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위대한 과학자들의 전기
톰슨 조셉 존. 과학자의 전기
영국의 물리학자 Joseph Thomson은 전자를 발견한 사람으로 과학사에 입문했습니다. 그는 "발견은 선구자 작업에 수반되는 모든 모순의 최종 해결까지 관찰, 직관, 흔들리지 않는 열정의 날카로움과 힘에 기인합니다." Joseph John Thomson은 18년 1856월 1876일 맨체스터에서 태어났습니다. 이곳 맨체스터에서 오웬스 칼리지(Owens College)를 졸업하고 1880-1880년 케임브리지 대학에서 유명한 트리니티 칼리지(Trinity College)에서 공부했습니다. XNUMX년 XNUMX월 Thomson은 최종 시험에 성공적으로 합격하고 Cavendish 연구소에서 일하기 시작했습니다. 1880년에 출판된 그의 첫 번째 기사는 빛의 전자기 이론에 관한 것이었습니다. 이듬해 두 편의 논문이 발표되었는데 그 중 하나는 전자기 질량 이론의 기초가 되었습니다. 기사 제목은 "전기화된 물체의 운동에 의해 생성된 전기 및 자기 효과"입니다. 이 기사는 "하전된 물체 외부의 에테르는 모든 질량, 운동량 및 에너지의 운반체"라는 아이디어를 표현합니다. 속도가 증가함에 따라 필드의 특성이 변경되어 이 모든 "필드" 질량이 증가하고 항상 에너지에 비례하여 유지됩니다. Thomson은 최고의 의미에서 실험 물리학에 사로잡혀 있었습니다. 직장에서 지칠 줄 모르는 그는 스스로 목표를 달성하는 데 너무 익숙해서 사악한 혀가 권위를 완전히 무시한다고 말했습니다. 그는 책이나 기성품 이론에 의존하기보다 자신에게 익숙하지 않은 과학적 성격의 질문에 대해 독립적으로 생각하는 것을 선호했다고합니다. 그러나 이것은 분명히 과장입니다 ... Cavendish 연구소 소장인 Rayleigh는 Thomson의 과학적 업적을 높이 평가했습니다. 1884년에 감독직을 떠나면서 그는 주저 없이 Thomson을 그의 후계자로 추천했습니다. 조셉 자신에게 그의 임명은 놀라운 일이었습니다. 캐번디시 연구소의 연수생이었던 미국 물리학자 중 한 명이 이 임명을 알게 되자 곧바로 짐을 꾸린 것으로 알려졌다. "너보다 두 살 연상인 교수 밑에서 일하는 건 말이 안 돼..." 그는 배를 타고 집으로 돌아갔다. 글쎄요, 그에게는 서두른 것을 후회할 충분한 시간이 있었습니다. 연구실의 오래된 책임자에게는 그러한 선택에 대한 타당한 이유가 있었습니다. Thomson을 밀접하게 아는 모든 사람들은 원칙과 결합된 그의 변함없는 자비와 유쾌한 의사소통 방식에 만장일치로 주목했습니다. 나중에 학생들은 자신의 상사가 맥스웰이 생각한 실험을 하는 것을 절대 단념해서는 안 된다는 맥스웰의 말을 되풀이하는 것을 좋아했다고 회상했습니다. 그가 찾고 있는 것을 찾지 못하더라도 그는 다른 것을 발견하고 천 번의 토론보다 더 많은 유익을 얻을 수 있습니다. 이 사람에게는 자신의 판단의 독립성과 학생, 직원 또는 동료의 의견에 대한 깊은 존중과 같은 다양한 속성이 공존했습니다. 그리고 아마도 이러한 자질 덕분에 캐번디쉬의 수장으로서 그의 성공을 보장받았을 것입니다. Thomson은 출판된 작품, 물질 세계의 통합에 대한 확신, 그리고 미래에 대한 많은 계획을 가지고 새 직위에 왔습니다. 그리고 그의 초기 성공은 캐번디시 연구소의 신뢰성에 기여했습니다. 곧 여러 나라의 젊은이들이 이곳에 모였습니다. 그들 모두는 똑같이 열정적으로 불타올랐고 과학을 위해 어떤 희생도 할 준비가 되어 있었습니다. 공통의 목표와 방법으로 단합된 사람들로 구성된 진정한 과학 팀인 학교가 형성되었으며 세계 권위를 머리로 삼았습니다. 1884년부터 1919년까지 Rutherford가 그의 뒤를 이어 연구소 소장이 되자 Thomson은 Cavendish 연구소를 이끌었습니다. 이 기간 동안 그것은 세계 물리학의 주요 중심지, 국제 물리학자 학교가 되었습니다. Rutherford, Bohr, Langevin 및 러시아 과학자를 비롯한 많은 사람들이 이곳에서 과학 여행을 시작했습니다. 생애 말기에 회고록을 완성하면서 Thomson은 이전 박사 과정 학생 중 27명의 왕립 학회 회원과 80개국에서 성공적으로 일하는 XNUMX명의 교수를 나열했습니다. 결과는 정말 훌륭합니다. Thomson의 연구 프로그램은 광범위했습니다. 가스를 통한 전류의 통과에 대한 질문, 금속의 전자 이론, 다양한 종류의 광선의 본질에 대한 연구 ... 음극선 연구에 착수한 Thomson은 먼저 전기장에 의한 광선 편향을 달성한 그의 전임자들이 충분한 주의를 기울여 실험을 수행했는지 여부를 확인하기로 결정했습니다. 그는 반복적인 실험을 구상하고, 이를 위한 특수 장비를 설계하고, 주문 실행의 정확성을 직접 모니터링하고, 예상 결과는 뻔합니다. Thomson이 설계한 튜브에서 음극선은 양전하를 띤 판에 순응적으로 끌리고 음전하를 띤 판에서는 분명히 반발합니다. 우수한 결과! 물론 그는 음극선의 성질에 관한 모든 논쟁을 끝낼 수 있었지만 Thomson은 그의 연구가 완료된 것으로 생각하지 않았습니다. 광선의 성질을 정성적으로 결정한 후, 그는 광선을 구성하는 소체에 대한 정확한 정량적 정의를 제공하고자 했습니다. 첫 번째 성공에서 영감을 받아 그는 새로운 튜브를 설계했습니다. 음극, 즉 링과 플레이트 형태의 가속 전극으로 편향 전압을 가할 수 있습니다. 음극 반대편 벽에 그는 입사 입자의 영향으로 빛날 수 있는 물질의 얇은 층을 증착했습니다. 그것은 텔레비전과 레이더 시대에 우리에게 너무나 친숙한 음극선관의 조상으로 밝혀졌습니다. Thomson의 실험의 목적은 전기장으로 많은 소체를 편향시키고 자기장으로 이 편향을 보상하는 것이었습니다. 그가 실험의 결과로 내린 결론은 놀랍습니다. 첫째, 입자들이 빛의 속도에 가까운 엄청난 속도로 관 안에서 날아간다는 것이 밝혀졌다. 그리고 두 번째로, 소체의 단위 질량당 전하가 엄청나게 컸습니다. 거대한 전하를 띠고 있는 미지의 원자, 무시할 수 있을 정도의 질량을 갖고 있지만 전하가 더 작은 작은 입자는 어떤 종류의 입자입니까? 또한, 그는 단위 질량에 대한 특정 전하의 비율이 입자 속도, 음극 물질 또는 방전이 발생하는 가스의 성질에 관계없이 일정한 값이라는 것을 발견했습니다. 그러한 독립은 놀라운 것이었다. 소체는 일종의 보편적인 물질 입자, 원자의 구성 요소인 것 같습니다... 생각만 해도 지난 세기의 연구원은 불안해했을 것이다. 결국, "원자"라는 단어는 "나누지 않는"을 의미했습니다. 데모크리토스 시대 이후로 수천 년 동안 원자는 물질의 불연속성을 상징하는 가분성의 한계를 나타내는 상징이었습니다. 그리고 갑자기 ... 갑자기 구성 요소도 있다는 것이 밝혀졌습니다. 뭔가 혼란스러운 느낌이 있다는 데 동의합니다. 사실, 신성 모독의 공포는 위대한 발견에 대한 기대의 기쁨과 크게 혼합되었습니다 ... 톰슨은 일을 시작했습니다. 우선, 신비한 소체의 매개 변수를 결정할 필요가 있었고 아마도 그것이 무엇인지 결정할 수 있었을 것입니다. 과학자의 얇은 필체는 끝없는 숫자가있는 종이를 덮습니다. 그리고 여기에 계산의 첫 번째 결과가 있습니다. 의심할 여지 없이 미지의 입자는 가장 작은 전하, 나눌 수 없는 전기 원자 또는 전자에 불과합니다. 그들은 이론적으로 알려져 있었고 심지어 이름까지 얻었지만 그 만이 발견하고 마침내 실험적으로 그들의 존재를 확인했습니다. 그리고 그는 해냈습니다. 완고한 영국의 실험 물리학자인 Joseph John Thomson 교수는 그의 뒤에서 그의 제자와 동료들이 단순히 GJ라고 불렀습니다. 29년 1897월 XNUMX일, XNUMX년 넘게 런던 왕립학회 회의가 열린 방에서 그의 보고가 예정돼 있었다. 참석한 대부분의 사람들은 이 문제의 역사를 잘 알고 있습니다. 많은 사람들이 음극선의 본질 문제를 해결하려고 노력했습니다. 연사의 이름은 흥미로운 메시지를 약속했습니다. 여기 연단에 톰슨이 있습니다. 그는 키가 크고 날씬하며 금속테 안경을 쓰고 있습니다. 그는 자신 있게 그리고 큰 소리로 말합니다. 연사의 조수들은 즉시 참석한 사람들 앞에서 시범 실험을 준비하고 있다. 실제로, 키 큰 안경을 쓴 신사가 이야기했던 모든 것이 일어났습니다. 튜브의 음극선은 순응적으로 편향되어 자기장과 전기장을 끌어당겼습니다. 더욱이, 그것들은 가장 작은 음전하를 띤 입자들로 구성되어 있다고 가정한다면, 그들이 마땅히 그래야 하는 대로 정확히 편향되고 끌어당겨졌습니다 ... 청취자들은 기뻐했습니다. 그들은 박수로 보고서를 반복해서 중단했습니다. 결승전은 모든 기대를 뛰어 넘었습니다. 이 고대 홀은 아마도 그런 승리를 본 적이 없었을 것입니다. 왕립학회의 존경하는 회원들은 자리에서 벌떡 일어나 시연 테이블로 황급히 달려가 붐비며 팔을 흔들며 외쳤다... 참석한 사람들의 기쁨은 동료 J. J. Thomson이 그토록 설득력 있게 음극선의 본질을 드러냈다는 사실 때문이 아닙니다. 문제는 훨씬 더 심각했습니다. 물질의 첫 번째 빌딩 블록인 원자는 더 이상 내부 구조가 없는 뚫을 수 없고 나눌 수 없는 기본 둥근 알갱이가 아니었습니다. 음전하를 띤 입자가 입자에서 날아갈 수 있다면 원자는 무언가로 구성된 일종의 복잡한 시스템이었을 것입니다. 양전하를 띤 전기와 음전하를 띤 소체 - 전자. 가장 작은 전하의 크기를 나타내기 위해 Stoney가 제안한 "전자"라는 이름은 나눌 수 없는 "전기 원자"의 이름이 되었습니다. 이제 미래 검색의 가장 필요한 방향이 표시되었습니다. 우선, 물론 모든 원소의 원자 질량을 명확히하고 분자 질량을 계산하고 올바른 반응 준비를위한 권장 사항을 제공 할 수 있도록 한 전자의 정확한 전하와 질량을 결정하는 것이 필요했습니다 ... 내가 말할 수 있는 것은 전자의 전하의 정확한 값에 대한 지식이 공기처럼 필요했기 때문에 많은 물리학자들이 즉시 그것을 결정하기 위한 실험에 착수했다는 것입니다. 1904년 Thomson은 새로운 원자 모델을 발표했습니다. 그것은 또한 균일하게 양전하를 띠는 구체였으며, 그 내부에서 음전하를 띤 입자가 회전했으며 그 수와 배열은 원자의 성질에 따라 다릅니다. 과학자는 구 내부의 소체의 안정적인 배열이라는 일반적인 문제를 해결하지 못하고 소체가 구의 중심을 지나는 동일한 평면에 놓여 있는 특정 경우를 해결했습니다. 각 고리에서 소체는 스펙트럼과 관련된 가설의 저자인 다소 복잡한 움직임을 만들었습니다. 그리고 껍질 고리를 따른 소체의 분포는 주기율표의 수직 기둥에 해당합니다. 그들은 한 번 기자가 GJ에게 "그의 원자"의 구조를 제안하는 방법을 명확하게 설명하도록 요청했다고 말합니다. "오, 아주 간단해요." 교수가 침착하게 대답했다. 그래서 Thomson 원자는 음의 "건포도"로 채워진 양전하를 띤 "푸딩"인 전자와 같은 과학의 역사에 들어갔습니다. Thomson 자신은 "건포도 푸딩" 구조의 복잡성을 잘 알고 있었습니다. 과학자는 원자의 전자 분포의 특성이 주기적인 요소 시스템에서 그 위치를 결정한다는 결론에 매우 근접했지만 거의 근접했습니다. 최종 결론은 아직 나오지 않았다. 그가 제안한 모델의 대부분은 여전히 설명할 수 없습니다. 예를 들어, 아무도 원자의 양전하 질량이 무엇인지, 다양한 원소의 원자에 얼마나 많은 전자가 포함되어야 하는지를 이해하지 못했습니다. Thomson은 물리학자들에게 전자를 제어하는 방법을 가르쳤으며 이것이 그의 주요 장점입니다. Thomson 방법의 개발은 전자 광학, 진공관 및 현대 입자 가속기의 기초를 형성합니다. 톰슨은 가스를 통한 전기의 통과에 대한 연구로 1906년 노벨 물리학상을 수상했습니다. Thomson은 또한 양전하 입자를 연구하는 방법을 개발했습니다. 1913년에 출판된 그의 논문 Rays of Positive Electricity는 질량 분광학의 시작을 알렸습니다. Thomson의 기술을 개발하면서 그의 제자 Aston은 최초의 질량 분석기를 만들고 동위원소 분석 및 분리 방법을 개발했습니다. Thomson의 실험실에서 기본 전하의 첫 번째 측정은 전기장에서 하전된 구름의 움직임을 관찰하는 것에서 시작되었습니다. 이 방법은 Millikan에 의해 더욱 개선되었으며 전자 전하의 현재 고전적인 측정으로 이어졌습니다. Thomson의 학생이자 공동 작업자인 Wilson이 1911년에 지은 유명한 구름 챔버는 Cavendish 실험실에서 시작되었습니다. 따라서 원자 및 핵 물리학의 형성과 발전에서 Thomson과 그의 학생들의 역할은 매우 큽니다. 그러나 Thomson은 그의 삶이 끝날 때까지 에테르의 지지자로 남아 있었고 에테르에서 운동 모델을 개발했으며 그 결과는 그의 의견으로는 관찰 된 현상이었습니다. 따라서 그는 자기장에서 음극 빔의 편향을 자이로스코프의 세차 운동으로 해석하여 전기장과 자기장의 조합에 회전 모멘트를 부여했습니다. 톰슨은 30년 1940월 XNUMX일 나치의 침공 위협이 그녀를 덮쳤을 때 영국에 어려운 시기에 사망했습니다. 저자: Samin D.K.
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