سر جان جوزف تامسون که بود؟ زندگینامه و نقش او در دانش

سر جان جوزف تامسون در سال ۱۸۶۰ و در ۱۴ سالگی وارد دانشگاه منچستر شد و در آوریل ۱۸۹۷ کشف خود، الکترون را اعلام کرد. در سال ۱۹۰۶ جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد. در سال ۱۹۰۸ به وی عنوان سر (شوالیه) داده شد.

با نزدیک شدن به آغاز قرن بیستم، وقتی بسیاری از فیزیکدانان معتقد بودند اغلب اکتشافات مهم دیگر در این حوزه صورت گرفته است، جان جوزف تامسون انگلیسی از راه رسید و هر گونه باوری از این دست را به کناری راند.

طی قرن نوزدهم نشریات علمی دیگر بسیاری از سردرگمی‌ها در نظریه اتمی را حل و فصل کرده بودند. مثلا، دانشمندان باور داشتند که آن‌ها اکنون خواص و اندازهٔ اتم‌های گنجیده در عناصر را به میزان زیادی درک می‌کنند و بی‌شک هیدروژن کوچکترین عنصر به شمار می‌آمد. بنابراین، وقتی جی.جی. تامسون کشف ذره‌ای را اعلام کرد که یک هزارم اتم هیدروژن بود، جهان علم را تکان داد.

مباحثهٔ پرتو کاتدی

تامسون به عنوان آغازگری زودهنگام، فقط در ۱۴ سالگی، در کلاس‌های فیزیک نظری – موضوع جدید آن زمان و موضوعی که در تمامی دانشگاه‌ها هم ارائه نمی شد – دانشگاه منچستر شرکت می‌کرد. مهم‌ترین کشف وی هنگامی اتفاق افتاد که ریاست آزمایشگاه کاوندیش را که امروزه معروف است، در کمبریج را بر عهده داشت، و این سمتی بود که در سال ۱۸۸۴ پذیرفت و آن را تا سال ۱۹۱۹ بر عهده داشت. او تصمیم به بررسی خواص پرتوهای کاتدی گرفته بود که امروزه به عنوان جریان ساده الکترون‌ها شناخته می‌شوند، ولی در آن زمان عامل مناقشه متداولی در میان دانشمندان بود. این پرتوها هم‌چون نور معمولی مرئی بودند ولی آشکارا نور معمولی نبودند. احتمال می‌دادند شکلی از شکل‌های پرتو ایکس باشند هر چند اغلب تصور می‌کردند که قطعا چنین نیست. تامسون به منظور از میان برداشتن این بحث به یک رشته آزمایش‌هایی اندیشید که برای اندازه‌گیری این پرتوهای کاتدی و روشن کردن ماهیت آن‌ها قابل استفاده بود.

اندازه‌گیری جرم ذرات

 این پرتوها ضمن عبور یک بارالکتریکی از میان لوله‌ای فاقد هوا و یا گاز به وجود می‌آمدند. تامسون ضمن بهبود بخشیدن شرایط خلاء درون لوله به سرعت نشان داد که این پرتوها را میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی منحرف می‌کنند و این نتیجه‌ای بود که پیش‌تر مشاهده نشده بود.

بر این اساس نتیجه گرفت که این پرتوها از ذرات ساخته شده و نه از امواج. سپس تامسون مشاهده کرد که خواص این پرتوها از نظر بار منفی است و به نظر نمی‌رسید که برای هر عنصر منحصر بفرد باشد؛ در واقع به گازی که برای انتقال تخلیه الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گرفت و یا فلزی که در کاتد استفاده می‌شد ربطی نداشتند. تامسون به راهی برای اندازه‌گیری جرم این ذرات اندیشید و آن‌ها را به مقدار ثابت و در حدود یک هزارم جرم اتم هیدروژن یافت. او براساس این یافته نتیجه گرفت که پرتوهای کاتدی صرفاً از مجموعه‌ای ذرات تشکیل شده‌اند و مهم‌تر این که این ذرات در تمام عناصر وجود دارند. وی کشف خود را در مورد ذرات زیر اتمی در آوریل ۱۸۹۷ اعلام کرد و به این ترتیب شاخه کاملا جدیدی از تحقیقات علمی را گشود.

نتایج تامسون به زودی به طور گسترده‌ای مورد پذیرش قرار گرفت ولی این موضوع در مورد واژگان فنی او صادق نبود. ذرات کوچک دارای بار منفی به جای واژهٔ «تنیزه یا ذره» تحت عنوان «الکترون» نامیده شدند و از آن پس به بخشی بنیادی در درک علم اتمی تبدیل شدند.

آزمایشگاه کاوندیش

موقعیت تامسون در آزمایشگاه کاوندیش ایجاب می‌کرد که درگیر یک رشته پروژه‌های مهم دیگر در زمینه فیزیک نیز بشود که از همه قابل چشم‌گیرتر کشف ایزوتوپ‌های مشخص و کمک به تولید طیف نگار جرم بود. او معلم و راهنمایی عالی بود که نقش حیاتی را در ایجاد شهرتی که این آزمایشگاه به عنوان «قلمرو هدایت جهانی علم فیزیک» به دست آورد، بازی کرد. 7 نفر از شاگردان وی موفق به دریافت جوایز نوبل شدند و در واقع تامسون خودش این جایزه را در زمینه علم فیزیک در سال ۱۹۰۶ دریافت کرد. همان‌طور که لقب سر را در سال ۱۹۰۸ به دست آورد و همه این‌ها توسط مردی که اساساً قصد داشت وارد دنیای مهندسی شود، به وقوع پیوست! تامسون در عوض به مطالعه علوم پرداخته بود زیرا نتوانسته بود از عهده هزینه تحصیل در رشتهٔ مهندسی برآید – پدر او در سال ۱۸۷۲ در گذشته بود. این دست تقدیر بود و علم فیزیک همیشه از این واقعه سپاسگزار خواهد بود.

دستاوردهای دیگر

اگرچه مدعیان بسیاری برای لقب پدر علم فیزیک مدرن وجود دارند، جان جوزف تامسون نیز احتمالا به اندازه هر کس دیگر این کشف الکترون توسط تامسون در سال ۱۸۹۷ بود که روش کاملا جدیدی را در نگریستن به جهان گشود. نه تنها مواد از ذرات نامرئی ساخته شده‌اند که حتی با میکروسکوپ‌های الکترونی مدرن دیده نمی‌شوند (همان‌طور که دانشمندان از دموکریتوس گرفته تا دالتون پیش‌بینی کرده بودند) بلکه به وضوح آشکار شد که این ذرات خودشان حتی از اجزای کوچکتری ساخته شده اند. پس از تامسون، کشف این ذرات سوالاتی را در زمینه ساختار ماده برانگیخت که تا امروز بی‌پاسخ مانده اند.

ذرات کوچک دارای بار منفی به جای «تنیزه» مجدداً «الکترون» نامیده شدند.