Нобелевские лауреаты: Джозеф Джон Томсон

О научном «отце» Резерфорда и многих других нобелевских лауреатов, научном «дедушке» Капицы, человеке, открывшем первую в истории человечества элементарную частицу, классическом английском физике рассказывает наш сегодняшний выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Сэр 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. Начнем с того, что семь его «научных сыновей» тоже стали нобелиатами (до пяти таких премий он дожил). Как и многие его «научные внуки», например Петр Капица. Стал нобелевским лауреатом и его родной сын, причем в связи с той же элементарной частицей, 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 сэра Джозефа Джона Томсона.

Впрочем, Томсон не был дворянином по рождению, 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 поступил в Тринити-колледж Кембриджа, где занимался теоретической физикой и математикой. В 1880 году, в 24 года, он получил звание бакалавра и начал работать в Кавендишской лаборатории (фактически — физфак Кембриджа). Напомним читателям, что лаборатория получила свое 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.

Четыре года спустя, в 1884 году, когда Томсону еще не исполнилось 28 лет и никаких особенных научных достижений, кроме славы хорошего физика и математика с «правильными руками», за ним не числилось, случилось удивительное. В отставку ушел директор Кавендишской лаборатории Джон Уильям Стретт, третий барон Рэлей, матерый человечище, который впоследствии (в 1904 году) получил Нобелевскую премию за открытие аргона и оставил свой титул в истории науки в терминах рэлеевского рассеяния и волнах Рэлея. До Стретта пост директора занимал сам Джеймс Клерк Максвелл. И тут на этот важный пост назначают Томсона. Удивительно! Писали, 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 его концах, 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.

Несколько слов нужно, конечно, снова 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 в 1897 года и в 1898 году совершить каминг-аут в духе тех лет, заявив, что он убежденный 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 шесть лет, Крукса на этом посту сменил наш герой.

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 германской, основываясь на не очень достоверных опытах Герца, считали, что они представляют собой волны эфира — некоей субстанции, пронизывающей пространство.

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.

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 сделал следующий шаг в познании структуры атома и разрушил «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, это не Нобелевская премия – ее тогда вообще не присуждали, заслуженную награду Томсон получит только в 1906 году. В Кавендишской лаборатории появился первый докторант (research-student) Томсона, молодой новозеландец по имени Эрнест 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 Джей-Джей был приличным мужчиной и, положив глаз на студентку в собственной лаборатории, он на ней женился. Тем более что папа студентки был региус-профессором 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.

Кстати, если хотите подробной статистики по номинациям 1906 года, то вот:

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 одной (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», 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.

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!».

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.