Дебатът за това кой е открил електрона досега не стихва. В ролята на откривателя на елементарната частица, освен Джоузеф Томсън, някои историци на науката виждат Хендрик Лоренц и Питър Зееман, други - Емил Вихерт, трети - Филип Ленард. И така, кой е ученият, открил електрона?
Атом означава неделим
Концепцията за "атом" е въведена в употреба от философи. Древногръцкият мислител Левкип през V век пр.н.е. д. предполага, че всичко в света се състои от малки частици. Неговият ученик - Демокрит, ги нарече атоми. Според философа атомите са „тухлите“на Вселената, неделими и вечни. Свойствата на веществата зависят от тяхната форма и външна структура: атомите на течащата вода са гладки, тези на метала имат профилни зъби, които придават твърдост на тялото.
Изключителният руски учен М. В. Ломоносов, основателят на атомно-молекулярната теория, смята, че в състава на простите вещества корпускулите (молекулите) се образуват от един вид атоми, сложните - от различни видове.
Самоук химик Джон Далтън (Манчестър) през 1803 г., разчитайки наекспериментални данни и приемайки масата на водородните атоми като конвенционална единица, установи относителните атомни маси на някои елементи. Атомистичната теория на англичанина беше от голямо значение за по-нататъшното развитие на химията и физиката.
Кой открива електрона?
До началото на 20-ти век са натрупани редица експериментални данни, доказващи сложността на структурата на атома. Те включват феномена на фотоелектричния ефект (G. Hertz, A. Stoletov 1887), откриването на катод (Ю. Plyukker, V. Kruks, 1870) и рентгенови (V. Roentgen, 1895) лъчи, радиоактивност (A Бекерел, 1896).
Учените, които са работили с катодни лъчи, се разделят на два лагера: някои приемат вълновата природа на явлението, други - корпускулярната. Осезаеми резултати постигна професорът от Висшето нормално училище (Лил, Франция) Жан Батист Перен. През 1895 г. той показа чрез експерименти, че катодните лъчи са поток от отрицателно заредени частици. Може би Перен е физикът, който е открил електрона?
На ръба на великите неща
Физик и математик Джордж Стоуни (Кралския ирландски университет, Дъблин) през 1874 г. изрази предположение за дискретността на електричеството. През коя година и от кого е открит електронът? В хода на експерименталната работа по електролизата Д. Стоуни определи стойността на минималния електрически заряд (но полученият резултат (10-20 C) е 16 пъти по-малък от действителният). През 1891 г. ирландски учен нарече единицата за елементарен електрически заряд „електрон“(от древногръцкия"кехлибар").
Година по-късно Хендрик Лорънс (Лайденския университет, Холандия) формулира основните положения на своята електронна теория, според която структурата на всяко вещество се основава на дискретни електрически заряди. Тези учени не се считат за откриватели на частицата, но техните теоретични и практически изследвания се превърнаха в надеждна основа за бъдещото откритие на Томсън.
Безмилостен ентусиаст
На въпроса кой и кога е открил електрона, енциклопедиите дават ясен и недвусмислен отговор - Джоузеф Джон Томсън през 1897г. И така, каква е заслугата на английския физик?
Бащата на бъдещия президент на Лондонското кралско общество е бил търговец на книги и от детството си е внушил на сина си любов към печатното слово и жажда за нови знания. След като завършва колежа Оуенс (от 1903 г. – Университета в Манчестър) и университета в Кеймбридж през 1880 г., младият математик Джоузеф Томсън се присъединява към Кавендишката лаборатория. Експерименталните изследвания напълно завладяха младия учен. Колегите отбелязаха неговата неуморимост, решителност и изключителен ентусиазъм за практическа работа.
През 1884 г., на 28-годишна възраст, Томсън е назначен за директор на лабораторията, наследявайки лорд К. Рейли. Под ръководството на Томсън лабораторията през следващите 35 години се превърна в един от най-големите центрове на световната физика. Е. Ръдърфорд, Н. Бор, П. Ланжевен започнаха своето пътуване оттук.
Внимание към детайлите
Томсън започва работата си върху изследването на катодните лъчи чрез проверка на експериментинеговите предшественици. За много експерименти е направено специално оборудване по лични чертежи на директора на лабораторията. След като получи качествено потвърждение на експериментите, Томсън не мислеше да спре дотук. Той вижда основната си задача в точното количествено определяне на природата на лъчите и съставните им частици.
Новата тръба, предназначена за следващите експерименти, включваше не само обичайния катод и ускоряващи електроди (под формата на пластини и пръстени) с отклоняващо напрежение. Потокът от частици беше насочен към екран, покрит с тънък слой материя, който светеше при удара на частиците. Предполагаше се, че потокът се контролира от комбинирания ефект на електрически и магнитни полета.
Части от атом
Трудно е да си пионер. Още по-трудно е да се защитят убежденията, които противоречат на утвърдените от хилядолетия концепции. Вярата в себе си, във вашия екип, направи Томсън човекът, открил електрона.
Опитът даде зашеметяващи резултати. Масата на частиците се оказва 2 хиляди пъти по-малка от тази на водородните йони. Съотношението на заряда на частица към неговата маса не зависи от скоростта на потока, свойствата на материала на катода или естеството на газообразната среда, в която се случва разрядът. Беше предложено заключение, което противоречи на всички основи: корпускулите са универсални частици на материята в състава на атома. От време на време Томсън старателно и внимателно проверяваше резултатите от експериментите и изчисленията. Когато не остана никакво съмнение, беше направен доклад за естеството на катодните лъчи до Лондонското кралско общество. През пролетта на 1897 г. атомътпрестана да бъде неделимо. През 1906 г. Джоузеф Томсън е удостоен с Нобелова награда по физика.
Неизвестен Йохан Вихерт
Името на Йохан Емил Вихерт, професор по геофизика в Кьонингсбьор, а след това и в Гьотингенския университет, изследовател на сеизмографията на нашата планета, е по-известно в професионалните кръгове на геолози и географи. Но той е познат и на физиците. Това е единственият човек, когото официалната наука, заедно с Томсън, признава за откривател на електрона. И за да бъдем абсолютно точни, работата, описваща експериментите и изчисленията на Вихерт, е публикувана през януари 1897 г. - четири месеца по-рано от доклада на англичанина. Кой е открил електрона, вече е исторически решен, но фактът остава.
За справка: Томсън не е използвал термина "електрон" в нито една от своите произведения. Той използва името "тела".
Кой открива протона, неутрона и електрона?
След откриването на първата елементарна частица започнаха да се правят предположения за възможната структура на атома. Един от първите модели е предложен от самия Томсън. Атомът, казва той, е като парче пудинг от стафиди: отрицателните частици са вградени в положително заредено тяло.
През 1911 г. Ърнест Ръдърфорд (Нова Зеландия, Великобритания) предполага, че моделът на атома има планетарна структура. Две години по-късно той изложи хипотеза за съществуването на положително заредена частица в ядрото на атома и след като я получи експериментално, я нарече протон. Той също така предсказва наличието в ядрото на неутрална частица с масата на протон (неутронът е открит през 1932 г. от английския учен Дж. Чадуик). През 1918 г. Джоузеф Томсън предава управлението на лабораторията на Ърнест Ръдърфорд.
Трябва ли да се каже, че откриването на електрона ни позволи да хвърлим нов поглед върху електрическите, магнитните и оптичните свойства на материята. Трудно е да се надцени ролята на Томсън и неговите последователи в развитието на атомната и ядрената физика.
