約瑟夫·湯姆孫 - 個人經(jīng)歷
約瑟夫·約翰·湯拇遜1856年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年接替湯姆孫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)出陰極射線存在于帶負電的粒子，他稱之為“微�！保@種微�，F(xiàn)在認識為電子。
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，但是湯姆孫認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)引起了轟動，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·佩吉特·湯姆孫后來因證實電子是一種波而被授予諾貝爾物理學(xué)獎。
約瑟夫·湯姆孫 - 學(xué)習(xí)過程
聽過一些麥克斯韋的講課，而且正是在作為卡文迪許教授的麥克斯韋的繼任者瑞利勛爵的指導(dǎo)下，湯姆遜完成了幾篇理論性論文，1884年，瑞利按照他原來的許諾(只擔(dān)任五年)辭去了卡文迪許教授職務(wù)。湯姆遜申請這個職位，他述說：“沒有認真考慮過這項工作和所要負的責(zé)任”就申請了。他只有28歲，沒有想到會當(dāng)選，但出乎他的意料，他當(dāng)選了。
這些選舉人要么非常走運要么是非常有遠見的。湯姆遜說：“我覺得自己象一個釣魚的人，用一只輕巧的釣魚具，在一個意想不到的地方拋出了一線釣絲，釣到了一條魚，這條魚太重而使這個釣魚的人不能把它吊到岸上來。我覺得接替一位象瑞利勛爵這樣享有盛名的人是困難的�！敝档米⒁獾氖牵惶猁溈怂鬼f，雖然在另外的地方湯姆遜談到了關(guān)于第一任卡文迪許教授的委任。
約瑟夫·湯姆孫 - 實驗研究
1883年，湯姆遜寫了一篇與原子核有關(guān)的渦旋環(huán)理論的獲獎?wù)撐�，并由此開始了他的氣體放電的實驗研究。他稱x射線使氣體導(dǎo)電的現(xiàn)象為“電離”，并通過電離現(xiàn)象的研究證實了陰極射線是很小的帶電粒子。1897年，湯姆遜仔細地測量了這些陰極射線的磁偏轉(zhuǎn)以及單位電荷傳輸?shù)募訜嵝?yīng)，分別給出了上述帶電粒子的電荷與質(zhì)量之比 e/m和電荷與動能之比e/mv2，從而定出了這種粒子的荷質(zhì)比e/m和速度v。他發(fā)現(xiàn)這種粒子的荷質(zhì)比約為法拉第發(fā)現(xiàn)的最輕原子的荷質(zhì)比的2000倍，從而首先提供了電子存在的直接證據(jù)。
隨后，他又在卡文迪什實驗室進行的電磁場偏轉(zhuǎn)實驗和威爾遜云室的徑跡觀察中最終確認了電子，從而確定所有物質(zhì)至少都包含電子這種共同的成分。湯姆遜還提出了原子的“葡萄干模型”，但是，后來的實驗證實了這個模型是不正確的。
另外，湯姆遜在研究了原子中的電子對x射線的散射后，結(jié)合巴克拉的結(jié)果，證明了原子中的電子數(shù)目約為原子質(zhì)量數(shù)的一半，指出了原子序數(shù)的重要性。他還在一篇關(guān)于能量轉(zhuǎn)換的論文中指出，能量必須同時具有質(zhì)量和動量，從而部分地預(yù)見到運動的帶電粒子的波粒二象性和愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式E=mc2。
約瑟夫·湯姆孫 - 電子的發(fā)現(xiàn)
電子的發(fā)現(xiàn)，打破了“原子是物質(zhì)結(jié)構(gòu)最小單元”的觀念，揭示了電的本質(zhì)。同時，電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一個基本粒子，它的發(fā)現(xiàn)使人們對物質(zhì)世界的認識向前邁出了一大步，因此發(fā)現(xiàn)電子的湯姆遜被后人譽為“最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的科學(xué)家”。湯姆遜把劍橋大學(xué)的卡文迪什實驗室發(fā)展成為當(dāng)時最大的研究中心，數(shù)百名優(yōu)秀的科學(xué)家在此受過訓(xùn)練，其中有8人獲得諾貝爾獎，在這8位獲獎?wù)咧�，�?位曾在他的親自指導(dǎo)下從事研究工作。
約瑟夫·湯姆孫 - 荷電粒子的理論
1897年8月，他寫下了現(xiàn)在仍然十分有名的文章。在這篇論文里，他描述了“為了檢驗荷電粒子的理論”所做的實驗，將他的測量結(jié)果應(yīng)用到確定組成陰極射線的粒子的荷質(zhì)比上去。從同樣的實驗中，他也導(dǎo)出了粒子的速度。這里是他的推理的一個摘要：由一給定電流攜帶的總電量Q等于它所有的粒子數(shù)N乘每一個粒子的電荷e：Ne=Q然后，通過測量產(chǎn)生的熱的辦法來測量由粒子所傳輸?shù)哪芰縒，這個值必須等于質(zhì)量為m、速度為v的這些粒子的動能 1/2Nmυ²＝W 用磁學(xué)辦法使粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，他知道：mv/e=Bp，這里p是軌道的曲率半徑，B是磁場。因為能量，電量，磁場和曲率半徑是可測量的，他能推論出 e/m=2W/(Q²B²p²)具有值2.3x1017(靜電單位電量/克)，遠大于電解法中離子的荷質(zhì)比e/m。
在他1897年的文章中，湯姆遜敘述了另一個令人注意的觀察結(jié)果：構(gòu)成陰極射線的微粒都是一樣的，與管內(nèi)陰極或?qū)﹃帢O或氣體的成份無關(guān)。這里有一個所有物質(zhì)的普適成份。
