Debata o tym, kto odkrył elektron, jak dotąd nie ucichła. W roli odkrywcy cząstki elementarnej, obok Josepha Thomsona, niektórzy historycy nauki widzą Hendrika Lorentza i Petera Zeemana, inni - Emila Wiecherta, jeszcze inni - Philipa Lenarda. Kim więc jest naukowiec, który odkrył elektron?
Atom oznacza niepodzielny
Koncepcja „atom” została wprowadzona do użytku przez filozofów. Starożytny grecki myśliciel Leucippus w V wieku p.n.e. mi. zasugerował, że wszystko na świecie składa się z maleńkich cząstek. Jego uczeń - Demokryt nazwał je atomami. Według filozofa atomy są „cegłami” wszechświata, niepodzielnymi i wiecznymi. Właściwości substancji zależą od ich kształtu i struktury zewnętrznej: atomy płynącej wody są gładkie, metalowe mają profilowane zęby, które nadają ciału twardość.
Wybitny rosyjski naukowiec M. W. Łomonosow, twórca teorii atomowo-molekularnej, wierzył, że w składzie prostych substancji, korpuskuły (cząsteczki) są tworzone przez jeden typ atomów, złożone - przez różne typy.
Chemik samouk John D alton (Manchester) w 1803 roku, opierając się nadane eksperymentalne i przyjmując masę atomów wodoru jako konwencjonalną jednostkę, ustaliły względne masy atomowe niektórych pierwiastków. Teoria atomistyczna Anglika miała ogromne znaczenie dla dalszego rozwoju chemii i fizyki.
Kto odkrył elektron?
Na początku XX wieku zgromadzono szereg danych eksperymentalnych, które dowiodły złożoności struktury atomu. Należą do nich zjawisko efektu fotoelektrycznego (G. Hertz, A. Stoletov 1887), odkrycie promieni katodowych (Yu. Plyukker, V. Kruks, 1870) i rentgenowskich (V. Roentgen, 1895), promieniotwórczość (A Becquerel, 1896).
Naukowcy, którzy pracowali z promieniami katodowymi, podzielili się na dwa obozy: jedni przyjęli falowy charakter zjawiska, inni - korpuskularny. Wymierne rezultaty osiągnął profesor Wyższej Szkoły Normalnej (Lille, Francja) Jean Baptiste Peren. W 1895 roku wykazał poprzez eksperymenty, że promienie katodowe są strumieniem ujemnie naładowanych cząstek. Może Peren jest fizykiem, który odkrył elektron?
Na skraju wielkich rzeczy
Fizyk i matematyk George Stoney (Royal Irish University, Dublin) w 1874 r. wyraził założenie o dyskrecji elektryczności. W którym roku i przez kogo odkryto elektron? W toku prac eksperymentalnych nad elektrolizą to D. Stoney wyznaczył wartość minimalnego ładunku elektrycznego (jednak uzyskany wynik (10-20 C) był 16 razy mniejszy niż rzeczywisty). W 1891 r. irlandzki naukowiec nazwał jednostkę elementarnego ładunku elektrycznego „elektronem” (od starożytnej greki"bursztynowy").
Rok później Hendrik Lawrence (Leiden University, Holandia) sformułował główne założenia swojej teorii elektronów, zgodnie z którymi struktura każdej substancji opiera się na dyskretnych ładunkach elektrycznych. Naukowcy ci nie są uważani za odkrywców cząstki, ale ich teoretyczne i praktyczne badania stały się wiarygodną podstawą przyszłego odkrycia Thomsona.
Nieustający entuzjasta
Na pytanie, kto i kiedy odkrył elektron, encyklopedie dają jasną i jednoznaczną odpowiedź - Joseph John Thomson w 1897 roku. Na czym więc polega zasługa angielskiego fizyka?
Ojciec przyszłego prezesa Royal Society of London był księgarzem i od dzieciństwa zaszczepił w synu miłość do drukowanego słowa i pragnienie nowej wiedzy. Po ukończeniu Owens College (od 1903 - University of Manchester) i Uniwersytetu Cambridge w 1880, młody matematyk Joseph Thomson dołączył do Cavendish Laboratory. Badania eksperymentalne całkowicie urzekły młodego naukowca. Koledzy zauważyli jego niestrudzenie, determinację i niezwykły zapał do pracy praktycznej.
W 1884 roku, w wieku 28 lat, Thomson został mianowany dyrektorem laboratorium, zastępując Lorda C. Rayleigha. Pod przewodnictwem Thomsona laboratorium w ciągu następnych 35 lat stało się jednym z największych ośrodków światowej fizyki. E. Rutherford, N. Bohr, P. Langevin rozpoczęli swoją podróż stąd.
Uwaga na szczegóły
Thomson rozpoczął swoją pracę nad badaniem promieni katodowych od sprawdzania eksperymentówjego poprzednicy. Do wielu eksperymentów wykonano specjalny sprzęt według osobistych rysunków dyrektora laboratorium. Po otrzymaniu jakościowego potwierdzenia eksperymentów Thomson nie pomyślał, aby na tym poprzestać. Widział swoje główne zadanie w dokładnym ilościowym określeniu natury promieni i ich cząstek składowych.
Nowa lampa, zaprojektowana do kolejnych eksperymentów, zawierała nie tylko zwykłą katodę i elektrody przyspieszające (w postaci płytek i pierścieni) z napięciem odchylającym. Strumień ciałek kierowany był na ekran pokryty cienką warstwą materii, która świeciła w momencie uderzenia cząstek. Przepływ miał być kontrolowany przez połączony efekt pola elektrycznego i magnetycznego.
Części atomu
Trudno być pionierem. Jeszcze trudniej jest bronić przekonań, które stoją w sprzeczności z koncepcjami utrwalonymi od tysiącleci. Wiara w siebie, w swój zespół uczyniła Thomsona osobą, która odkryła elektron.
Doświadczenie dało oszałamiające rezultaty. Masa cząstek okazała się 2 tys. razy mniejsza niż jonów wodorowych. Stosunek ładunku ciałka do jego masy nie zależy od prędkości przepływu, właściwości materiału katody ani rodzaju ośrodka gazowego, w którym następuje wyładowanie. Zasugerowano wniosek, który przeczył wszelkim podstawom: ciałka są uniwersalnymi cząsteczkami materii w składzie atomu. Raz po raz Thomson pilnie i dokładnie sprawdzał wyniki eksperymentów i obliczeń. Kiedy nie było już żadnych wątpliwości, do Royal Society of London sporządzono raport o naturze promieni katodowych. Wiosną 1897 r. atomprzestał być niepodzielny. W 1906 roku Joseph Thomson otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Nieznany Johann Wiechert
Nazwisko Johanna Emila Wiecherta, profesora geofizyki w Köningsbör, a następnie Uniwersytetu w Getyndze, badacza sejsmografii naszej planety, jest lepiej znane w kręgach zawodowych geologów i geografów. Ale jest też znany fizykom. To jedyna osoba, którą oficjalna nauka wraz z Thomsonem uznaje za odkrywcę elektronu. A żeby być absolutnie precyzyjnym, praca opisująca eksperymenty i obliczenia Wiecherta została opublikowana w styczniu 1897 roku – cztery miesiące wcześniej niż raport Anglika. Kto odkrył elektron, został już historycznie przesądzony, ale fakt pozostaje.
Dla odniesienia: Thomson nie użył terminu „elektron” w żadnej ze swoich prac. Użył nazwy „ciałka”.
Kto odkrył proton, neutron i elektron?
Po odkryciu pierwszej cząstki elementarnej zaczęto robić założenia dotyczące możliwej struktury atomu. Jeden z pierwszych modeli zaproponował sam Thomson. Atom, mówi, jest jak kawałek budyniu z rodzynkami: ujemne cząstki są osadzone w dodatnio naładowanym ciele.
W 1911 roku Ernest Rutherford (Nowa Zelandia, Wielka Brytania) zasugerował, że model atomu ma strukturę planetarną. Dwa lata później postawił hipotezę o istnieniu dodatnio naładowanej cząstki w jądrze atomu i po uzyskaniu jej eksperymentalnie nazwał ją protonem. Przepowiedział też obecność w jądrze obojętnej cząstki o masie protonu (neutron odkrył w 1932 r. angielski naukowiec J. Chadwick). W 1918 roku Joseph Thomson przekazał zarządzanie laboratorium Ernestowi Rutherfordowi.
Czy trzeba powiedzieć, że odkrycie elektronu pozwoliło nam na nowo przyjrzeć się właściwościom elektrycznym, magnetycznym i optycznym materii. Trudno przecenić rolę Thomsona i jego zwolenników w rozwoju fizyki atomowej i jądrowej.
