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汤姆孙

英国物理学家J.J.汤姆孙.

Thomson,早期曾译为汤姆森、汤姆逊。名字为汤姆孙的科学家,最著名的有以下几位:W.汤姆孙(William Thomson),即开尔文男爵(Lord Kelvin 1824-1907),英国物理学家,在物理学很多领域有卓越贡献。J.J.汤姆孙(Joseph John Thomson,1857-1940),英国物理学家,电子的发现者。因通过气体电传导性的研究,测出电子的电荷与质量的比值,1906年获诺贝尔物理学奖。G.P.汤姆孙(George Paget Thomson,1892-1975),英国物理学家,J.J.汤姆孙之子,因通过实验发现受电子照射的晶体中的干涉现象,1937年获得物理学奖。

汤姆孙父( J.J.汤姆孙)子( G.P.汤姆孙)分别于1906年、1937年获得物理学奖,是诺贝尔奖历史上6次“子承父业”奇迹之一。

 

J.J.汤姆孙

The Life of Sir J.J. Thomson.

 

J.J.汤姆孙 (Jospeh John Thomson,1857~1940)英国物理学家,电子的发现者。1856年12月18日生于曼彻斯特郊区齐山姆的一个出版商家庭。14时进欧文学院学习。他原想成为工程师,在一位物理教师影响下决心转攻物理学。1876年成为剑桥大学三一学院的数学研究生。1880年,他通过了一项艰难而荣誉的考试,继1854年麦克斯韦以后第二位取得数学优等荣誉学位。次年,成为三一学院研究员。1884年春被选为英国皇家学会会员,随后转入卡文迪什实验室工作。1884年2月他完成精确测定电量绝对单位与电磁单位比值等实验研究,即被评选为卡文迪什实验室教授,接替瑞利的主任职位,这时他年仅27岁。1905年接替瑞利担任皇家学院自然哲学教授。1911~1913年任英国皇家学会副会长,1915~1920年任会长。1918年起担任三一学院院长。1919年他辞去长达34年的卡文迪什实验室教授职位,推荐他的学生卢瑟福继任,而自己留在实验室继续进行研究工作又长达21年。1940年8月30日在剑桥逝世。

J.J.汤姆孙

 

发现电子

 

汤姆孙最重要的贡献是发现了电子。最初,由于对麦克斯韦的电磁辐射理论感兴趣,他进行了阴极射线的研究。X射线的发现使人们对气体电离行为的考察更加深人,在阴极射线本质的争论中他明确支持粒子说。接着他用一个巧妙的实验成功地证实了阴极射线在电场和磁场中发生偏转──这是判定阴极射线确实是带电粒子的决定性证据。继而,他采用静电偏转力和磁场偏转力相抵消等方法确定阴极射线粒子的速度,测量出这些粒子的荷质比,并进一步测出它们的质量约为氢原子质量的1/1837。由此推断,阴极射线粒子比原子要小得多,可见这种粒子是组成一切原子的基本材料。汤姆孙于1897年4月30日宣布了他的发现。后来人们命名这种粒子为电子。电子是人类所认识的第一种基本粒子。此后,他又提出了“电子浸浮于均匀正电球”的原子结构模型(汤姆孙模型)。该模型虽然在后来被卢瑟福的核原子模型所替代,但它是建立原子结构模型的开端。1906年,由于汤姆孙对电子研究的重要贡献而被授予诺贝尔物理奖。1908年又被册封为爵士。

J.J.汤姆孙

 

发展了质谱方法

 

汤姆孙的另一个重要贡献是在研究极隧射线(穿过阳极细孔的带正电的粒子流)时发展了质谱方法。他的方法经过同事F.阿斯顿(F.W.Aston,1877~1945)的改进和完善,发展为今天的质谱仪。在极隧射线的研究中,他根据实验现象最先指出,普通元素也可能有同位素。1913年首次用物理方法成功地分离出了稳定元素的同位素,从而确立了这一事实。他也是经典金属电子论的创始人之一。

J.J.汤姆孙

 

卓越的教师和科研事业领导人

 

此外,汤姆孙还是一位卓越的教师和科研事业领导人,他在担任卡文迪什实验室教授期间。创建了完整的研究生培养制度和培育了良好的学术风气。他理论与实验并重,特别提倡自制仪器,又善于抓住要害,进行精确的理论分析。他的博学、敏捷、科学直觉、想象力与创造力带领着一大批学者前进在科学前沿上,使卡文迪什实验室成为国际物理前沿研究中心之一。他的学生有7人获诺贝尔奖,27人取得英国皇家学会会员资格。他还努力促进大学与中学物理教学的提高,写出了几本出色的教材。英国能够在20世纪前30年在原子物理学领域保持重要的领先地位,汤姆孙的有力指导和优秀教学能力起了相当作用。

J.J.汤姆孙

 

趣闻轶事

 

约瑟夫·约翰·汤姆孙爵士,OM,FRS(Sir Joseph John Thomson,1856年12月18日-1940年8月30日),英国物理学家,电子的发现者。

汤姆孙1856年出生于英格兰的曼彻斯特附近,苏格兰人家庭。他在曼彻斯特的欧文学院学习了工程学,搬到了剑桥大学三一学院。1884年他成为卡文迪许物理学教授,即卡文迪许实验室主任。1890年他与露丝·佩杰特结婚,并养育了两个孩子。他的学生之一是欧内斯特·卢瑟福,卢瑟福于1919年接替汤姆孙就任卡文迪许物理学教授。

The Cavendish Laboratory, Cambridge.

受到詹姆斯·克拉克·麦克斯韦工作的影响和X射线的发现,他推导出阴极射线(参见阴极射线管)存在于带负电的粒子,他称之为"微粒",这种微粒现在认识为电子。电子曾经被约翰斯东·斯通尼提出过,作为电化学中电荷的单位,但是汤姆孙认识到电子也是亚原子粒子,这一点是第一次被发现。1897年他的发现为人所知,并在科学圈内引起了轰动,并最终于1906年被授予诺贝尔物理学奖。 极富戏剧性的是,他的儿子乔治·佩吉特·汤姆孙(G.P.Thomson)后来因证实电子是一种波而被授予诺贝尔物理学奖。(参见波粒二象性)。

 

人物传记

 

约瑟夫约翰汤姆孙出生于 1856年在奇塔姆山,曼彻斯特,英国。他的母亲,艾玛 Swindells,来自当地的纺织家庭。他的父亲,约瑟夫詹姆斯汤姆孙,经营了一个从苏格兰(因此苏格兰拼写他的姓氏)的伟大的曾祖父创办的古籍书店。他有一个弟弟-弗雷德里克弗农汤姆孙,比他小两岁。 他的早期教育在小的私立学校,他表现出极大的天赋和兴趣的科学。 1870年他考入欧文斯学院。他那时只有14岁,他异常年轻。他的父母计划招收他作为夏普,斯图尔特公司,机车制造商的见习工程师。但当他的父亲死于1873年,这些计划都被打断。 1876年,他转移到三大学院之一-剑桥。 1880年,他获得了数学学士学位(第二牧马和第二史密斯奖)和MA(与亚当斯奖)于 1883年,1884年他成为卡文迪什物理学教授。他的一个学生是欧内斯特卢瑟福,他被视为约瑟夫约翰汤姆孙以后的接班人。

Thomson and classmates at Cambridge University, 1879.

1890年他和罗丝伊丽莎白佩吉特结婚,爱德华乔治爵士佩吉特,KCB医生的女儿。然后担任剑桥大学物理学教授。1884年6月12日,汤姆逊被选为英国皇家学会院士;1915年至1920年为英国皇家学会会长。 他生了一个儿子-乔治佩吉特汤姆孙和一个女儿-琼佩吉特汤姆逊。汤姆逊的一个最大的贡献,现代科学在他的心理角色为一个高度天赋的老师。他的七个研究助理和他的儿子获得了上述诺贝尔奖物理学。他的儿子获得了诺贝尔文学奖在1937年证明的波浪属性的电子。 他被授予诺贝尔文学奖,于1906年“承认他的伟大理论的优点和实验研究上的传导电的气体。” 于 1908年他被封为爵士,获委任为订购优异于 1912年。 1914年他给 Romanes在牛津演讲 “原子论”。 1918年他成为大师的三大学院之一-剑桥,在那里待着直到他死亡。1940年8月30日,他去世了,被埋葬在靠近艾萨克牛顿的威斯敏斯特教堂。

George_Paget_Thomson----英国物理学家G.P.汤姆孙

 

G.P.汤姆孙

 

乔治·佩吉特·汤姆孙爵士,FRS(皇家学会)(Sir George Paget Thomson,1892年5月3日-1975年9月10日),英国物理学家,英国皇家学会会员,1937年获得诺贝尔物理学奖。

乔治·佩吉特·汤姆孙的父亲J·J·汤姆孙是1906年诺贝尔物理学奖获得者。

George Paget Thomson,1892-1975,因通过实验发现受电子照射的晶体中的干涉现象,1937年获得物理学奖。

汤姆孙父( J.J.汤姆孙)子( G.P.汤姆孙)分别于1906年、1937年获得物理学奖,是诺贝尔奖历史上6次“子承父业”奇迹之一。

G.P.汤姆孙(1892~1975) 英国物理学家,物理学家J.J.汤姆孙的独生子。1892年5月3日 生于同地,1975年9月10日卒于剑桥 。曾就读剑桥 大学三一学院 。第一次世界大战中曾服役于皇家空军。1922年任伦敦帝国自然科学院的物理学教授 。1952年起 ,任剑桥大学基督圣体学院院长 ,至1962年退休。第二次世界大战期间,担任英国原子能委员会会长。1943年授封为爵士。曾与其父合写过《原子》一书 。G.P.汤姆孙的主要贡献是从电子束射过薄金箔所产生的衍射图的实验中求得的衍射波长,正好与L.V.德布罗意所预言的电子波的波长相符,因而证实了电子的波动性 。几乎同时,C.J.戴维森也由电子束经晶体表面的漫反射的衍射实验而得到同样的结论,为此两人共获1937年的诺贝尔物理学奖。

 

汤姆孙父子

 

J.J.汤姆孙(1856~1940)电子的发现者。1856年12月8日生于曼彻斯特郊区的齐山姆,1940年8月30日卒于剑桥。1876年为剑桥大学三一学院的数学研究生,此后在剑桥度过一生。1883年因其对流体涡流的研究成果获亚当斯奖金。1884年被选为英国皇家学会会员,随后转入卡文迪什实验室工作。当年12月,他精确地测定了电量的静电单位与电磁单位的数值比(2.997×1010厘米/秒)而被评选为卡文迪什实验室教授,接替了B.瑞利的主任职位;1905年他接替瑞利任皇家学院的自然哲学教授。1915~1920年任英国皇家学会会长。1919年他辞去卡文迪什实验室主任职位,由其学生E.卢瑟福继任,但他仍在该实验室继续工作达21年之久。

汤姆孙在对J.C.麦克斯韦的名著《电磁学专论》的再版工作中,对该书作了注解、更正和补充;并将研究注意力集中到带电粒子的电学问题,这对他此后对物质的电结构的研究有重要的影响。

汤姆孙的最大贡献是从阴极射线实验中,发现并确定了重要的基本粒子——电子的存在,并用电磁致偏的方法测定了其荷质比值约为氢离子对应值的2000倍左右,从而初步确定了这种最轻粒子的质量。他的另一贡献是通过对极隧(阳极)射线的研究,发明了质谱方法,并用它成功地分离出原子量分别为22和20的氖的两种同位素,后经F.阿斯顿改进为现代的质谱仪。这些研究引起当时原子构造理论的革命。汤姆孙也是研究气体导电的权威人士,为此以及他对麦克斯韦电磁理论的发展工作,而使他获得1906年的诺贝尔物理学奖。

汤姆孙还是一位卓越的导师,他的研究助手中有7人获诺贝尔奖。20世纪初期,他是亚原子粒子物理领域中最有影响的人。著作有《气体导电》,为两册,第3版是经他与其子G.P.汤姆孙共同修改补充而成的。

G.P.汤姆孙(1892~1975)英国物理学家,物理学家J.J.汤姆孙的独生子。1892年5月3日生于同地,1975年9月10日卒于剑桥。曾就读剑桥大学三一学院。第一次世界大战中曾服役于皇家空军。1922年任伦敦帝国自然科学院的物理学教授。1952年起,任剑桥大学基督圣体学院院长,至1962年退休。第二次世界大战期间,担任英国原子能委员会会长。1943年授封为爵士。曾与其父合写过《原子》一书。G.P.汤姆孙的主要贡献是从电子束射过薄金箔所产生的衍射图的实验中求得的衍射波长,正好与L.V.德布罗意所预言的电子波的波长相符,因而证实了电子的波动性。几乎同时,C.J.戴维森也由电子束经晶体表面的漫反射的衍射实验而得到同样的结论,为此两人共获1937年的诺贝尔物理学奖。

卡文迪许实验室旧址的入口处.

 

卡文迪许实验室

 

卡文迪许实验室(Cavendish Laboratory),即是剑桥大学的物理系,研究领域包括了天体物理学、粒子物理学、固体物理学、生物物理学。由著名的英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦于1871年创立,1874年建成实验室,以英国物理学家和化学家亨利·卡文迪许的名字命名。当时的剑桥大学校长威廉·卡文迪许私人捐款帮助了实验室的筹建。

 

历史

 

卡文迪许实验室是近代科学史上第一个社会化和专业化的科学实验室。它的建立标志着实验室已不再约束于科学家私家住宅中的地下室和阁楼。

1937年卢瑟福去世后,布拉格接替他成为实验室主任。当时,核物理学需要大量资金建造新的仪器,世界核物理学的研究中心已经开始向经济实力雄厚的美国转移。布拉格上任后,实验室的主要研究方向从原本擅长的核物理转向固体物理学。此外,他还大力支持新兴的边缘学科,如用X射线衍射方法研究蛋白质和DNA等生物大分子,利用英国空军废弃的雷达改造成射电望远镜研究天体物理,后来卡文迪许实验室获得的两个诺贝尔奖都与此有关。

Cavendish-plaque_retouch_b.

 

历任主任

 

历任实验室主任(卡文迪许教授):

 

• 1871年 - 1879年:詹姆斯•克拉克•麦克斯韦

• 1879年 - 1884年:约翰•斯特拉斯,第三代瑞利男爵

• 1884年 - 1919年:约瑟夫•汤姆孙

• 1919年 - 1937年:欧内斯特•卢瑟福

• 1938年 - 1953年:威廉•劳伦斯•布拉格

• 1954年 - 1971年:内维尔•莫特

• 1971年 - 1982年:派帕德(A.Brian Pippard,1920- )

• 1983年 - 1995年:萨姆•爱德华(Sam Edwards)

• 1995年 - 今:里查德•弗伦德(Richard H.Friend,1953- )

 

重要的研究成果

 

• 1897年,约瑟夫•汤姆孙研究阴极射线时发现电子。

• 1935年,詹姆斯•查德威克发现中子。

• 1937年,乔治•汤姆孙进行电子衍射实验,证明波粒二象性。

• 1953年,詹姆斯•沃森与佛朗西斯•克里克发现脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构,1962年获得诺贝尔生理学或医学奖(另一位获奖者威尔金斯属于伦敦大学国王学院)。

• 1974年,乔丝琳•贝尔及其导师安东尼•休伊什发现脉冲星。

实验室建立以来,已有28名研究人员获得诺贝尔奖。

Southern aspect of the laboratory at its current site, viewed from across the lake.

 

诺贝尔奖得主

 

卡文迪许实验室从1874年至1989年一共产生了28位诺贝尔奖得主。

 

• 约翰•斯特拉斯,第三代瑞利男爵(物理,1904)

• 约瑟夫•汤姆孙(物理,1906)

• 欧内斯特•卢瑟福(化学,1908)

• 威廉•劳伦斯•布拉格(物理,1915)

• 查尔斯•格洛弗•巴克拉(物理,1917)

• 弗朗西斯•阿斯顿(化学,1922)

• 查尔斯•威耳逊(物理,1927)

• 阿瑟•康普顿(物理,1927)

• 欧文•理查森(物理,1928)

• 詹姆斯•查德威克(物理,1935)

• 乔治•汤姆孙(物理,1937)

• 爱德华•维克托•阿普尔顿(物理,1947)

• 帕特里克•布莱克特(物理,1948)

• 约翰•考克饶夫(物理,1951)

• 欧内斯特•沃吞(物理,1951)

• 弗朗西斯•克里克(生理学或医学,1962)

• 詹姆斯•杜威•沃森(生理学或医学,1962)

• 马克斯•佩鲁茨(化学,1962)

• 约翰•肯德鲁(化学,1962)

• 多萝西•克劳福特•霍奇金(化学,1964)

• 布赖恩•戴维•约瑟夫森(物理,1973)

• 马丁•赖尔(物理,1974)

• 安东尼•休伊什(物理,1974)

• 内维尔•莫特(物理,1977)

• 菲利普•沃伦•安德森(物理,1977)

• 彼得•卡皮查(物理,1978)

• 阿兰•麦克莱德•科马克(生理学或医学,1979)

• 亚伦•克拉格(化学,1982)

• 诺曼•福斯特•拉姆齐(物理,1989)

 

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