थॉमसन भौतिक विज्ञानी की जीवनी. जोसेफ जॉन थॉमसन की जीवनी

अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जोसेफ जॉन थॉमसन का जन्म मैनचेस्टर के एक उपनगर चीथम हिल में जोसेफ जेम्स और एम्मा (नी स्विंडेल्स) थॉमसन के घर हुआ था। क्योंकि उनके पिता, जो एक पुस्तक विक्रेता थे, चाहते थे कि लड़का इंजीनियर बने, उन्हें चौदह साल की उम्र में ओवेन्स कॉलेज (अब मैनचेस्टर विश्वविद्यालय) भेज दिया गया। हालाँकि, दो साल बाद पिता की मृत्यु हो गई, जिससे उनका बेटा बिना धन के रह गया। हालाँकि, उन्होंने अपनी माँ की वित्तीय सहायता और छात्रवृत्ति निधि की बदौलत अपनी पढ़ाई जारी रखी।

ओवेन्स कॉलेज ने थॉमसन के करियर में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई क्योंकि इसमें एक उत्कृष्ट संकाय था और उस समय के अधिकांश कॉलेजों के विपरीत, प्रयोगात्मक भौतिकी में पाठ्यक्रम थे। 1876 में ओवेन्स में इंजीनियर की उपाधि प्राप्त करने के बाद, थॉमसन ने कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के ट्रिनिटी कॉलेज में प्रवेश लिया। यहां उन्होंने गणित और सैद्धांतिक भौतिकी की समस्याओं में इसके अनुप्रयोगों का अध्ययन किया। उन्होंने 1880 में गणित में स्नातक की डिग्री प्राप्त की। अगले वर्ष उन्हें ट्रिनिटी कॉलेज की अकादमिक परिषद का सदस्य चुना गया और कैम्ब्रिज में कैवेंडिश प्रयोगशाला में काम करना शुरू किया।

1884 में, प्रायोगिक भौतिकी के प्रोफेसर और कैवेंडिश प्रयोगशाला के निदेशक के रूप में जेम्स क्लर्क मैक्सवेल के उत्तराधिकारी जे. डब्ल्यू. स्ट्रेट ने इस्तीफा दे दिया। थॉमसन ने यह पद संभाला, भले ही वह तब केवल सत्ताईस वर्ष के थे और प्रायोगिक भौतिकी में अभी तक कोई उल्लेखनीय सफलता हासिल नहीं की थी। हालाँकि, एक गणितज्ञ और भौतिक विज्ञानी के रूप में उन्हें अत्यधिक महत्व दिया गया था, और उन्होंने मैक्सवेल के विद्युत चुंबकत्व के सिद्धांत को सक्रिय रूप से लागू किया था, जिसे इस पद के लिए उनकी सिफारिश करते समय पर्याप्त माना गया था।

प्रयोगशाला में अपनी नई जिम्मेदारियाँ संभालने के बाद, थॉमसन ने निर्णय लिया कि उनके शोध की मुख्य दिशा गैसों की विद्युत चालकता का अध्ययन होना चाहिए। वह विशेष रूप से उन प्रभावों में रुचि रखते थे जो तब उत्पन्न होते हैं जब एक ग्लास ट्यूब के विपरीत छोर पर रखे गए इलेक्ट्रोड के बीच एक विद्युत निर्वहन गुजरता है जहां से लगभग सभी हवा को बाहर निकाल दिया गया है। कई शोधकर्ताओं, और उनमें से अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी विलियम क्रुक्स ने, ऐसी गैस-डिस्चार्ज ट्यूबों में होने वाली एक जिज्ञासु घटना की ओर ध्यान आकर्षित किया। जब गैस पर्याप्त रूप से विरल हो जाती है, तो कैथोड (नकारात्मक इलेक्ट्रोड) के विपरीत अंत में स्थित ट्यूब की कांच की दीवारें हरे रंग की रोशनी के साथ चमकने लगती हैं, जो स्पष्ट रूप से कैथोड पर उत्पन्न होने वाले विकिरण के प्रभाव में होती है।

कैथोड किरणों ने वैज्ञानिक समुदाय में बहुत रुचि जगाई और उनकी प्रकृति के संबंध में सबसे विवादास्पद राय व्यक्त की गई। ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी आमतौर पर मानते थे कि ये किरणें आवेशित कणों की एक धारा थीं। इसके विपरीत, जर्मन वैज्ञानिक आम तौर पर यह मानने के इच्छुक थे कि वे किसी काल्पनिक भारहीन माध्यम में गड़बड़ी - शायद दोलन या धाराएं थीं - जिसमें उनका मानना था कि विकिरण फैलता है। इस दृष्टिकोण से, कैथोड किरणों को पराबैंगनी प्रकाश के समान एक प्रकार की उच्च आवृत्ति वाली विद्युत चुम्बकीय तरंग माना जाता था। जर्मनों ने हेनरिक हर्ट्ज़ के प्रयोगों का हवाला दिया, जिनके बारे में माना जाता है कि उन्होंने यह पता लगाया था कि कैथोड किरणें, चुंबकीय क्षेत्र द्वारा विक्षेपित होने पर, एक मजबूत विद्युत क्षेत्र के प्रति असंवेदनशील रहती हैं। इससे इस विचार का खंडन होना चाहिए था कि कैथोड किरणें आवेशित कणों की एक धारा हैं, क्योंकि विद्युत क्षेत्र हमेशा ऐसे कणों के प्रक्षेप पथ को प्रभावित करता है। यदि ऐसा था, फिर भी, जर्मन वैज्ञानिकों के प्रयोगात्मक तर्क पूरी तरह से आश्वस्त नहीं रहे।

1895 में विल्हेम रॉन्टगन की एक्स-रे की खोज से कैथोड किरणों और संबंधित घटनाओं पर अनुसंधान को बढ़ावा मिला। वैसे, विकिरण का यह रूप, जो पहले अप्रत्याशित था, गैस-डिस्चार्ज ट्यूबों में भी होता है (लेकिन कैथोड पर नहीं, बल्कि एनोड पर)। अर्नेस्ट रदरफोर्ड के साथ काम करते हुए थॉमसन ने जल्द ही पता लगाया कि एक्स-रे के साथ गैसों को विकिरणित करने से उनकी विद्युत चालकता में काफी वृद्धि हुई है। एक्स-रे आयनीकृत गैसें, अर्थात्। उन्होंने गैस परमाणुओं को आयनों में बदल दिया, जो परमाणुओं के विपरीत, चार्ज होते हैं और इसलिए अच्छे वर्तमान वाहक के रूप में काम करते हैं। थॉमसन ने दिखाया कि यहां होने वाली चालकता कुछ हद तक समाधान में इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान आयनिक चालकता के समान है।

अपने छात्रों के साथ गैसों में चालकता का एक बहुत ही उपयोगी अध्ययन करने के बाद, थॉमसन, अपनी सफलताओं से प्रोत्साहित होकर, एक अनसुलझी समस्या की चपेट में आ गए जिसने उन्हें कई वर्षों तक परेशान किया था, अर्थात् कैथोड किरणों की संरचना। अपने अन्य अंग्रेज़ सहकर्मियों की तरह, वह कैथोड किरणों की कणिका प्रकृति के प्रति आश्वस्त थे, उनका मानना था कि वे तेज़ आयन या कैथोड से निकलने वाले अन्य विद्युतीकृत कण हो सकते हैं। हर्ट्ज़ के प्रयोगों को दोहराते हुए, थॉमसन ने दिखाया कि वास्तव में कैथोड किरणें विद्युत क्षेत्रों द्वारा विक्षेपित होती हैं। (हर्ट्ज़ का नकारात्मक परिणाम इस तथ्य के कारण था कि उसकी डिस्चार्ज ट्यूबों में बहुत अधिक अवशिष्ट गैस थी।) थॉमसन ने बाद में नोट किया कि "विद्युत बलों द्वारा कैथोड किरणों का विक्षेपण काफी ध्यान देने योग्य हो गया, और इसकी दिशा ने संकेत दिया कि के घटक कण कैथोड किरणें ऋणात्मक आवेश वाली थीं। यह परिणाम कैथोड कणों पर विद्युत और चुंबकीय बलों के प्रभाव के बीच विरोधाभास को समाप्त करता है। लेकिन इसके और भी बहुत मायने हैं. यहां इन कणों की गति v, साथ ही e/m को मापने का एक तरीका आता है, जहां m कण का द्रव्यमान है, और e इसका विद्युत आवेश है।

थॉमसन द्वारा प्रस्तावित विधि बहुत सरल थी। सबसे पहले, कैथोड किरणों की किरण को एक विद्युत क्षेत्र द्वारा विक्षेपित किया गया था, और फिर एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा इसे विपरीत दिशा में समान मात्रा में विक्षेपित किया गया था, जिससे अंततः किरण फिर से सीधी हो गई। इस प्रायोगिक तकनीक का उपयोग करके, सरल समीकरण प्राप्त करना संभव हो गया, जिससे दोनों क्षेत्रों की ताकत को जानकर, वी और ई/एम दोनों को निर्धारित करना आसान हो गया।

इस प्रकार कैथोड "कॉर्पसक्ल्स" (जैसा कि थॉमसन उन्हें कहते हैं) के लिए पाया गया ई/एम मान हाइड्रोजन आयन के संबंधित मान से 1000 गुना अधिक निकला (अब हम जानते हैं कि वास्तविक अनुपात 1800:1 के करीब है)। सभी तत्वों में हाइड्रोजन का आवेश-द्रव्यमान अनुपात सबसे अधिक है। यदि, जैसा कि थॉमसन का मानना था, कणिकाओं में हाइड्रोजन आयन, एक ("इकाई" विद्युत आवेश) के समान आवेश होता है, तो उन्होंने सबसे सरल परमाणु की तुलना में 1000 गुना हल्की एक नई इकाई की खोज की थी।

इस अनुमान की पुष्टि तब हुई जब थॉमसन, सी. टी. आर. विल्सन द्वारा आविष्कार किए गए एक उपकरण का उपयोग करके ई के मूल्य को मापने में सक्षम हुए और दिखाया कि यह वास्तव में हाइड्रोजन आयन के संबंधित मूल्य के बराबर था। उन्होंने आगे पता लगाया कि कैथोड किरण कणिकाओं के लिए चार्ज-टू-मास अनुपात इस बात पर निर्भर नहीं करता है कि डिस्चार्ज ट्यूब में कौन सी गैस है या इलेक्ट्रोड किस सामग्री से बने हैं। इसके अलावा, समान ई/एम अनुपात वाले कणों को गर्म करने पर कोयले से और पराबैंगनी किरणों के संपर्क में आने पर धातुओं से अलग किया जा सकता है। इससे उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि “परमाणु पदार्थ की विभाज्यता की अंतिम सीमा नहीं है; हम आगे बढ़ सकते हैं - कणिका की ओर, और यह कणिका चरण एक ही है, इसकी उत्पत्ति के स्रोत की परवाह किए बिना... यह, जाहिरा तौर पर, विभिन्न प्रकार की परिस्थितियों में सभी प्रकार के पदार्थों का एक अभिन्न अंग है, ऐसा लगता है कणिका को उन निर्माण खंडों में से एक मानना बिल्कुल स्वाभाविक है, जिनसे परमाणु का निर्माण होता है।"

थॉमसन आगे बढ़े और परमाणु का एक मॉडल प्रस्तावित किया जो उनकी खोज के अनुरूप था। 20वीं सदी की शुरुआत में. उन्होंने परिकल्पना की कि परमाणु एक सकारात्मक विद्युत आवेश वाला एक धुंधला गोला है, जिसमें नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन (जैसा कि अंततः कणिका कहा जाने लगा) वितरित थे। यह मॉडल, हालांकि इसे जल्द ही रदरफोर्ड द्वारा प्रस्तावित परमाणु के परमाणु मॉडल द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया था, इसमें ऐसी विशेषताएं थीं जो उस समय के वैज्ञानिकों के लिए मूल्यवान थीं और उनकी खोजों को प्रेरित करती थीं।

थॉमसन को 1906 में "गैसों में बिजली की चालकता के सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक अध्ययन के क्षेत्र में उनकी विशिष्ट सेवाओं की मान्यता में" भौतिकी में नोबेल पुरस्कार मिला। पुरस्कार विजेता के प्रस्तुति समारोह में, रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज के सदस्य जे.पी. क्लासन ने थॉमसन को "दुनिया को कई प्रमुख कार्य देने के लिए बधाई दी, जो हमारे समय के प्राकृतिक दार्शनिक को नई दिशाओं में नए शोध करने में सक्षम बनाते हैं।" यह दिखाकर कि परमाणु पदार्थ का अंतिम अविभाज्य कण नहीं है, जैसा कि लंबे समय से माना जाता था, थॉमसन ने वास्तव में भौतिक विज्ञान के एक नए युग का द्वार खोल दिया।

1906 से 1914 के बीच थॉमसन ने प्रायोगिक गतिविधि की अपनी दूसरी और आखिरी प्रमुख अवधि शुरू की। उन्होंने डिस्चार्ज ट्यूब में कैथोड की ओर बढ़ने वाली चैनल किरणों का अध्ययन किया। हालाँकि विल्हेम विएन ने पहले ही दिखाया था कि चैनल किरणें सकारात्मक रूप से आवेशित कणों की एक धारा थीं, थॉमसन और उनके सहयोगियों ने उनकी विशेषताओं पर प्रकाश डाला और इन किरणों में विभिन्न प्रकार के परमाणुओं और परमाणु समूहों की पहचान की। अपने प्रयोगों में, थॉमसन ने परमाणुओं को अलग करने का एक बिल्कुल नया तरीका प्रदर्शित किया, जिसमें दिखाया गया कि कुछ परमाणु समूह, जैसे सीएच, सीएच 2 और सीएच 3, मौजूद हो सकते हैं, हालांकि सामान्य परिस्थितियों में उनका अस्तित्व अस्थिर है। यह भी महत्वपूर्ण है कि वह यह पता लगाने में सक्षम था कि अक्रिय गैस नियॉन के नमूनों में दो अलग-अलग परमाणु भार वाले परमाणु थे। इन आइसोटोप की खोज ने रेडियम और यूरेनियम जैसे भारी रेडियोधर्मी तत्वों की प्रकृति को समझने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई।

प्रथम विश्व युद्ध के दौरान, थॉमसन ने अनुसंधान और आविष्कार कार्यालय में काम किया और सरकार के सलाहकार थे। 1918 में वे ट्रिनिटी कॉलेज के प्रमुख बने। एक साल बाद, रदरफोर्ड प्रायोगिक भौतिकी के प्रोफेसर और कैवेंडिश प्रयोगशाला के निदेशक के रूप में उनके उत्तराधिकारी बने। 1919 के बाद, थॉमसन की गतिविधियाँ ट्रिनिटी कॉलेज के प्रमुख के रूप में अपने कर्तव्यों को पूरा करने, कैवेंडिश प्रयोगशाला में अतिरिक्त शोध और लाभदायक निवेश तक सीमित थीं। उन्हें बागवानी का शौक था और वे अक्सर असामान्य पौधों की तलाश में लंबी सैर पर जाते थे।

थॉमसन ने 1890 में रोज़ पगेट से शादी की; उनका एक बेटा और बेटी थे। उनके बेटे, जे.पी. थॉमसन को 1937 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार मिला। थॉमसन की मृत्यु 30 अगस्त 1940 को हुई और उन्हें लंदन के वेस्टमिंस्टर एब्बे में दफनाया गया। थॉमसन ने न केवल अपने शानदार प्रायोगिक अनुसंधान के माध्यम से, बल्कि एक उत्कृष्ट शिक्षक और कैवेंडिश प्रयोगशाला के उत्कृष्ट निदेशक के रूप में भी भौतिकी को प्रभावित किया। इन गुणों से आकर्षित होकर, दुनिया भर के सैकड़ों सबसे प्रतिभाशाली युवा भौतिकविदों ने कैम्ब्रिज को अपने अध्ययन के स्थान के रूप में चुना। थॉमसन के नेतृत्व में कैवेंडिश में काम करने वालों में से सात नोबेल पुरस्कार विजेता बने। नोबेल पुरस्कार के अलावा, थॉमसन को कई अन्य पुरस्कार मिले, जिनमें रॉयल सोसाइटी ऑफ लंदन द्वारा दिए गए रॉयल (1894), ह्यूजेस (1902) और कोपले (1914) पदक शामिल हैं। वह 1915 में रॉयल सोसाइटी ऑफ लंदन के अध्यक्ष थे और 1908 में उन्हें प्रतिष्ठित किया गया था।

ओवेन्स कॉलेज ने टी. के करियर में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई, क्योंकि इसमें उत्कृष्ट रूप से सुसज्जित संकाय था और उस समय के अधिकांश कॉलेजों के विपरीत, प्रायोगिक भौतिकी में पाठ्यक्रम पढ़ाए जाते थे। 1876 में ओवेन्स में इंजीनियर की उपाधि प्राप्त करने के बाद, टी. ने कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के ट्रिनिटी कॉलेज में प्रवेश लिया। यहां उन्होंने गणित और सैद्धांतिक भौतिकी की समस्याओं में इसके अनुप्रयोगों का अध्ययन किया। उन्होंने 1880 में गणित में स्नातक की डिग्री प्राप्त की। अगले वर्ष उन्हें ट्रिनिटी कॉलेज की अकादमिक परिषद का सदस्य चुना गया और कैम्ब्रिज में कैवेंडिश प्रयोगशाला में काम करना शुरू किया।

1884 में जे.डब्ल्यू. प्रायोगिक भौतिकी के प्रोफेसर और कैवेंडिश प्रयोगशाला के निदेशक के रूप में जेम्स क्लर्क मैक्सवेल के उत्तराधिकारी स्ट्रेट ने इस्तीफा दे दिया है। टी. ने यह पद ग्रहण किया, भले ही वह तब केवल सत्ताईस वर्ष का था और प्रायोगिक भौतिकी में अभी तक कोई उल्लेखनीय सफलता हासिल नहीं कर पाया था। हालाँकि, एक गणितीय भौतिक विज्ञानी के रूप में उन्हें अत्यधिक महत्व दिया गया था; उन्होंने मैक्सवेल के विद्युत चुंबकत्व के सिद्धांत को सक्रिय रूप से लागू किया था, जिसे इस पद के लिए अनुशंसित करते समय पर्याप्त माना गया था।

प्रयोगशाला में अपनी नई जिम्मेदारियाँ संभालने के बाद, टी. ने निर्णय लिया कि उनके शोध की मुख्य दिशा गैसों की विद्युत चालकता का अध्ययन होना चाहिए। वह विशेष रूप से उन प्रभावों में रुचि रखते थे जो तब उत्पन्न होते हैं जब एक ग्लास ट्यूब के विपरीत छोर पर रखे गए इलेक्ट्रोड के बीच एक विद्युत निर्वहन गुजरता है जहां से लगभग सभी हवा को बाहर निकाल दिया गया है। अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी विलियम क्रुक्स सहित कई शोधकर्ताओं ने एक अनोखी घटना की ओर ध्यान आकर्षित किया जो ऐसी गैस-डिस्चार्ज ट्यूबों में होती है। जब गैस पर्याप्त रूप से विरल हो जाती है, तो कैथोड (नकारात्मक इलेक्ट्रोड) के विपरीत अंत में स्थित ट्यूब की कांच की दीवारें हरे रंग की रोशनी के साथ चमकने लगती हैं, जो स्पष्ट रूप से कैथोड पर उत्पन्न होने वाले विकिरण के प्रभाव में होती है।

1895 में विल्हेम रोएंटजेन की एक्स-रे की खोज से कैथोड किरणों और संबंधित घटनाओं पर अनुसंधान को बढ़ावा मिला। वैसे, विकिरण का यह रूप, जो पहले अप्रत्याशित था, गैस-डिस्चार्ज ट्यूबों में भी होता है (लेकिन कैथोड पर नहीं, बल्कि एनोड पर)। जल्द ही टी. ने अर्नेस्ट रदरफोर्ड के साथ काम करते हुए पाया कि गैसों को एक्स-रे से विकिरणित करने से उनकी विद्युत चालकता काफी बढ़ जाती है। एक्स-रे आयनीकृत गैसें, अर्थात्। उन्होंने गैस परमाणुओं को आयनों में बदल दिया, जो परमाणुओं के विपरीत, चार्ज होते हैं और इसलिए अच्छे वर्तमान वाहक के रूप में काम करते हैं। टी. ने दिखाया कि यहां उत्पन्न होने वाली चालकता कुछ हद तक समाधान में इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान आयनिक चालकता के समान है।

अपने छात्रों के साथ गैसों में चालकता का एक बहुत ही उपयोगी अध्ययन करने के बाद, टी., अपनी सफलताओं से प्रोत्साहित होकर, एक अनसुलझे मुद्दे की चपेट में आ गए जिसने उन्हें कई वर्षों तक परेशान किया था, अर्थात् कैथोड किरणों की संरचना। अपने अन्य अंग्रेज़ सहकर्मियों की तरह, वह कैथोड किरणों की कणिका प्रकृति के प्रति आश्वस्त थे, उनका मानना था कि वे तेज़ आयन या कैथोड से निकलने वाले अन्य विद्युतीकृत कण हो सकते हैं। हर्ट्ज़ के प्रयोगों को दोहराते हुए, टी. ने दिखाया कि वास्तव में कैथोड किरणें विद्युत क्षेत्रों द्वारा विक्षेपित होती हैं। (हर्ट्ज़ का नकारात्मक परिणाम इस तथ्य के कारण था कि उसकी गैस-डिस्चार्ज ट्यूबों में बहुत अधिक अवशिष्ट गैस थी।) टी. ने बाद में उल्लेख किया कि "विद्युत बलों द्वारा कैथोड किरणों का विक्षेपण काफी दृश्यमान हो गया था, और इसकी दिशा ने संकेत दिया कि कण कैथोड किरणों की रचना में ऋणात्मक आवेश होता है। यह परिणाम कैथोड कणों पर विद्युत और चुंबकीय बलों के प्रभाव के बीच विरोधाभास को समाप्त करता है। लेकिन इसके और भी बहुत मायने हैं. यहां इन कणों की गति v, साथ ही e/m को मापने का एक तरीका आता है, जहां m कण का द्रव्यमान है, और e इसका विद्युत आवेश है।

टी. द्वारा प्रस्तावित विधि बहुत सरल थी। सबसे पहले, कैथोड किरणों की किरण को एक विद्युत क्षेत्र द्वारा विक्षेपित किया गया था, और फिर एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा इसे विपरीत दिशा में समान मात्रा में विक्षेपित किया गया था, जिससे अंततः किरण फिर से सीधी हो गई। इस प्रायोगिक तकनीक का उपयोग करके, सरल समीकरण प्राप्त करना संभव हो गया, जिससे दोनों क्षेत्रों की ताकत को जानकर, वी और ई/एम दोनों को निर्धारित करना आसान हो गया।

इस प्रकार कैथोड "कॉर्पस्कल्स" (जैसा कि टी. उन्हें कहते हैं) के लिए पाया गया ई/एम मान हाइड्रोजन आयन के संबंधित मान से 1000 गुना अधिक निकला (अब हम जानते हैं कि वास्तविक अनुपात 1800:1 के करीब है) . सभी तत्वों में हाइड्रोजन का आवेश-द्रव्यमान अनुपात सबसे अधिक है। यदि, जैसा कि टी. का मानना था, कणिकाओं में हाइड्रोजन आयन, एक ("एकल" विद्युत आवेश) के समान आवेश होता है, तो उन्होंने एक नई इकाई की खोज की, जो सबसे सरल परमाणु से 1000 गुना हल्की थी।

इस अनुमान की पुष्टि तब हुई जब टी. ने सी.टी. द्वारा आविष्कृत एक उपकरण का उपयोग किया। आर. विल्सन, ई के मान को मापने और यह दिखाने में सक्षम थे कि यह वास्तव में हाइड्रोजन आयन के संबंधित मान के बराबर है। उन्होंने आगे पता लगाया कि कैथोड किरण कणिकाओं के लिए चार्ज-टू-मास अनुपात इस बात पर निर्भर नहीं करता है कि डिस्चार्ज ट्यूब में कौन सी गैस है या इलेक्ट्रोड किस सामग्री से बने हैं। इसके अलावा, समान ई/एम अनुपात वाले कणों को गर्म करने पर कोयले से और पराबैंगनी किरणों के संपर्क में आने पर धातुओं से अलग किया जा सकता है। इससे उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि “परमाणु पदार्थ की विभाज्यता की अंतिम सीमा नहीं है; हम आगे बढ़ सकते हैं - कणिका की ओर, और यह कणिका चरण एक ही है, इसकी उत्पत्ति के स्रोत की परवाह किए बिना... यह, जाहिरा तौर पर, विभिन्न प्रकार की परिस्थितियों में सभी प्रकार के पदार्थों का एक अभिन्न अंग है, ऐसा लगता है कणिका को उन निर्माण खंडों में से एक मानना बिल्कुल स्वाभाविक है, जिनसे परमाणु का निर्माण होता है।"

टी. आगे बढ़े और परमाणु का एक मॉडल प्रस्तावित किया जो उनकी खोज के अनुरूप था। 20वीं सदी की शुरुआत में. उन्होंने परिकल्पना की कि परमाणु एक सकारात्मक विद्युत आवेश वाला एक धुंधला गोला है, जिसमें नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन (जैसा कि अंततः कणिका कहा जाने लगा) वितरित थे। यह मॉडल, हालांकि इसे जल्द ही रदरफोर्ड द्वारा प्रस्तावित परमाणु के परमाणु मॉडल द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया था, इसमें ऐसी विशेषताएं थीं जो उस समय के वैज्ञानिकों के लिए मूल्यवान थीं और उनकी खोजों को प्रेरित करती थीं।

टी. को 1906 में "गैसों में बिजली की चालकता के सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक अध्ययन के क्षेत्र में उनकी उत्कृष्ट उपलब्धियों की मान्यता में" भौतिकी में नोबेल पुरस्कार मिला। पुरस्कार विजेता जे.पी. के प्रस्तुति समारोह में रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज के सदस्य क्लासन ने टी. को इस तथ्य पर बधाई दी कि उन्होंने "दुनिया को कई प्रमुख कार्य दिए जो हमारे समय के प्राकृतिक दार्शनिक को नई दिशाओं में नए शोध करने की अनुमति देते हैं।" यह दिखाकर कि परमाणु पदार्थ का अंतिम अविभाज्य कण नहीं है, जैसा कि लंबे समय से माना जाता था, टी. ने वास्तव में भौतिक विज्ञान के एक नए युग का द्वार खोल दिया।

1906 से 1914 के बीच टी. ने प्रायोगिक गतिविधि की अपनी दूसरी और आखिरी प्रमुख अवधि शुरू की। उन्होंने डिस्चार्ज ट्यूब में कैथोड की ओर बढ़ने वाली चैनल किरणों का अध्ययन किया। हालाँकि विल्हेम विएन ने पहले ही दिखाया था कि चैनल किरणें धनात्मक आवेशित कणों की एक धारा हैं, टी. और उनके सहयोगियों ने उनकी विशेषताओं पर प्रकाश डाला और इन किरणों में विभिन्न प्रकार के परमाणुओं और परमाणु समूहों की पहचान की। अपने प्रयोगों में, टी. ने परमाणुओं को अलग करने का एक बिल्कुल नया तरीका प्रदर्शित किया, जिसमें दिखाया गया कि कुछ परमाणु

सीएच, सीएच2 और सीएच3 जैसे समूह मौजूद हो सकते हैं, हालांकि सामान्य परिस्थितियों में उनका अस्तित्व अस्थिर होता है। यह भी महत्वपूर्ण है कि वह यह पता लगाने में सक्षम था कि अक्रिय गैस नियॉन के नमूनों में दो अलग-अलग परमाणु भार वाले परमाणु थे। इन आइसोटोप की खोज ने रेडियम और यूरेनियम जैसे भारी रेडियोधर्मी तत्वों की प्रकृति को समझने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई।

प्रथम विश्व युद्ध के दौरान, टी. ने अनुसंधान और आविष्कार कार्यालय में काम किया और सरकार के सलाहकार थे। 1918 में वे ट्रिनिटी कॉलेज के प्रमुख बने। एक साल बाद, रदरफोर्ड प्रायोगिक भौतिकी के प्रोफेसर और कैवेंडिश प्रयोगशाला के निदेशक के रूप में उनके उत्तराधिकारी बने।

1919 के बाद, टी. की गतिविधियाँ ट्रिनिटी कॉलेज के प्रमुख के कर्तव्यों को पूरा करने, कैवेंडिश प्रयोगशाला में अतिरिक्त शोध और धन के लाभदायक निवेश तक सीमित थीं। उन्हें बागवानी करना पसंद था और वे अक्सर असामान्य पौधों की तलाश में लंबी सैर पर जाते थे।

थॉमसन ने 1890 में रोज़ पगेट से शादी की; उनका एक बेटा और बेटी थे। उनके पुत्र जे.पी. थॉमसन को 1937 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार मिला। टी. की मृत्यु 30 अगस्त, 1940 को हुई और उन्हें लंदन के वेस्टमिंस्टर एब्बे में दफनाया गया।

टी. ने न केवल अपने शानदार प्रायोगिक अनुसंधान के परिणामों से, बल्कि एक उत्कृष्ट शिक्षक और कैवेंडिश प्रयोगशाला के एक उत्कृष्ट नेता के रूप में भी भौतिकी को प्रभावित किया। इन गुणों से आकर्षित होकर, दुनिया भर के सैकड़ों सबसे प्रतिभाशाली युवा भौतिकविदों ने कैम्ब्रिज को अपने अध्ययन के स्थान के रूप में चुना। टी. के नेतृत्व में कैवेंडिश में काम करने वालों में से सात अपने समय में नोबेल पुरस्कार विजेता बने।

नोबेल पुरस्कार के अलावा, टी. को कई अन्य पुरस्कार प्राप्त हुए, जिनमें रॉयल सोसाइटी ऑफ लंदन द्वारा दिए गए रॉयल (1894), ह्यूजेस (1902) और कोपले (1914) पदक शामिल हैं। वह 1915 में रॉयल सोसाइटी ऑफ लंदन के अध्यक्ष थे और 1908 में उन्हें प्रतिष्ठित किया गया था।

1897 में, ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी जोसेफ जॉन थॉमसन (1856-1940) ने निर्वात में विद्युत निर्वहन की प्रकृति का अध्ययन करने के उद्देश्य से प्रयोगों की एक श्रृंखला के बाद इलेक्ट्रॉन की खोज की। प्रसिद्ध वैज्ञानिक ने विद्युत आवेशित प्लेटों और चुम्बकों की किरणों के विक्षेपण की व्याख्या इस बात के प्रमाण के रूप में की कि इलेक्ट्रॉन परमाणुओं की तुलना में बहुत छोटे होते हैं।

महान भौतिक विज्ञानी और वैज्ञानिक को इंजीनियर बनना था

थॉमसन जोसेफ जॉन, महान और गुरु, को एक इंजीनियर बनना चाहिए था, ऐसा उनके पिता का मानना था, लेकिन उस समय परिवार के पास शिक्षा के लिए भुगतान करने का साधन नहीं था। इसके बजाय, युवा थॉमसन ने माचेस्टर और बाद में कैम्ब्रिज में कॉलेज में पढ़ाई की। 1884 में उन्हें कैम्ब्रिज में प्रायोगिक भौतिकी के प्रोफेसर के प्रतिष्ठित पद पर नियुक्त किया गया, हालाँकि उन्होंने व्यक्तिगत रूप से बहुत कम प्रायोगिक कार्य किया। उन्होंने उपकरण विकसित करने और संबंधित समस्याओं का निदान करने की प्रतिभा की खोज की। थॉमसन जोसेफ जॉन एक अच्छे शिक्षक थे, उन्होंने अपने छात्रों को प्रेरित किया और विश्वविद्यालय और माध्यमिक विद्यालयों में शिक्षण के विज्ञान को विकसित करने की व्यापक समस्या पर काफी ध्यान दिया।

नोबेल पुरस्कार विजेता

थॉमसन को कई अलग-अलग पुरस्कार मिले, जिनमें 1906 में भौतिकी का नोबेल पुरस्कार भी शामिल था। उन्हें अपने कुछ करीबी सहयोगियों को नोबेल पुरस्कार प्राप्त करते हुए देखकर भी बहुत खुशी हुई, जिसमें 1908 में रसायन विज्ञान में रदरफोर्ड भी शामिल थे। विलियम प्राउट और नॉर्मन लॉकयर जैसे कई वैज्ञानिकों ने प्रस्तावित किया है कि परमाणु ब्रह्मांड में सबसे छोटे कण नहीं हैं और वे अधिक मौलिक इकाइयों से बने हैं।

इलेक्ट्रॉन की खोज (संक्षेप में)

1897 में, थॉम्पसन ने प्रस्तावित किया कि बुनियादी इकाइयों में से एक परमाणु से 1000 गुना छोटी थी, इसे इलेक्ट्रॉन के रूप में जाना जाने लगा। वैज्ञानिक ने कैथोड किरणों के गुणों पर अपने शोध के माध्यम से इसकी खोज की। उन्होंने थर्मल संक्रमण किरणों से टकराने पर उत्पन्न गर्मी को मापकर कैथोड किरणों के द्रव्यमान का अनुमान लगाया और इसकी तुलना किरण के चुंबकीय विक्षेपण से की। उनके प्रयोगों से न केवल यह पता चलता है कि कैथोड किरणें हाइड्रोजन परमाणु की तुलना में 1000 गुना हल्की होती हैं, बल्कि यह भी कि परमाणु के प्रकार की परवाह किए बिना उनका द्रव्यमान समान था। वैज्ञानिक इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि किरणों में बहुत हल्के, नकारात्मक चार्ज वाले कण होते हैं, जो परमाणुओं के लिए एक सार्वभौमिक निर्माण सामग्री हैं। उन्होंने इन कणों को "कॉर्पसकल" कहा, लेकिन बाद में वैज्ञानिकों ने 1891 में जॉर्ज जॉन्सटन स्टोनी द्वारा प्रस्तावित "इलेक्ट्रॉन्स" नाम को प्राथमिकता दी।

थॉम्पसन के प्रयोग

विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के साथ कैथोड किरण किरणों के विक्षेपण की तुलना करके, भौतिक विज्ञानी ने इलेक्ट्रॉन के आवेश और द्रव्यमान का अधिक विश्वसनीय माप प्राप्त किया। थॉमसन का प्रयोग विशेष कैथोड किरण ट्यूबों के अंदर किया गया था। 1904 में, उन्होंने परिकल्पना की कि परमाणु मॉडल सकारात्मक पदार्थ के एक क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है जिसमें कणों की स्थिति इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों द्वारा निर्धारित की जाती है। परमाणु के आम तौर पर तटस्थ आवेश को समझाने के लिए, थॉम्पसन ने सुझाव दिया कि कणिकाओं को धनात्मक आवेश के एक समान क्षेत्र में वितरित किया गया था। इलेक्ट्रॉन की खोज ने यह विश्वास करना संभव बना दिया कि परमाणु को और भी छोटे भागों में विभाजित किया जा सकता है, और यह परमाणु का एक विस्तृत मॉडल बनाने की दिशा में पहला कदम था।

खोज का इतिहास

जोसेफ जॉन थॉमसन को व्यापक रूप से इलेक्ट्रॉन के खोजकर्ता के रूप में मान्यता प्राप्त है। प्रोफेसर ने अपने करियर का अधिकांश समय गैसों के माध्यम से बिजली के संचालन के विभिन्न पहलुओं पर काम करते हुए बिताया। 1897 में (जिस वर्ष इलेक्ट्रॉन की खोज हुई थी), उन्होंने प्रयोगात्मक रूप से साबित किया कि तथाकथित कैथोड किरणें वास्तव में गति में नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कण थे।

कई दिलचस्प प्रश्न सीधे तौर पर खोज प्रक्रिया से संबंधित हैं। यह स्पष्ट है कि कैथोड किरणों के लक्षण वर्णन का अध्ययन थॉमसन से पहले भी किया गया था, और कई वैज्ञानिकों ने पहले ही महत्वपूर्ण योगदान दिया था। तो क्या यह निश्चित रूप से कहना संभव है कि थॉमसन ही सबसे पहले इलेक्ट्रॉन की खोज करने वाले व्यक्ति थे? आख़िरकार, उन्होंने वैक्यूम ट्यूब या कैथोड किरणों की उपस्थिति का आविष्कार नहीं किया था। इलेक्ट्रॉन की खोज पूर्णतः संचयी प्रक्रिया है। श्रेय प्राप्त अग्रणी अपने पहले संचित सभी अनुभवों को सामान्यीकृत और व्यवस्थित करके एक बड़ा योगदान देता है।

थॉमसन कैथोड रे ट्यूब

इलेक्ट्रॉन की महान खोज विशेष उपकरणों का उपयोग करके और कुछ शर्तों के तहत की गई थी। थॉमसन ने एक विस्तृत कैथोड किरण ट्यूब का उपयोग करके प्रयोगों की एक श्रृंखला आयोजित की, जिसमें दो प्लेटें शामिल थीं जिनके बीच किरणें यात्रा कर रही थीं। जब विद्युत धारा एक ऐसे बर्तन से गुजरती है जिसमें से अधिकांश हवा निकाल दी गई है तो उत्पन्न होने वाली कैथोड किरणों की प्रकृति के बारे में लंबे समय से चले आ रहे विवाद को निलंबित कर दिया गया है।

यह बर्तन एक कैथोड किरण ट्यूब था। एक बेहतर वैक्यूम विधि का उपयोग करके, थॉमसन एक ठोस तर्क देने में सक्षम थे कि ये किरणें कणों से बनी थीं, भले ही गैस के प्रकार या कंडक्टर के रूप में उपयोग की जाने वाली धातु के प्रकार की परवाह किए बिना। थॉमसन को सही मायनों में परमाणु को विभाजित करने वाला व्यक्ति कहा जा सकता है।

वैज्ञानिक वैरागी? यह थॉमसन के बारे में नहीं है

अपने समय के उत्कृष्ट भौतिक विज्ञानी किसी भी तरह से वैज्ञानिक वैरागी नहीं थे, जैसा कि अक्सर प्रतिभाशाली वैज्ञानिकों के बारे में सोचा जाता है। वह अत्यधिक सफल कैवेंडिश प्रयोगशाला के प्रशासनिक प्रमुख थे। यहीं पर वैज्ञानिक की मुलाकात रोज़ एलिज़ाबेथ पगेट से हुई, जिनसे उन्होंने 1890 में शादी की।

थॉमसन ने न केवल कई अनुसंधान परियोजनाओं का प्रबंधन किया, बल्कि उन्होंने विश्वविद्यालय और कॉलेजों के थोड़े से समर्थन के साथ प्रयोगशाला सुविधाओं के नवीनीकरण को भी वित्तपोषित किया। वह एक प्रतिभाशाली शिक्षक थे। 1895 से 1914 तक उन्होंने जिन लोगों को अपने आसपास इकट्ठा किया, वे दुनिया के सभी दिशाओं से आए थे। उनमें से कुछ को उनके नेतृत्व में सात नोबेल पुरस्कार मिले।

1910 में कैवेंडिश प्रयोगशाला में थॉमसन के साथ काम करते समय उन्होंने शोध किया जिससे आंतरिक की आधुनिक समझ पैदा हुई

थॉमसन ने अपने शिक्षण कार्य को बहुत गंभीरता से लिया: वह नियमित रूप से सुबह प्राथमिक कक्षाओं में व्याख्यान देते थे और दोपहर में स्नातक छात्रों को विज्ञान पढ़ाते थे। वैज्ञानिक ने सिद्धांत को शोधकर्ता के लिए उपयोगी माना क्योंकि इसमें बुनियादी विचारों के आवधिक संशोधन की आवश्यकता होती है और साथ ही कुछ नया खोजने की संभावना के लिए जगह छोड़नी पड़ती है जिस पर पहले किसी ने ध्यान नहीं दिया था। इलेक्ट्रॉन की खोज का इतिहास इसकी स्पष्ट पुष्टि करता है। थॉम्पसन ने अपना अधिकांश वैज्ञानिक कार्य निर्वात स्थान के माध्यम से विद्युत आवेशित धारा कणों के पारित होने के अध्ययन के लिए समर्पित किया। उन्होंने कैथोड और एक्स-रे का अध्ययन किया और परमाणु भौतिकी के अध्ययन में बहुत बड़ा योगदान दिया। इसके अलावा, थॉमसन ने चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों में इलेक्ट्रॉनों की गति का एक सिद्धांत भी विकसित किया।

जोसेफ थॉमसन (1856-1940).

अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जोसेफ थॉमसन को विज्ञान के इतिहास में उस व्यक्ति के रूप में जाना जाता है जिसने इलेक्ट्रॉन की खोज की थी। उन्होंने एक बार कहा था: "खोजें अवलोकन की तीक्ष्णता और शक्ति, अंतर्ज्ञान और अग्रणी कार्य से जुड़े सभी विरोधाभासों के अंतिम समाधान तक अटल उत्साह के कारण होती हैं।"

जोसेफ जॉन थॉमसन का जन्म 18 दिसंबर, 1856 को मैनचेस्टर में हुआ था। यहां मैनचेस्टर में, उन्होंने ओवेन्स कॉलेज से स्नातक की उपाधि प्राप्त की, और 1876-1880 में उन्होंने कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के प्रसिद्ध कॉलेज ऑफ द होली ट्रिनिटी (ट्रिनिटी कॉलेज) में अध्ययन किया। जनवरी 1880 में, थॉमसन ने सफलतापूर्वक अपनी अंतिम परीक्षा उत्तीर्ण की और कैवेंडिश प्रयोगशाला में काम करना शुरू किया।

उनका पहला लेख, 1880 में प्रकाशित, प्रकाश के विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत को समर्पित था। अगले वर्ष दो पेपर प्रकाशित हुए, जिनमें से एक ने द्रव्यमान के विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत की नींव रखी। लेख का शीर्षक था "विद्युतीकृत निकायों के संचलन द्वारा उत्पादित विद्युत और चुंबकीय प्रभावों पर।" यह लेख इस विचार को व्यक्त करता है कि "आवेशित शरीर के बाहर ईथर सभी द्रव्यमान, गति और ऊर्जा का वाहक है।" बढ़ती गति के साथ, क्षेत्र की प्रकृति बदल जाती है, जिसके कारण यह सारा "क्षेत्र" द्रव्यमान बढ़ जाता है, जो हर समय ऊर्जा के समानुपाती रहता है।

थॉमसन शब्द के सर्वोत्तम अर्थों में प्रायोगिक भौतिकी के प्रति जुनूनी थे। अपने काम में अथक परिश्रम करते हुए, वह अपने लक्ष्यों को अपने दम पर हासिल करने का इतना आदी हो गया था कि दुष्ट भाषाएँ उसके अधिकार के प्रति पूर्ण उपेक्षा की बात करती थीं। उन्होंने आश्वासन दिया कि वह किताबों और तैयार सिद्धांतों की ओर रुख करने के बजाय वैज्ञानिक प्रकृति के किसी भी प्रश्न पर स्वतंत्र रूप से विचार करना पसंद करते हैं जो उनके लिए अपरिचित था। हालाँकि, यह एक स्पष्ट अतिशयोक्ति है...

कैवेंडिश प्रयोगशाला के निदेशक रेले ने थॉमसन की वैज्ञानिक उपलब्धियों की बहुत सराहना की। जब उन्होंने 1884 में निदेशक पद से इस्तीफा दे दिया, तो उन्होंने थॉमसन को अपने उत्तराधिकारी के रूप में अनुशंसित करने में संकोच नहीं किया। स्वयं जोसेफ के लिए उनकी नियुक्ति एक आश्चर्य थी।

यह ज्ञात है कि जब कैवेंडिश प्रयोगशाला में प्रशिक्षित अमेरिकी भौतिकविदों में से एक को इस नियुक्ति के बारे में पता चला, तो उसने तुरंत अपना सामान पैक कर लिया। "ऐसे प्रोफेसर के अधीन काम करने का कोई मतलब नहीं है जो आपसे केवल दो साल बड़ा है..." उन्होंने अपनी मातृभूमि के लिए नौकायन करते हुए कहा। खैर, उसके पास अपनी जल्दबाजी पर पछतावा करने के लिए बहुत समय था।

प्रयोगशाला के पुराने निदेशक के पास इस विकल्प के लिए पर्याप्त कारण थे। जो कोई भी थॉमसन को करीब से जानता था, उसने सर्वसम्मति से ईमानदारी के साथ उसकी निरंतर परोपकारिता और संचार के सुखद तरीके पर गौर किया। बाद में, छात्रों को याद आया कि उनके नेता मैक्सवेल के शब्दों को दोहराना पसंद करते थे कि किसी व्यक्ति को उस प्रयोग को करने से कभी भी हतोत्साहित नहीं करना चाहिए जिसकी उसने योजना बनाई थी। भले ही उसे वह नहीं मिले जो वह खोज रहा है, वह कुछ और खोज सकता है और हजारों चर्चाओं से अधिक प्राप्त कर सकता है।

इस प्रकार इस व्यक्ति में ऐसे विभिन्न गुण सह-अस्तित्व में थे, जैसे कि अपने स्वयं के निर्णयों की स्वतंत्रता और किसी छात्र, कर्मचारी या सहकर्मी की राय के प्रति गहरा सम्मान। और शायद यही वे गुण थे जिन्होंने कैवेंडिश के प्रमुख के रूप में उनकी सफलता सुनिश्चित की।

थॉमसन अपने नए पद पर प्रकाशित कार्यों, भौतिक दुनिया की एकता में दृढ़ विश्वास और भविष्य के लिए कई योजनाओं के साथ आए थे। और उनकी पहली सफलताओं ने कैवेंडिश प्रयोगशाला के अधिकार में योगदान दिया। जल्द ही विभिन्न देशों से आए युवाओं का एक समूह यहां इकट्ठा हो गया। वे सभी समान रूप से उत्साही थे और विज्ञान के लिए कोई भी बलिदान देने के लिए तैयार थे। एक स्कूल का गठन किया गया, सामान्य लक्ष्यों और तरीकों से एकजुट लोगों की एक वास्तविक वैज्ञानिक टीम, जिसके प्रमुख विश्व प्राधिकरण थे।

1884 से 1919 तक, जब रदरफोर्ड उनके बाद प्रयोगशाला निदेशक बने, थॉमसन ने कैवेंडिश प्रयोगशाला का निर्देशन किया। इस समय के दौरान, यह विश्व भौतिकी का एक प्रमुख केंद्र, भौतिकविदों का एक अंतरराष्ट्रीय स्कूल बन गया। रदरफोर्ड, बोह्र, लैंग्विन और रूसी वैज्ञानिकों सहित कई अन्य लोगों ने यहां अपना वैज्ञानिक करियर शुरू किया।

अपने जीवन के अंत में अपने संस्मरणों की पुस्तक को पूरा करते हुए, थॉमसन ने अपने पूर्व डॉक्टरेट छात्रों में रॉयल सोसाइटी के 27 सदस्यों, तेरह देशों में सफलतापूर्वक काम करने वाले 80 प्रोफेसरों की सूची बनाई है। परिणाम सचमुच शानदार है.

थॉमसन का अनुसंधान कार्यक्रम व्यापक था: गैसों के माध्यम से विद्युत धारा के पारित होने के प्रश्न, धातुओं का इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत, विभिन्न प्रकार की किरणों की प्रकृति पर शोध...

कैथोड किरणों का अध्ययन करने के बाद, थॉमसन ने सबसे पहले यह जांचने का निर्णय लिया कि क्या उनके पूर्ववर्तियों के प्रयोग, जिन्होंने विद्युत क्षेत्रों द्वारा किरणों का विक्षेपण प्राप्त किया था, पर्याप्त सावधानी से किए गए थे। वह एक बार-बार प्रयोग की कल्पना करता है, इसके लिए विशेष उपकरण डिजाइन करता है, आदेश के निष्पादन की संपूर्णता की निगरानी करता है, और अपेक्षित परिणाम स्पष्ट होता है। थॉमसन द्वारा डिजाइन की गई ट्यूब में, कैथोड किरणें सकारात्मक रूप से चार्ज की गई प्लेट की ओर आकर्षित हुईं और नकारात्मक से स्पष्ट रूप से विकर्षित हुईं, यानी, उन्होंने नकारात्मक बिजली से चार्ज की गई तेजी से उड़ने वाली छोटी कणिकाओं की धारा के अनुरूप व्यवहार किया। उत्कृष्ट परिणाम! वह निश्चित रूप से कैथोड किरणों की प्रकृति के बारे में सभी विवादों को समाप्त कर सकते थे, लेकिन थॉमसन ने अपने शोध को पूरा नहीं माना। किरणों की प्रकृति को गुणात्मक रूप से निर्धारित करने के बाद, वह उन कणिकाओं को एक सटीक मात्रात्मक परिभाषा देना चाहते थे जो उन्हें बनाती थीं।

पहली सफलता से प्रेरित होकर, उन्होंने एक नई ट्यूब डिज़ाइन की: एक कैथोड, रिंग और प्लेटों के रूप में त्वरित इलेक्ट्रोड, जिस पर एक विक्षेपण वोल्टेज लागू किया जा सकता था। कैथोड के सामने की दीवार पर, उन्होंने आने वाले कणों के प्रभाव में चमकने में सक्षम पदार्थ की एक पतली परत लगाई। परिणाम कैथोड रे ट्यूब का पूर्वज था, जो टेलीविजन और रडार के युग में हमसे परिचित था।

थॉमसन के प्रयोग का लक्ष्य कणिकाओं की एक किरण को विद्युत क्षेत्र से विक्षेपित करना और चुंबकीय क्षेत्र से इस विक्षेपण की भरपाई करना था। प्रयोग के परिणामस्वरूप वह जिन निष्कर्षों पर पहुंचे वे आश्चर्यजनक थे। सबसे पहले, यह पता चला कि कण ट्यूब में भारी गति से उड़ते हैं, प्रकाश गति के करीब। और दूसरी बात, कणिकाओं के प्रति इकाई द्रव्यमान पर विद्युत आवेश काल्पनिक रूप से बड़ा था। वे किस प्रकार के कण थे: विशाल विद्युत आवेश वाले अज्ञात परमाणु, या नगण्य द्रव्यमान वाले लेकिन छोटे आवेश वाले छोटे कण?

उन्होंने आगे पता लगाया कि एक इकाई द्रव्यमान के लिए विशिष्ट चार्ज का अनुपात एक स्थिर मूल्य है, जो कणों की गति, कैथोड सामग्री और गैस की प्रकृति से स्वतंत्र होता है जिसमें निर्वहन होता है। ऐसी आज़ादी चिंताजनक थी. ऐसा लगता है कि कणिकाएँ किसी प्रकार के पदार्थ के सार्वभौमिक कण, परमाणुओं के घटक थे...

इस विचार मात्र से पिछली शताब्दी के एक शोधकर्ता को असहज महसूस होना चाहिए था। आख़िरकार, "परमाणु" शब्द का अर्थ ही "अविभाज्य" है। डेमोक्रिटस के समय से लेकर हजारों वर्षों तक, परमाणु विभाज्यता की सीमा के प्रतीक रहे हैं, पदार्थ की विसंगति के प्रतीक रहे हैं। और अचानक... अचानक यह पता चला कि उनके पास घटक भी हैं?

सहमत हूं कि यहां भ्रमित करने लायक बहुत कुछ था। सच है, अपवित्रीकरण की भयावहता काफी हद तक महान खोज की प्रत्याशा में खुशी के साथ मिश्रित थी...

थॉमसन ने गणना करना शुरू किया। सबसे पहले, रहस्यमय कणिकाओं के मापदंडों को निर्धारित करना आवश्यक था, और फिर, शायद, यह तय करना संभव होगा कि वे क्या थे।

वैज्ञानिक की नाजुक लिखावट अनगिनत संख्याओं वाले कागज की शीटों को कवर करती है। और यहाँ वे हैं, गणना के पहले परिणाम: इसमें कोई संदेह नहीं है, अज्ञात कण सबसे छोटे विद्युत आवेशों, बिजली के अविभाज्य परमाणुओं या इलेक्ट्रॉनों से अधिक कुछ नहीं हैं। वे सैद्धांतिक रूप से ज्ञात थे और यहां तक कि उन्हें एक नाम भी मिला, लेकिन केवल वह ही उन्हें खोजने में कामयाब रहे और इस तरह अंततः प्रयोगात्मक रूप से उनके अस्तित्व की पुष्टि की।

और उन्होंने ऐसा किया - जिद्दी अंग्रेजी प्रयोगात्मक भौतिक विज्ञानी प्रोफेसर जोसेफ जॉन थॉमसन, जिन्हें उनके छात्र और सहकर्मी उनकी पीठ के पीछे बस जी-जी कहते थे।

29 अप्रैल, 1897 को, उस कमरे में जहां दो सौ से अधिक वर्षों से रॉयल सोसाइटी ऑफ लंदन की बैठकें होती थीं, उनकी रिपोर्ट निर्धारित की गई थी। उपस्थित लोगों में से अधिकांश लोग इस मुद्दे के इतिहास से भली-भांति परिचित हैं। कई लोगों ने स्वयं कैथोड किरणों की प्रकृति की समस्याओं को हल करने का प्रयास किया। वक्ता के नाम से एक दिलचस्प संदेश का वादा किया गया।

और यहाँ पोडियम पर थॉमसन है। वह लंबा है, पतला है और तार-फ्रेम वाला चश्मा पहनता है। वह आत्मविश्वास से और ज़ोर से बोलता है। प्रस्तुतकर्ता के सहायक तुरंत उपस्थित लोगों के सामने एक प्रदर्शन प्रयोग तैयार करते हैं। दरअसल, चश्मे वाले लंबे सज्जन ने जो कुछ कहा वह सब हुआ। ट्यूब में कैथोड किरणें आज्ञाकारी रूप से विक्षेपित हुईं और चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों द्वारा आकर्षित हुईं। इसके अलावा, वे बिल्कुल वैसे ही विक्षेपित और आकर्षित हुए जैसे उन्हें होना चाहिए था, अगर हम मान लें कि उनमें छोटे नकारात्मक चार्ज वाले कण शामिल थे...

श्रोता प्रसन्न हो गये। उन्होंने बार-बार तालियाँ बजाकर रिपोर्ट को बाधित किया। समापन सभी उम्मीदों से बढ़कर रहा। इस प्राचीन हॉल ने शायद ऐसी विजय कभी नहीं देखी होगी। रॉयल सोसाइटी के माननीय सदस्य अपनी सीटों से उछल पड़े, तेजी से प्रदर्शन मेज की ओर बढ़े, भीड़ लगाई, अपने हथियार लहराए और चिल्लाए...

उपस्थित लोगों की ख़ुशी इस तथ्य से बिल्कुल भी स्पष्ट नहीं थी कि सहकर्मी जे.जे. थॉमसन ने कैथोड किरणों की वास्तविक प्रकृति को इतने स्पष्ट रूप से प्रकट किया था। स्थिति बहुत अधिक गंभीर थी. परमाणु, पदार्थ के प्राथमिक निर्माण खंड, बिना किसी आंतरिक संरचना के प्राथमिक गोल कण, अभेद्य और अविभाज्य कण नहीं रह गए हैं... यदि नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कण उनमें से उड़ सकते हैं, तो परमाणु किसी प्रकार की जटिल प्रणाली रहे होंगे जिनमें शामिल हैं किसी चीज़ से धनात्मक विद्युत आवेशित होती है और ऋणात्मक रूप से आवेशित कणिकाओं से - इलेक्ट्रॉन।

सबसे छोटे विद्युत आवेश के परिमाण को दर्शाने के लिए स्टोनी द्वारा एक बार प्रस्तावित "इलेक्ट्रॉन" नाम, अविभाज्य "विद्युत के परमाणु" का नाम बन गया।

अब भविष्य की खोजों के लिए सबसे आवश्यक दिशा-निर्देश दृष्टिगोचर होने लगे हैं। सबसे पहले, निश्चित रूप से, एक इलेक्ट्रॉन के आवेश और द्रव्यमान को सटीक रूप से निर्धारित करना आवश्यक था, जिससे सभी तत्वों के परमाणुओं के द्रव्यमान को स्पष्ट करना, अणुओं के द्रव्यमान की गणना करना, प्रतिक्रियाओं की सही संरचना के लिए सिफारिशें देना संभव हो सके। ... लेकिन मैं क्या कह सकता हूं, एक इलेक्ट्रॉन के आवेश के सटीक मूल्य का ज्ञान हवा जितना ही आवश्यक था, और इसलिए, कई भौतिकविदों ने तुरंत इसकी परिभाषा के आधार पर प्रयोग शुरू कर दिए।

1904 में, थॉमसन ने परमाणु के अपने नए मॉडल का अनावरण किया। यह सकारात्मक विद्युत से समान रूप से चार्ज किया गया एक गोला भी था, जिसके भीतर नकारात्मक चार्ज वाली कणिकाएँ घूमती थीं, जिनकी संख्या और स्थान परमाणु की प्रकृति पर निर्भर करते थे। वैज्ञानिक एक गोले के अंदर कणिकाओं की स्थिर व्यवस्था की सामान्य समस्या को हल करने में असमर्थ थे, और उन्होंने उस विशेष मामले पर फैसला किया जब कणिकाएँ गोले के केंद्र से गुजरते हुए एक ही विमान में स्थित होती हैं। प्रत्येक वलय में, कणिकाओं ने जटिल गतिविधियाँ कीं, जिन्हें परिकल्पना के लेखक ने स्पेक्ट्रा से जोड़ा। और शैल वलय के बीच कणिकाओं का वितरण आवर्त सारणी के ऊर्ध्वाधर स्तंभों के अनुरूप था।

वे कहते हैं कि एक बार पत्रकारों ने जी-गी से पूछा कि वह स्पष्ट रूप से बताएं कि उन्होंने "अपने परमाणु" की संरचना क्या मानी है।

"ओह, यह बहुत सरल है," प्रोफेसर ने शांति से उत्तर दिया, "संभवतः, यह किशमिश का हलवा जैसा कुछ है...

इस तरह थॉमसन का परमाणु विज्ञान के इतिहास में प्रवेश कर गया - एक सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया "हलवा" जो नकारात्मक "किशमिश" - इलेक्ट्रॉनों से भरा हुआ है।

थॉमसन स्वयं "किशमिश का हलवा" संरचना की जटिलता से अच्छी तरह परिचित थे। वैज्ञानिक इस निष्कर्ष के बहुत करीब पहुँचे कि किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉनों के वितरण की प्रकृति तत्वों की आवर्त सारणी में उसका स्थान निर्धारित करती है, लेकिन वह केवल इतना ही करीब पहुँच पाया। अंतिम निष्कर्ष आना अभी बाकी था. उनके द्वारा प्रस्तावित मॉडल में बहुत कुछ अभी भी अस्पष्ट था। उदाहरण के लिए, किसी को यह समझ नहीं आया कि किसी परमाणु का धनावेशित द्रव्यमान क्या है और विभिन्न तत्वों के परमाणुओं में कितने इलेक्ट्रॉन होने चाहिए।

थॉमसन ने भौतिकविदों को इलेक्ट्रॉनों को नियंत्रित करना सिखाया और यही उनकी मुख्य योग्यता है। थॉमसन की विधि का विकास इलेक्ट्रॉन प्रकाशिकी, इलेक्ट्रॉन ट्यूब और आधुनिक आवेशित कण त्वरक का आधार बनता है। 1906 में, थॉमसन को गैसों के माध्यम से बिजली के पारित होने पर उनके शोध के लिए भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

थॉमसन ने धनात्मक आवेशित कणों के अध्ययन के लिए तरीके भी विकसित किए। 1913 में प्रकाशित उनके मोनोग्राफ "रेज़ ऑफ़ पॉज़िटिव इलेक्ट्रिसिटी" ने मास स्पेक्ट्रोस्कोपी की नींव रखी। थॉमसन की तकनीक विकसित करते हुए, उनके छात्र एस्टन ने पहला मास स्पेक्ट्रोमीटर बनाया और आइसोटोप का विश्लेषण और अलग करने के लिए एक विधि विकसित की। थॉमसन की प्रयोगशाला ने विद्युत क्षेत्र में आवेशित बादल की गति को देखकर प्राथमिक आवेश का पहला माप शुरू किया। इस विधि को मिलिकन द्वारा और अधिक परिष्कृत किया गया और इलेक्ट्रॉन के आवेश के उनके अब के क्लासिक माप को जन्म दिया।

1911 में थॉमसन के छात्र और सहयोगी विल्सन द्वारा निर्मित प्रसिद्ध विल्सन कक्ष ने भी कैवेंडिश प्रयोगशाला में अपना जीवन शुरू किया।

इस प्रकार, परमाणु एवं नाभिकीय भौतिकी के निर्माण एवं विकास में थॉमसन एवं उनके छात्रों की भूमिका बहुत महान है। लेकिन थॉमसन अपने जीवन के अंत तक ईथर के समर्थक बने रहे, उन्होंने ईथर में गति के मॉडल विकसित किए, जिसके परिणामस्वरूप, उनकी राय में, देखी गई घटनाएं सामने आईं। इस प्रकार, उन्होंने चुंबकीय क्षेत्र में कैथोड बीम के विक्षेपण की व्याख्या जाइरोस्कोप की पूर्वता के रूप में की, जिससे विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के संयोजन को एक घूर्णी क्षण प्रदान किया गया।

थॉमसन की मृत्यु 30 अगस्त, 1940 को इंग्लैंड के लिए एक कठिन समय में हुई, जब उस पर नाजी आक्रमण का खतरा मंडरा रहा था।

जोसेफ जॉन थॉमसन

जोसेफ जॉन थॉमसन
फोटो साइट से http://www.krugosvet.ru/

थॉमसन जोसेफ जॉन (1856-1940), वैज्ञानिक स्कूल के संस्थापक, रॉयल सोसाइटी ऑफ लंदन के सदस्य (1884) और अध्यक्ष (1915-1920), सेंट पीटर्सबर्ग एकेडमी ऑफ साइंसेज के विदेशी संबंधित सदस्य (1913) और विदेशी मानद यूएसएसआर एकेडमी ऑफ साइंसेज के सदस्य (1925)। कैवेंडिश प्रयोगशाला के निदेशक (1884-1919)। दुर्लभ गैसों के माध्यम से विद्युत धारा के प्रवाह की जांच की गई। इलेक्ट्रॉन की खोज की (1897) और उसका आवेश निर्धारित किया (1898)। प्रस्तावित (1903) परमाणु के पहले मॉडलों में से एक। धातुओं के इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत के रचनाकारों में से एक। नोबेल पुरस्कार (1906)।

थॉमसन, जोसेफ जॉन (1856-1940), अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी, को इलेक्ट्रॉन की खोज के लिए उनके काम के लिए 1906 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया। 18 दिसंबर, 1856 को मैनचेस्टर उपनगर चीथम हिल में जन्म। उन्होंने ओवेन्स कॉलेज (बाद में मैनचेस्टर विश्वविद्यालय) में प्रवेश लिया और कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के ट्रिनिटी कॉलेज में अपनी शिक्षा जारी रखी। 1918 से अपने जीवन के अंत तक वे ट्रिनिटी कॉलेज के रेक्टर रहे। 1884 से 1919 तक, थॉमसन कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में प्रोफेसर थे और साथ ही कैवेंडिश प्रयोगशाला के प्रमुख भी थे; 1905-1918 में - लंदन में रॉयल एसोसिएशन में प्रोफेसर।

थॉमसन को इलेक्ट्रॉन की खोज से संबंधित उनके काम के लिए जाना जाता है: 1897 में, चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों में कैथोड किरणों के विक्षेपण का अध्ययन करते समय, थॉमसन ने पाया कि वे नकारात्मक चार्ज कणों की एक धारा थीं। उन्होंने कणों के आवेश-से-द्रव्यमान अनुपात को मापा और दिखाया कि वे हाइड्रोजन परमाणु की तुलना में 1837 गुना हल्के हैं। 1899 में उन्होंने फोटोकरंट में इलेक्ट्रॉनों की खोज की और थर्मोनिक उत्सर्जन के प्रभाव को देखा। उन्होंने गैसों में विद्युत निर्वहन की विशेषताओं का अध्ययन किया और एक्स-रे विकिरण के निरंतर स्पेक्ट्रम की व्याख्या दी।

थॉमसन धातुओं के इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत (1900) के संस्थापकों में से एक हैं। उन्होंने मुक्त इलेक्ट्रॉनों (थॉमसन का सूत्र) द्वारा विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रकीर्णन के लिए प्रभावी क्रॉस सेक्शन के लिए एक अभिव्यक्ति प्राप्त की। 1903 में, उन्होंने परमाणु के पहले मॉडलों में से एक का निर्माण किया, जिसमें सुझाव दिया गया कि परमाणु एक सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया क्षेत्र है जिसमें इलेक्ट्रॉन अंतर्निहित हैं। 1904 में, थॉमसन ने यह विचार प्रस्तावित किया कि एक परमाणु में इलेक्ट्रॉन विभिन्न विन्यास बनाते हैं जो रासायनिक तत्वों की आवधिकता निर्धारित करते हैं; इस प्रकार उन्होंने परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना और उसके रासायनिक गुणों के बीच संबंध स्थापित करने का प्रयास किया।

1905 की शुरुआत में, थॉमसन ने तथाकथित का विस्तृत प्रायोगिक अध्ययन शुरू किया। "चैनल" किरणें - गैस-डिस्चार्ज ट्यूब के कैथोड के पीछे तेजी से बढ़ने वाले कण बनते हैं जिसमें एक छेद बनाया जाता है। इन किरणों को विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में विक्षेपित करके, उन्होंने उन्हें घटकों में विघटित कर दिया, जिनकी संख्या और गुण ट्यूब में गैस की संरचना पर निर्भर थे। इस कार्य ने मास स्पेक्ट्रोमेट्री के लिए आधार प्रदान किया। 1911 में, थॉमसन ने किसी कण के द्रव्यमान और उसके आवेश के अनुपात को मापने के लिए परवलय विधि विकसित की, जो आइसोटोप के अध्ययन के लिए महत्वपूर्ण थी। 1912 में उन्हें आइसोटोप के अस्तित्व पर पहला डेटा प्राप्त हुआ - उन्होंने 20 और 22 के द्रव्यमान वाले नियॉन परमाणुओं की खोज की।

जिस समय थॉमसन इसका नेतृत्व कर रहे थे, कैवेंडिश प्रयोगशाला एक अग्रणी अनुसंधान केंद्र बन गई। यहां थॉमसन के नेतृत्व में एफ. एस्टन, डब्ल्यू. विल्सन, ई. रदरफोर्ड, डब्ल्यू. रिचर्डसन और अन्य ने काम किया। वैज्ञानिक उपलब्धियों के लिए थॉमसन को बी. फ्रैंकलिन (1923), एम. फैराडे (1938) के पदक से सम्मानित किया गया। , कोपले (1914), आदि।

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जोसेफ जॉन थॉमसन का जन्म 8 दिसंबर, 1856 को मैनचेस्टर में हुआ था। मैनचेस्टर में, उन्होंने ओवेन्स कॉलेज से स्नातक की उपाधि प्राप्त की, और 1876-1880 में उन्होंने ट्रिनिटी कॉलेज में कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में अध्ययन किया। जनवरी 1880 में, थॉमसन ने सफलतापूर्वक अपनी अंतिम परीक्षा उत्तीर्ण की और कैवेंडिश प्रयोगशाला में काम करना शुरू किया।

1884 से 1919 तक, जब रदरफोर्ड उनके बाद प्रयोगशाला निदेशक बने, थॉमसन ने कैवेंडिश प्रयोगशाला का निर्देशन किया।

कैथोड किरणों का अध्ययन करने के बाद, थॉमसन ने यह जाँचने का निर्णय लिया कि क्या उनके पूर्ववर्तियों के प्रयोग, जिन्होंने विद्युत क्षेत्रों द्वारा किरणों का विक्षेपण प्राप्त किया था, पर्याप्त सावधानी से किए गए थे। थॉमसन द्वारा डिज़ाइन की गई ट्यूब में, कैथोड किरणें एक सकारात्मक रूप से चार्ज की गई प्लेट की ओर आकर्षित हुईं और एक नकारात्मक से विकर्षित हुईं, यानी, उन्होंने नकारात्मक बिजली से चार्ज की गई तेजी से उड़ने वाली छोटी कणिकाओं की धारा से अपेक्षा के अनुरूप व्यवहार किया। किरणों की प्रकृति को गुणात्मक रूप से निर्धारित करने के बाद, वह उन्हें बनाने वाले कणिकाओं की सटीक मात्रात्मक परिभाषा देना चाहते थे।

फिर, कैथोड के सामने की दीवार पर, उन्होंने आने वाले कणों के प्रभाव में चमकने में सक्षम पदार्थ की एक पतली परत लगाई। परिणाम कैथोड रे ट्यूब का पूर्वज था।

यह पता चला कि कण ट्यूब में अत्यधिक गति से, प्रकाश गति के करीब उड़ते हैं। और कणिकाओं के प्रति इकाई द्रव्यमान पर विद्युत आवेश बहुत अधिक था। उन्होंने आगे पता लगाया कि एक इकाई द्रव्यमान के लिए विशिष्ट चार्ज का अनुपात एक स्थिर मूल्य है, जो कणों की गति, कैथोड सामग्री और गैस की प्रकृति से स्वतंत्र होता है जिसमें निर्वहन होता है। "परमाणु" शब्द का अर्थ ही "अविभाज्य" है। डेमोक्रिटस के समय से लेकर हजारों वर्षों तक, परमाणु विभाज्यता की सीमा के प्रतीक रहे हैं, पदार्थ की विसंगति के प्रतीक रहे हैं।

गणनाओं के परिणामस्वरूप, थॉमसन ने निर्धारित किया कि कण छोटे विद्युत आवेशों, बिजली के अविभाज्य परमाणुओं या इलेक्ट्रॉनों से अधिक कुछ नहीं हैं।

29 अप्रैल, 1897 को, उस कमरे में जहां दो सौ से अधिक वर्षों से रॉयल सोसाइटी ऑफ लंदन की बैठकें होती थीं, उन्होंने अपनी खोज पर एक रिपोर्ट दी।

थॉमसन ने धनात्मक आवेशित कणों के अध्ययन के लिए तरीके भी विकसित किए। 1913 में प्रकाशित उनके मोनोग्राफ "रेज़ ऑफ़ पॉज़िटिव इलेक्ट्रिसिटी" ने मास स्पेक्ट्रोस्कोपी की नींव रखी। 30 अगस्त 1940 को थॉमसन की मृत्यु हो गई।

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