Дебати про те, ким відкритий електрон, не вщухають досі. В ролі першовідкривача елементарної частинки, крім Джозефа Томсона, одні історики науки бачать Гендріка Лоренца і Пітера Зеемана, інші - Еміля Вихерта, треті - Філіпа Ленарда. Так хто він - вчений, який відкрив електрон?

Атом - означає неподільний

Поняття "атом" в обіг було введено філософами. Давньогрецький мислитель Левкипп ще в V столітті до н. е. припустив, що все в світі складається з найдрібніших частинок. Його учень Демокріт, назвав їх атомами. На думку філософа, атоми - "цеглинки" світотворення, неподільні і вічні. Від їх форми і зовнішньої структури залежать властивості речовин: атоми текучої води - гладкі, металу - з профільними зубчиками, що надають твердість тілу.


Видатний російський вчений М. В. Ломоносов, засновник атомно-молекулярної теорії вважав, що у складі простих речовин корпускули (молекули) утворені одним видів атомів, складних - різними. Хімік-самоучка Джон Дальтон (Манчестер) в 1803 р., спираючись на експериментальні дані і, прийнявши за умовну одиницю масу атомів водню, встановив відносні атомні маси деяких елементів. Атомістична теорія англійця мала величезне значення для подальшого розвитку хімії і фізики.

Ким відкритий електрон?

До початку XX століття був накопичений цілий ряд експериментальних даних, що доводять складність будови атома. Сюди можна віднести явище фотоефекту (Р. Герц, А. Столєтов 1887 р.), відкриття катодних (Ю. Плюккер, Ст. Крукс, 1870 р.) і рентгенівських (Ст. Рентген, 1895 р.) променів, радіоактивності (А. Беккерель, 1896).


Вчені, які працювали з катодними променями, розділилися на два табори: одні припускали хвильову природу явища, інші - корпускулярну. Відчутних результатів домігся професор Вищої нормальної школи (Ліль, Франція) Жан Батист Перен. У 1895 р. він показав у ході експериментів, що катодні промені являють собою потік негативно заряджених частинок. Може Перен - фізик, що відкрив електрон?

На порозі великих звершень

Фізик і математик Джордж Стоні (Королівський Ірландський університет, Дублін) в 1874 році озвучив припущення про дискретності електрики. В якому році і ким був відкритий електрон? В ході експериментальних робіт з електролізу саме Д. Стоні визначив значення мінімального електричного заряду (правда, отриманий результат (10 -20 Кл) був в 16 разів менше дійсного). Одиницю елементарного електричного заряду в 1891 році ірландський вчений назвав "електрон" (від давньогрецького "янтар"). Через рік Гендрік Лоренс (Лейденський університет, Нідерланди) сформулював головні положення своєї електронної теорії, згідно з якою в основі будови будь-якої речовини лежать дискретні електричні заряди. Цих вчених не вважають першовідкривачем частинки, але їх теоретичні і практичні дослідження стали надійним фундаментом для майбутнього відкриття Томсона.

Непохитний ентузіаст

На питання про те, хто і коли відкрив електрон, енциклопедії дають чітку і однозначну відповідь - Джозеф Джон Томсон у 1897 році. Так в чому ж заслуга англійського фізика? Батько майбутнього президента Лондонського Королівського товариства був продавцем книг і з дитячих років прищепив синові любов до друкованого слова і потяг до нових знань. Після закінчення Оуенс-коледж (з 1903 р. - Манчестерський університет) та Кембриджського університету у 1880 році молодий математик Джозеф Томсон поступив на роботу в Кавендішскую лабораторію. Експериментальні дослідження цілком захопили молодого вченого. Колеги відзначали його невтомність, цілеспрямованість і надзвичайну захопленість практичною роботою.
В 1884 році, у віці 28 років, Томсон був призначений директором лабораторії, змінивши на цьому посту лорда К. Релея. Під керівництвом Томсона, лабораторія в наступні 35 років перетворилася в один з найбільших центрів світової фізики. Звідси почали свій шлях Е. Резерфорд, Н. Бор, П. Ланжевен.

Увага до деталей

Роботи з дослідження катодних променів Томсон почав з перевірки дослідів його попередників. Для багатьох експериментів була виготовлена спеціальна апаратура з особистих кресленнями директора лабораторії. Отримавши якісне підтвердження дослідів, Томсон і не думав зупинятися на досягнутому. Основну своє завдання він бачив у точному кількісному визначення природи променів і їх складових частинок. Нова трубка, сконструйована для наступних дослідів, мала у своєму складі не тільки звичні катод і прискорюють електроди (у вигляді пластин і кілець) з отклоняющим напругою. Потік корпускул прямував на екран, покритий тонким шаром речовини, що світиться при ударах частинок. Потоком передбачалося управляти спільним впливом електричних і магнітних полів.

Складові частини атома

Першовідкривачем бути важко. Ще важче відстояти свої переконання, які йдуть врозріз з усталеними тисячоліттями поняттями. Віра в себе, в свою команду і зробила Томсона тією людиною, ким відкритий електрон. Досвід дав вражаючі результати. Маса частинок виявилася в 2 тис. разів менше, ніж у іонів водню. Відношення заряду корпускули до її масі не залежить від швидкості потоку, властивостей матеріалу катода, природи газового середовища, в якій відбувається розряд. Напрошувався висновок, що суперечить всім нормам: корпускули - універсальні частки речовини в складі атома. Раз за разом, Томсон старанно й уважно перевіряв результати експериментів і розрахунків. Коли сумнівів не залишилося, відбувся доповідь про природу катодних променів Лондонському королівському товариству. Навесні 1897 року атом перестав бути неподільним. У 1906 році Джозеф Томсон був удостоєний Нобелівської премії з фізики.

Невідомий Йоганн Вихерт

Ім'я викладача геофізики Кенингсберского, а потім Геттінгенського університету, дослідника сейсмографии нашої планети Йоганна Еміля Вихерта, більше відома в професійних колах геологів і географів. Але знайомий він і ученим-фізикам. Це єдина людина, кого офіційна наука, поряд з Томсоном, визнає першовідкривачем електрона. І якщо вже бути абсолютно точним, робота з описом дослідів і розрахунків Вихерта була опублікована в січні 1897 року - на чотири місяці раніше доповіді англійця. Ким відкритий електрон - вже історично вирішено, але факт залишається фактом. Для довідки: у жодній з своїх робіт Томсон не вжив термін "електрон". Він використовував назву "корпускули".

Хто відкрив протон, нейтрон і електрон?

Після виявлення першої елементарної частинки стали висуватися припущення про можливу будову атома. Одна з перших моделей була запропонована самим Томсоном. Атом, за його словами, нагадує шматочок пудингу з родзинками: позитивно заряджене тіло вкраплені негативні частинки. У 1911 році Ернест Резерфорд (Нова Зеландія, Великобританія) припустив, що модель атома має планетарну структуру. Через два роки він висунув гіпотезу про існування в ядрі атома позитивно зарядженої частинки і, отримавши її експериментально, назвав протоном. Він же передбачив наявність в ядрі нейтральної частинки з масою протона (нейтрон був відкритий у 1932 р. англійським ученим Дж. Чедвиком). У 1918 році Джозеф Томсон передав управління лабораторією Ернеста Резерфорду. Чи треба говорити, що відкриття електрона дозволило по-новому поглянути на електричні, магнітні і оптичні властивості речовини. Важко переоцінити роль Томсона і його послідовників у розвиток атомної та ядерної фізики.