جوزف جان تامسون ، زندگینامه و نقش او در پیشبرد علم
یکی از بهترین راه‌های سنجش دانش بشری، جایزه نوبل است. جوزف جان تامسون در سال ۱۹۰۶ به دریافت این جایزه بزرگ نایل آمد. شاید اگر او هرگز دانشمند برجسته‌ای نمی‌شد باز هم شایسته احترام و تقدیر بود، چرا که تامسون معلم خدمتگزاری بود که هشت نفر از شاگردانش برنده جایزه نوبل شدند.
جوزف جان تامسون، در ۱۸ دسامبر ۱۸۵۶ در نزدیکی منچستر انگلستان دیده به جهان گشود. پدرش معامله‌گر آثار و کتاب‌های قدیمی بود و به جمع‌آوری آنها علاقه بسیار داشت. این کار، شغل موروثی و خانوادگی آنها بود که نسل به نسل پیشه می‌کردند. خانواده تامسون اطلاعات کمی از علم داشتند؛ تنها عموی‌فامیل به مطالعه هواشناسی و گیاه‌شناسی علاقه‌مند بود.
جوزف، اشتیاق زیادی به مطالعه داشت و از شاگردان زرنگ و باهوش مدرسه بود. پدر و مادرش معتقد بودند که رشته مهندسی برای او مناسب است. در چهارده سالگی به کالج اونس، (Owens) که امروز دانشگاه ویکتوریا نام دارد، رفت. دو سال بعد پدرش درگذشت و دوستانش وضع مالی او را رو به راه کردند تا بتواند تحصیلاتش را در کالج دنبال کند. خوشبختانه همه ساله به افتخار جان دالتون به دانشجویان زبده و با استعداد کمک هزینه تحصیلی داده می‌شد و جوزف نیز از این بورس بی‌بهره نماند.
تامسون، دوره مهندسی را در نوزده‌سالگی به پایان رساند و مستقیماً به کالج ترینینی دانشگاه کمبریج رفت. در آنجا نیز کمک هزینه تحصیلی دریافت می‌کرد. بزرگترین کار برای دانشجویان رشته ریاضی و علوم کمبریج امتحاناتی بود که بین آنها انجام می‌شد. تامسون از عهده این امتحان برآمد و نفر دوم شد. همان رتبه‌ای که سال‌ها قبل از آن جیمز مکسول بدست آورده بود.
تامسون مانند جیمز مکسول استعداد ریاضی‌اش را در راه مطالعه مسایل فیزیکی به کار انداخت. او یک آزمایشگر کارآزموده با یک کارشناس نبود. دست‌هایش در کار مهارت زیادی نداشت و بینایی‌اش را در طی سال‌ها کار در آزمایشگاه شیمی تقریبا از دست داده بود. او عقیده داشت که فیزیک نظری بدون عمل مفهومی ندارد و بطور کلی علم باید با عمل توأم باشد.
تامسون در سال ۱۸۸۱ یک مقاله علمی نوشت که زیر بنای تئوری اینشتین بود. او در این مقاله ثابت کرد که ماده و انرژی هر دو از نظر فیزیکی یکسانند. در این موقع فقط ۲۴ سال از عمرش می‌گذشت.
پس از اخذ درجه فارغ التحصیلی، به عضویت کالج‌ترینینی درآمد و در آزمایشگاه‌های کاوندیش سرگرم تحقیقات علمی شد. در سال ۱۸۸۴ لرد را بلی، رئیس آزمایشگاه تصمیم به استعفا گرفت و تامسون ۲۸ ساله را به جانشینی خود برگزید. انتخاب این مقام غوغایی بپا کرد. البته کسی به قدرت و استعداد تامسون تردید نداشت بلکه وی را برای این پست جوان می‌دانستند. اما نظر لردرایلی در انتخاب تامسون بسیار بجا بود. سرانجام تامسون باسمت سرپرست آزمایشگاه‌های کاوندیش مشغول به کار شد و مدت ۳۴ سال بخوبی آن را اداره کرد و بصورت یکی از ممتازترین مراکز تحقیقات علمی جهان در آورد.
تامسون نه تنها زندگی خود را به اداره و تکمیل و توسعه آزمایشگاه‌ها اختصاص داده بود، بلکه شخصاً در بیشتر جلسات علمی شرکت می‌کرد. تامسون معتقد بود که زنان هرگز نمی‌توانند در رشته‌های علمی و تحقیقی پیشقدم باشند او درباره زن جوانی که در جلسات علمی و سخنرانی‌هایش شرکت می‌کرد چنین می‌نویسد: «من بیم دارم که او حتی کلمه‌ای از حرف‌های مرا درک نکند و گفته‌هایم را نصایح دینی و مجلس ما را یک جلسه دینی پندارد. و نیز می‌ترسم که او حتی تا ابد به اشتباه خود پی نبرد. » اما به هر حال تامسون با دختری به نام ارزیگت که در جلسات علمی شرکت می‌کرد پیوند زناشویی بست. ثمره این ازدواج پسر که زیبایی بود که در سال ۱۸۹۲ بدنیا آمد و نام او را جورج گذاردند.
در سال ۱۸۹۷، جوزف تامسون، «پدر الکترون» لقب گرفت. زیرا او این ذره کوچک و معجزه‌آسا را کشف کرد و سپس تئوری طبیعت الکتریکی ماده را بنیاد نهاد. پرتو‌های کاتودی مورد توجه تامسون قرار گرفت. پرتو‌های کاتودی را نخستین بار شخصی بنام کروکس کشف کرد. او در یک حباب شیشه‌ای و خالی از هوا، بوسیله یک منبع ولتاژ قوی، تخلیه الکتریکی ایجاد کرد. بعد‌ها، رونتگن از حباب شیشه‌ای کروکس استفاده کرد و به کمک آن پرتو‌های ایکس را کشف کرد.
در آن زمان دو تئوری مورد بحث بود که هر دو آنها طرفداران زیادی داشت. تامسون معتقد بود که پرتو‌های کاتودی از ذرات الکتریکی‌ریزی تشکیل شده‌اند. اما این نظریه با مخالفت عده‌ای روبرو شد. چون آنها عقیده داشتند که این دو کاملاً با هم تفاوت دارند. پرتو‌های کاتودی در اثر برخورد با حباب تولید روشنایی می‌کند در حالی که از الکترون‌ها اثری دیده نمی‌شود. در نتیجه، چیزی که چشم نمی‌دید عقل قادر به تشخیص آن نبود.
تامسون دستگاهی ساخت و پرتو‌های کاتودی را که از قطب منفی صادر می‌شد با علامت K مشخص کرد. پرتو‌ها از یک شکاف باریک که به قسمت دیگر لامپ مربوط می‌شد عبور می‌کردند و سطح روشن و باریکی از پدیده فسفرسانس در حباب بوجود می‌آورند. تجربه نشان داد که با نزدیک کردن آهنربا به حباب، اثر فسفرسانس به حرکت در آمد. این نشانه آن بود که پرتو‌ها منحرف شده‌اند. حرکت آهنربا با دست انجام می‌شد بطوریکه پرتو‌ها پس از انحراف متوجه شکافی که روی غلاف بود می‌شدند. تامسون، الکتروسکپی را به الکترود گیرنده پرتو‌ها متصل کرد و انحراف آن را بخوبی نشان داد. او ثابت کرد که جنس پرتو‌های کاتودی از نوع الکتریسیته منفی است.
اما این آزمایش نتوانست آتش ضدیت مخالفان را فرو نشاند. آنها می‌گفتند با اینکه پرتو‌های کاتودی با آهنربا منحرف می‌شوند اما انحراف آن با میدان الکترواستاتیک عملی نخواهد بود. میدان الکترواستاتیک همان حوزه الکتریکی است که باعث جذب ذرات کاغذ به میله کائوچویی می‌شود البته اگر این میله به یک پارچه پشمی مالش داده شود. هنریش هرتز، فیزیکدان آلمانی، در این راه کوشید اما موفق نشد که پرتو‌های کاتودی را بوسیله میدان الکترواستاتیک منحرف سازد. تنها یک راه برای حل مساله وجود داشت. شاید خلاء به اندازه کافی نبود، با اینکه گازی که در حباب موجود بود و جریان الکتریسیته را هدایت می‌کرد مانع تأثیر میدان الکترواستاتیک روی پرتو‌ها می‌شد. گاز داخل حباب را تخلیه کردند و آزمایش از نو آغاز شد.
در این حالت پرتو‌های کاتودی منحرف شد. تامسون قبلا با آزمایش ثابت کرده بود که پرتو‌های کاتودی بوسیله میدان مغناطیسی منحرف می‌شوند و با میدان الکتریکی نیز همین حالت پیش می‌آمد. این مساله تنها یک معنی می‌توانست داشته باشد و آن این بود که پرتو‌های کاتودی اصلاً پرتو نیستند بلکه جریانی از ذرات باردار الکتریکی‌اند.
نموداری که با آن تامسون نشان داد که پرتو‌های کاتودی مانند ذرات الکتریکی عمل می‌کنند.
تامسون به مطالعه ذرات الکتریکی پرداخت و جرم نسبی ذره منفی را که اما الکترون می‌نامیم اندازه گرفت. او جرم این ذره الکتریکی را تقریباً جرم اتمی هیدروژن می‌دانست. در این هنگام محاسبه جالب‌تری انجام داد و سرعت الکترون را که 196 هزار کیلومتر در ثانیه بود تعیین کرد.
امروز ما با ساختمان الکترون‌ها بخوبی آشنا هستیم؛ آنها ذرات الکتریکی با بار منفی‌اند که بدور هسته اتم درگردشند. بیشتر دستگاه‌های الکترونی مانند رادیو، تلویزیون و غیره براساس این ذره معجز‌آسا، که ثمره یک عمر کارو کوشش و تحقیق جان تامسون می‌باشد بوجود آمده‌اند. صفحه تصویر تلویزیون در حقیقت همان حباب شیشه‌ای پرتو‌های کاتودی است که ذرات الکتریکی به سرعت منحرف می‌شوند و تصاویر روی صفحه دیده می‌شوند.
اما در سال ۱۸۹۷ بی‌میلی و عدم علاقه عجیبی برای قبول تئوری الکترون در میان عده‌ای پیدا شد. تامسون به آنها پیشنهاد کرد که برای رفع اشک و شبهه از این ذرات عکسبرداری کنند. اما این پرسش پیش می‌آمد که چگونه می‌توان از ذره‌ای که دوهزارم جزء اتم هیدرژن است و با سرعت سرسام‌آور 000/196 کیلومتر در ثانیه در حرکت است این کار را انجام داد؟
این مساله‌ای بود که تامسون حل آن را به شاگردش چارلز ویلسن واگذار کرد. ویلسن تحقیقات جالبی درباره علت پیدایش مه انجام داده بود. البته واضح است که هوای گرم بیش از هوای سرد قدرت جذب رطوبت را دارد. اگر هوای گرم ومملواز رطوبت ناگهان سرد شود قطرات‌ریزی از آب تشکیل خواهد شد اما در درون هر قطره آب ذره غباری وجود دارد. اگر این غبار نباشد آب ایجاد نمی‌شود و به تشکیل نخواهد شد.
ویلسن از این ایده برای پیگیری فرضیه الکترونی تامسون استفاده کرد. با علاقه‌ای که او به کار‌های فنی داشت دستگاهی ساخت که در داخل آن می۔ توانست رطوبت تولید کند و ذرات اتمی بوجود آورد. او سال‌های زیادی روی این دستگاه کار کرد و سرانجام در سال ۱۹۱۱ «اتاقک ابر» را تکمیل کرد. هنگامی که ذرات اتمی در داخل اتاقک پرتاب می‌شدند میلیون‌ها مولکول هوا یونیزه می‌شد و بخارآب روی این یون‌ها جمع می‌گردید (یون عبارت از اتم یا مولکولی است که یک یا دو الکترون از دست داده باشد. ) تشکیل خطوط ابری این اتاقک را می‌توان مانند بخار خط سیر هواپیما جت عکسبرداری کرد و ذره الکتریکی را از روی مسیرش تشخیص داد. از اتاقک ابر ویلسن امروز برای تعیین و تشخیص ذرات اتمی استفاده زیادی می‌شود. ویلسن بخاطر این همکاری و کشف بزرگ، ۱۶ سال بعد به دریافت جایزه نوبل نایل آمد.
مساله در اینجا تقریبا تمام شده بود. ذره منفی که تامسون آن را کشف کرد بدقت وزن شد، سرعتش تعیین گردید و از آن عکسبرداری شد. در این موقع بود که به آن نام الکترون دادند. ذره‌ای که اساس کار تمام دستگاه‌های الکترونی است و قسمت اعظم دانش بشری در چهارچوب آن خلاصه می‌شود.
در اواخر جنگ جهانی اول، جوزف جان تامسون از کار خود در آزمایشگاه‌های کاوندیش استعفا داد و به جای او ارنست را ثرفورد، شاگرد سابق تامسون که بخاطر تحقیقاتش در شیمی ذرات رادیو اکتیو برنده جایزه نوبل شد، انتخاب گردید. تامسون در آخرین سال‌های زندگی بسیار خوشحال و شاد بنظر می‌آمد زیرا می‌دید که پسرش جورج مطالعات علمی ارزنده‌ای انجام داده است. پسرش در سال ۱۹۳۷ بخاطر کشف پدیده دیفراکسیون (تفرق) الکترون‌ها به وسیله بلور‌ها جایزه نوبل را ربود.
جوزف جان تامسون در سال ۱۹۴۰ در سن ۸۴ سالگی درگذشت. تئوری جاودانی او درباره طبیعت الکتریکی ماده، فرضیه تغییر ناپذیری اتم را زیرورو کرد. او استاد و مربی بزرگی بود. از وی آثار زیادی در فیزیک، ریاضی و شیمی برجا مانده است.
