰極產(chǎn)生的某種射線所引起的，他把這種射線命名為陰極射線。陰極射線是由什么組成的？十九世紀(jì)末時(shí)，有的科學(xué)家說(shuō)它是電磁波；有的科學(xué)家說(shuō)它是由帶電的原子所組成；有的則說(shuō)是由帶陰電的微粒組成，眾說(shuō)紛紜，一時(shí)得不出公認(rèn)的結(jié)論。英法的科學(xué)家和德國(guó)的科學(xué)家們對(duì)于陰極射線本質(zhì)的爭(zhēng)論，竟延續(xù)了二十多年。

最后到1897年，湯姆遜的出色實(shí)驗(yàn)結(jié)果面前，真相才得以大白。湯姆遜的實(shí)驗(yàn)過(guò)程是這樣的，他將一塊涂有硫化鋅的小玻璃片，放在陰極射線所經(jīng)過(guò)的路途上，看到硫化鋅會(huì)發(fā)閃光。這說(shuō)明硫化鋅能顯示出陰極射線的“徑跡”。他發(fā)現(xiàn)在一般情況下，陰極射線是直線行進(jìn)的，但當(dāng)在射擊線管的外面加上電場(chǎng)，或用一塊蹄形磁鐵跨放在射線管的外面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陰極射線一都發(fā)生了偏折。根據(jù)其偏折的方向，不難判斷出帶電的性質(zhì)。湯姆遜在1897年得出結(jié)論：這些“射線”不是以太波，而是帶負(fù)電的物質(zhì)粒子。但他反問(wèn)自己：“這些粒子是什么呢？它們是原子還是分子，還是處在更細(xì)的平衡狀態(tài)中的物質(zhì)？”這需要作更精細(xì)的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)時(shí)還不知道比原子更小的東西，因此湯姆遜假定這是一種被電離的原子，即帶負(fù)電的“離子”。他要測(cè)量出這種“離子”的質(zhì)量來(lái)，為此，他設(shè)計(jì)了一系列既簡(jiǎn)單又巧妙的實(shí)驗(yàn)：首先，單獨(dú)的電場(chǎng)或磁場(chǎng)都能使帶電體偏轉(zhuǎn)，而磁場(chǎng)對(duì)粒子施加的力是與粒子的速度有關(guān)的。湯姆遜對(duì)粒子同時(shí)施加一個(gè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，并調(diào)節(jié)到電場(chǎng)和磁場(chǎng)所造成的粒子的偏轉(zhuǎn)互相抵消，讓粒子仍作直線運(yùn)動(dòng)。這樣，從電場(chǎng)和磁場(chǎng)的強(qiáng)度比值就能算出粒子運(yùn)動(dòng)速度。而速度一旦找到后，單靠磁偏轉(zhuǎn)或者電偏轉(zhuǎn)就可以測(cè)出粒子的電荷與質(zhì)量的比值。湯姆遜用這種方法來(lái)測(cè)定“微?！彪姾膳c質(zhì)量之比值。他發(fā)現(xiàn)這個(gè)比值和氣體的性質(zhì)無(wú)關(guān)，并且該值比起電解質(zhì)中氫離子的比值（這是當(dāng)時(shí)已知的最大量）還要大得多。這說(shuō)明這種粒子的質(zhì)量比氫原子的質(zhì)量要小得多。前者大約是后者的二千分之一。

后來(lái)，美國(guó)的物理學(xué)家羅伯特·密立根在1913年到1917年的油滴實(shí)驗(yàn)中，精確地測(cè)出了新的結(jié)果，前者是后者的1836分之一。湯姆遜測(cè)得的結(jié)果肯定地證實(shí)了陰極射線是由電子組成的，人類首次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了一種“基本粒子”----電子的存在?！半娮印边@一名稱是由物理學(xué)家斯通尼在1891年采用的，原意是定出的一個(gè)電的基本單位的名稱，后來(lái)這一詞被應(yīng)用來(lái)表示湯姆遜發(fā)現(xiàn)的“微粒”。自從發(fā)現(xiàn)電子以后，湯姆遜就成為國(guó)際上知名的物理學(xué)者。在這之前，一般都認(rèn)為原子是“不能分割的”的東西，湯姆遜的實(shí)驗(yàn)指出，原子是由許多部分組成的，這個(gè)實(shí)驗(yàn)標(biāo)志著科學(xué)的一個(gè)新時(shí)代。人們稱他是“一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人”。

1905年，他被任命為英國(guó)皇家學(xué)院的教授；1906年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；1916年任皇家學(xué)會(huì)主席。他并沒(méi)有因此而停步不前，仍一如既往，兢兢業(yè)業(yè)，繼續(xù)攀登科學(xué)的高峰。湯姆遜既是一位理論物理學(xué)家，又是一位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，他一生所做過(guò)的實(shí)驗(yàn)，是無(wú)法計(jì)算的。正是通過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，他測(cè)定了電子的荷質(zhì)比，發(fā)現(xiàn)了電子；又在實(shí)驗(yàn)中，創(chuàng)造了把質(zhì)量不同的原子分離開來(lái)的方法，為后人發(fā)現(xiàn)同位素，提供了有效的方法。湯姆遜在擔(dān)任卡文迪許實(shí)驗(yàn)物理教授及實(shí)驗(yàn)室主任的34年間，著手更新實(shí)驗(yàn)室，引進(jìn)新的教授法，創(chuàng)立了一個(gè)極為成功的研究學(xué)派。

接二連三的新發(fā)現(xiàn)像潮水般地從卡文迪許實(shí)驗(yàn)室涌出：電子云霧室，成就中的一部分。該實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)了眾多的人才。盧瑟福，C．T．R．威爾遜（C．T．R．Wilson），R．J．斯特拉特（R．J．Strutt），F(xiàn)．W．阿斯頓（F．W．Aston），G．I．泰勒（G．I．Taylor），以及兒子G．P．湯姆遜（G．P．Thomson），都是湯姆遜的學(xué)生，他們都成了著名的科學(xué)家。在他的學(xué)生中，有九位獲得了諾貝爾獎(jiǎng)金。湯姆遜對(duì)自己的學(xué)生要求非常嚴(yán)格，他要求學(xué)生在開始做研究之前，必須學(xué)好所需要的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。進(jìn)行研究所用的儀器全要自己動(dòng)手制作。他認(rèn)為大學(xué)應(yīng)是培養(yǎng)會(huì)思考、有獨(dú)立工作能力的人才的場(chǎng)所，不是用“現(xiàn)成的機(jī)器”投影造成出“死的成品”的工廠。因此，他堅(jiān)持不讓學(xué)生使用現(xiàn)成的儀器，他要求學(xué)生不僅是實(shí)驗(yàn)的觀察者，更是做實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)造者。湯姆生的著作很多。如《電與磁的現(xiàn)代研究》、《電與磁數(shù)學(xué)基本理論》等。在他成名之后，好多國(guó)家邀他去講學(xué)，但他從不輕易應(yīng)允。如美國(guó)著名的普林斯頓大學(xué)曾幾度請(qǐng)他去講學(xué)，最后他才答應(yīng)去講六個(gè)小時(shí)。他講授的內(nèi)容相當(dāng)重要，對(duì)核物理有一定的價(jià)值。這足以說(shuō)明他治學(xué)十分嚴(yán)謹(jǐn)，不講則已，講則要有新的創(chuàng)見(jiàn)。倫琴由于他宣布了“一種新的射線”和表演了他的射線所能做的事情而使世界感到震驚。

1940年8月30日，湯姆遜逝世于劍橋。他的骨灰被安葬在西敏寺的中央，與牛頓、達(dá)爾文、開爾文等偉大科學(xué)家的骨灰安放在一起。