約瑟夫·湯姆生 - 生平簡介

約瑟夫·約翰·湯姆生（JosephJohnThomson,1856年12月18日—1940年8月30日）,英國物理學(xué)家,電子的發(fā)現(xiàn)者。約瑟夫·約翰·湯姆生1856年湯姆生出生于英格蘭的曼徹斯特附近,蘇格蘭人家庭。他在曼徹斯特的歐文學(xué)院學(xué)習(xí)了工程學(xué),搬到了劍橋大學(xué)三一學(xué)院。1884年他成為卡文迪許物理學(xué)教授,即卡文迪許實驗室主任。1890年他與露絲·佩杰特結(jié)婚,并養(yǎng)育了兩個孩

子。他的學(xué)生之一是歐內(nèi)斯特·盧瑟福,盧瑟福于1919年接替湯姆生就任卡文迪許物理學(xué)教授。受到詹姆斯·克拉克·麥克斯韋工作的影響和X射線的發(fā)現(xiàn),他推導(dǎo)出陰極射線（參見陰極射線管）存在于帶負(fù)電的粒子,他稱之為“微粒”,這種微粒現(xiàn)在認(rèn)識為電子。電子曾經(jīng)被約翰斯東·斯通尼提出過,作為電化學(xué)中電荷的單位,但是湯姆生認(rèn)識到電子也是亞原子粒子,這一點是第一次被發(fā)現(xiàn)。1897年他的發(fā)現(xiàn)為人所知,并在科學(xué)圈內(nèi)引起了騷動,并最終于1906年被授予諾貝爾物理學(xué)獎。極富戲劇性的是,他的兒子喬治·佩杰特·湯姆生（G.P.Thomson）后來因證實電子是一種波而被授予諾貝爾物理學(xué)獎.通俗演義——電子的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn):　　

花開兩朵,各表一枝。自從放電管問世以來,人們紛紛研究真空放電,無意中生出許多課題。那倫琴從管中陰極發(fā)出的射線發(fā)現(xiàn)了X射線,貝克勒爾又從對X射線的研究發(fā)現(xiàn)了鈾的天然放射性,居里夫婦又進(jìn)一步從對鈾礦的研究發(fā)現(xiàn)了鐳。鐳可以自己發(fā)光發(fā)熱,這又給物理學(xué)提出了一個無法解釋的大難題。從陰極射線引出的一個鏈條,環(huán)環(huán)相扣,續(xù)續(xù)而生,未有窮盡。但是陰極射線本身到底是什么呢？自然有人會考慮這個問題,這個人就是英國物理學(xué)家湯姆生(1856－1940)�！　�

湯姆生1856年12月18日生于英國的曼徹斯特。他父親本是一個擺攤賣書報的小販,后來靠著自己的奮斗成了一名專印大學(xué)課本的著名的書商。他從自己的切身經(jīng)歷中深知沒有知識的苦衷,但發(fā)誓要教子成材,請了家庭教師指導(dǎo)兒子的學(xué)業(yè),并注意培養(yǎng)他的藝術(shù)素養(yǎng)。老湯姆生雖是一名書商,可是因職業(yè)關(guān)系平時來往的卻都是曼徹斯特大學(xué)的教授,屋里也還有點書香氣。湯姆生有嚴(yán)父督教,又有這樣一個環(huán)境薰陶,學(xué)業(yè)大進(jìn),十四歲便考進(jìn)了曼徹斯特大學(xué),二十歲被保送到劍橋大學(xué)三一學(xué)院,二十七歲就被選為皇家物理學(xué)會的會員。1884年卡文迪許實驗室主任瑞利年老體表宣布辭職,大家都等著看誰來繼任這個全歐洲學(xué)術(shù)界最引人注目的職位,結(jié)果瑞利卻推薦了湯姆生,這年他才剛滿28

這時一場曠日持久的大爭論正在等待他的加入。六十年代英國物理學(xué)家克魯克斯發(fā)明了一種管子——克魯克斯管,在一個玻璃管里嵌上相對的兩塊金屬板,兩板各與一條電路相聯(lián),一塊是陰極,一塊是陽極,管內(nèi)空氣抽得越來越稀薄時,就會出現(xiàn)種種不同的顏色,這種光是由陰極發(fā)出的。它到底是什么呢？以德國物理學(xué)家赫茲、林納德為首的一派認(rèn)為陰極射線是類似于光的東西,是電磁波,以英國物理學(xué)家克魯克斯為首的一派認(rèn)為這是一束帶負(fù)電的粒子流。赫茲說,既然是粒子流為什么它能順利通過放在管內(nèi)它們路徑上的各種屏障,而又不給屏上穿出洞呢？只有波才有這種特性;克魯克斯說,既然是光一類的波,為什么我把一塊磁鐵靠近管子時,它就發(fā)生偏轉(zhuǎn)呢？只有帶電粒子才會受磁場的影響。這簡直就像當(dāng)年牛頓和胡克、惠更斯?fàn)幷摴獾牟�粒性一�?又是一場難斷的官司。雙方都是當(dāng)時最知名的權(quán)威,這場辯論竟持續(xù)了20多年沒有結(jié)果。就在1896年,湯姆生正好40歲時;英國科學(xué)促進(jìn)會最高委員會將湯姆生召來要他的實驗室來解決這樁懸案。　　

好個湯姆生,由他來擔(dān)當(dāng)此任真是再合適不過了,他在電磁學(xué)方面有極扎實的功底,又有一手高超的實驗技術(shù)。接受任務(wù)后他先將以往的研究成果仔細(xì)回顧一番,發(fā)現(xiàn)其實早在1834年法拉第總結(jié)電解定律時已經(jīng)初步涉及到這個問題。實驗證明,所有化合價為一價的元素,電解出一克化學(xué)當(dāng)量的物質(zhì),都需要96493庫侖的電量。而一克當(dāng)量物質(zhì)所含的粒子數(shù)正是阿弗加德羅常量,即6.0238×10^23個。這樣就可算出每個粒子上所帶的電量為4,802×10^-10絕對靜電量,它是電的最小單位。就是說電是由這么一點點的小東西集結(jié)而成的,揭示了電的粒子性。阿弗加德羅常量是1870年才確定的,七十年代、八十年代,對這個問題的研究更加深入。1874年英國物理學(xué)家斯通尼明確提出用“電子”一詞來表示電的一個最小單位。但是為什么還是爭論不休呢？因為到此為止也還只是一種理論計算,就像當(dāng)初居里夫婦發(fā)現(xiàn)鐳的放射性,但并沒有測出鐳的原子量,化學(xué)家就直搖頭一樣�，F(xiàn)在只推算出電子,而不知道他的重量、性質(zhì),物理學(xué)家們自然不服,于是湯姆生毅然決定要稱稱電子的重量。　　

這可真是異想天開,你要捉一個原子來放在天平上都不可能,一個電子又如何稱法？這個主意只有湯姆生想得到,也只

有他能做到。他既是一個理論物理學(xué)家,又是一個實驗物理學(xué)家,設(shè)計實驗是他的拿手好戲。他立即把學(xué)生們叫到一起,準(zhǔn)備好一個陰極射線管,射線從陰極一端發(fā)出后,穿過兩個很窄的縫,成一細(xì)束,打在管子的底部,而底部已準(zhǔn)備好精確的刻度,以便觀察射線的偏轉(zhuǎn)。在射線經(jīng)過的路上,上下各準(zhǔn)備兩塊金屬電極板,形成一個電場。當(dāng)金屬板不通電時射線沿直線打在管底一個點上,通電后射線受電場的影響發(fā)生偏轉(zhuǎn),并且根據(jù)偏轉(zhuǎn)的方向可知它是帶負(fù)電的粒子束。這時再加一個磁場,使它沿相反方向偏轉(zhuǎn),又校正到原來的位置。這真是一個極妙的實驗,一絲陰極射線隨著電場和磁場的強(qiáng)弱變化忽上忽下,就像有兩只無形的手來回爭著將它拉過來拉過去。湯姆生最后讓它固定在正中的位置上,對他的學(xué)生說：“現(xiàn)在我們可以來稱電子的重量了。這時磁場力和電場力的大小正好相等,方向相反。根據(jù)這個條件我們先來求出陰極射線微粒的飛行速度。知道了速度就可進(jìn)一步測其他物理量。比如,我現(xiàn)在撤掉電場,粒子只受磁場力作曲線運(yùn)動,我們就可求得它的電荷與質(zhì)量之比。有了這許多數(shù)據(jù)我們就可以去推算質(zhì)量。只是那法拉第等人當(dāng)初是通過電解定律來推算每個粒子上所帶的電量,為了證明這個數(shù)據(jù)我們最好另換一種方法�！薄　�

這時在座的一位學(xué)生應(yīng)聲答道：“我這里有一種辦法可以一試�！�

1940年8月30日湯姆生在劍橋逝世．

約瑟夫·湯姆生 - 成就

約瑟夫?約翰?湯姆生（1856-1940）由于在氣體導(dǎo)電方面的理論和實驗研究，榮獲1906年諾貝爾物理學(xué)獎。

湯姆生出生于英國曼徹斯特郊區(qū)。他14歲進(jìn)曼徹斯特歐文學(xué)院學(xué)習(xí)工程，1876年入劍橋大學(xué)三一學(xué)院。后來進(jìn)入卡文迪許實驗室，師從1904年度的諾貝爾物理獎得主瑞利進(jìn)行電磁場理論的實驗研究工作。1884年，年僅28歲便當(dāng)選為皇家學(xué)會會員。

當(dāng)時，關(guān)于陰極射線的研究，有兩派學(xué)說，一派是克魯克斯、佩蘭等人的微粒說，認(rèn)為陰極射線是帶負(fù)電的“分子流”；另一派是哥德斯坦、赫茲等人的波動說，認(rèn)為陰極射線是一種電磁波．湯姆生用旋轉(zhuǎn)鏡法測量了陰極射線的速度，否定了陰極射線是電磁波．他又通過陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)，得出了陰極射線是帶負(fù)電的粒子流的結(jié)論．他進(jìn)一步測定了這種粒子的比荷，與當(dāng)時已知的電解中生成的氫離子的荷質(zhì)比相比較，他假定陰極射線的電荷與氫離子的電荷相等而符號相反，從而得出陰極射線粒子的質(zhì)量約為氫原子的千分之一．他還給放電管中充入各種氣體進(jìn)行試驗，發(fā)現(xiàn)其荷質(zhì)比跟管中氣體的種類無關(guān)．他又用鉛和鐵分別作電極，其結(jié)果也不改變．由此他得出結(jié)論，這種粒子必定是所有物質(zhì)的共同組成成分．湯姆生把這種粒子叫做“電子”．1897年湯姆生的發(fā)現(xiàn)，使人類認(rèn)識了第一個基本粒子，這在物理學(xué)史上是有劃時代意義的．1906年，湯姆生由于在氣體導(dǎo)電方面的理論和實驗研究而榮獲諾貝爾物理學(xué)獎．

在當(dāng)時陰極射線的研究微粒說與波動說爭論的背景下，湯姆生用旋轉(zhuǎn)鏡法測量了陰極射線的速度，否定了電磁波學(xué)說。他又通過陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)，得出了陰極射線是帶負(fù)電的粒子流的結(jié)論。進(jìn)一步測定了這種粒子的比荷，與氫離子的荷質(zhì)比相比較，證明陰極射線粒子的質(zhì)量約為氫原子的千分之一。他還給放電管中充入各種氣體進(jìn)行試驗，發(fā)現(xiàn)其荷質(zhì)比跟管中氣體的種類無關(guān)。他又用鉛和鐵分別作電極，其結(jié)果也不改變。由此他得出結(jié)論，這種粒子必定是所有物質(zhì)的共同組成成分。湯姆生把這種粒子叫做"電子"。湯姆生1897年的這一發(fā)現(xiàn)，使人類認(rèn)識了第一個基本粒子，在物理學(xué)史上具有劃時代意義，他也被稱為"最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人"。于1904年提出了一種原子模型。認(rèn)為原子是一個平均分布著正電荷的粒子，其中鑲嵌著許多電子，中和了正電荷，從而形成了中性原子。

湯姆生在擔(dān)任卡文迪許實驗物理教授及實驗室主任的34年間，培養(yǎng)了眾多的人才，其中，有九位學(xué)生獲得了諾貝爾獎金。他認(rèn)為大學(xué)應(yīng)是培養(yǎng)會思考、有獨立工作能力的人才的場所，不是用"現(xiàn)成的機(jī)器"投影造成出"死的成品"的工廠。

他擁有《電與磁的現(xiàn)代研究》《電與磁數(shù)學(xué)基本理論》等眾多著述。在他成名之后，好多國家邀他去講學(xué)，但他從不輕易應(yīng)允。如美國著名的普林斯頓大學(xué)曾幾度請他去講學(xué)，最后他才答應(yīng)去講六個小時。這足以說明他治學(xué)十分嚴(yán)謹(jǐn)，不講則已，講則要有新的創(chuàng)見、要有意義。

約瑟夫·湯姆生 - 成長故事

在約瑟夫?湯姆生的成長過程當(dāng)中，父親產(chǎn)生了十分重大的作用。父親從自己的切身經(jīng)歷當(dāng)中深刻體會到與學(xué)校無

緣的痛苦以及知識對于人生的重要性，所以下定決心要在兒子身上彌補(bǔ)自己的終生遺憾。

約瑟夫?湯姆生父親小的時候，非�？释麑W(xué)習(xí)，可是偏偏天不遂人愿，由于家境貧寒，他沒有條件上學(xué)。從小就靠走街串巷地買報紙為自己謀生糊口，后來長大一些，就開始在街上擺了個書攤，經(jīng)過多年的艱苦奮斗，才逐漸改變窘迫的狀況，成為一位有名的書商。

為了彌補(bǔ)自己的遺憾，更為了兒子能有好的前途和未來。老湯姆生從兒子小時候開始，就于生活中的點點滴滴之中，讓他明白學(xué)習(xí)知識的重要性，教育兒子學(xué)會利用一切機(jī)會和條件來學(xué)習(xí)知識，還努力培養(yǎng)小湯姆生學(xué)習(xí)的興趣和習(xí)慣�？墒�，畢竟老湯姆生自己所受到的教育不多，文化水平也不高，在具體指導(dǎo)兒子學(xué)習(xí)知識這方面的能力是有限的，就不惜重金為兒子聘請了一位家庭教師來指導(dǎo)他的學(xué)習(xí)，自己則在一邊加以嚴(yán)格督促，還不斷地提出新的要求，防止兒子已取得進(jìn)步就驕傲起來。如果小湯姆生感覺學(xué)習(xí)累了，他就陪著兒子彈鋼琴，讓兒子得到松弛和調(diào)節(jié)以后，再鼓勵兒子繼續(xù)堅持學(xué)習(xí)。就是在父親這樣認(rèn)真的幫助和監(jiān)督下，湯姆生從小就受到嚴(yán)格的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，不僅掌握了牢固的基礎(chǔ)知識，還養(yǎng)成了認(rèn)真刻苦、孜孜以求的學(xué)習(xí)態(tài)度和強(qiáng)烈的求知欲望，他從來不把學(xué)習(xí)當(dāng)作是一件辛苦的負(fù)擔(dān)，而是鍛煉大腦的過程，從中能夠得到無限的樂趣，這一切都為湯姆生后來取得累累碩果奠定了堅實的基礎(chǔ)。

在父親的堅定支持下，小湯姆生在良好的基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)當(dāng)中得到了良好的科學(xué)素養(yǎng)，再加上先天的資質(zhì)聰穎，他很早的時候就表現(xiàn)出杰出的才能。十四的時候就考入了著名的曼徹斯特大學(xué)，二十歲的時候就被免試保送到英才輩出的劍橋大學(xué)三一學(xué)院深造。

約瑟夫?湯姆生對科學(xué)研究非常入迷，一心一意地?fù)湓谘芯抗ぷ魃�。這種著迷程度甚至把愛情都置之度外。英俊瀟灑、才華橫溢的他不乏眾多的美麗少女向他求愛，但他都置之不理。甚至在自己心愛的露斯寫信向他求婚的時候，他仍然提出當(dāng)自己獲得亞當(dāng)斯物理獎以后再結(jié)婚的要求，所以直到他三十四歲的時候才結(jié)婚。這足以看出，小時候父親的家教賦予了他對科學(xué)研究的多么強(qiáng)烈的執(zhí)著精神！

約瑟夫·湯姆生 - 參考資料

http://www.1088.com.cn/gzhx/shiyanqu/chem1ziliao/1tms.doc