ในปี พ.ศ. 2440 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ โจเซฟ จอห์น ทอมสัน (2399-2483) ค้นพบอิเล็กตรอนหลังจากการทดลองหลายครั้งโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาธรรมชาติของการคายประจุไฟฟ้าในสุญญากาศ นักวิทยาศาสตร์ชื่อดังตีความการเบี่ยงเบนของลำแสงของเพลตที่มีประจุไฟฟ้าและแม่เหล็กเป็นหลักฐานว่าอิเล็กตรอนมีขนาดเล็กกว่าอะตอมมาก
นักฟิสิกส์และนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ควรเป็นวิศวกร
ทอมสัน โจเซฟ จอห์น นักวิทยาศาสตร์ นักฟิสิกส์ และที่ปรึกษาผู้ยิ่งใหญ่ กำลังจะเป็นวิศวกรตามที่พ่อคิด แต่ในเวลานั้น ครอบครัวไม่มีเงินพอที่จะจ่ายค่าเล่าเรียน ในทางกลับกัน ทอมสันยังเรียนวิทยาลัยที่ Macester และต่อมาที่เคมบริดจ์ ในปีพ.ศ. 2427 เขาได้รับแต่งตั้งให้ดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ทดลองที่เคมบริดจ์อันทรงเกียรติ แม้ว่าเขาเองก็มีงานทดลองเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เขาค้นพบพรสวรรค์ในการพัฒนาฮาร์ดแวร์และวินิจฉัยปัญหาที่เกี่ยวข้อง ทอมสัน โจเซฟ จอห์นเป็นครูที่ดี เป็นแรงบันดาลใจให้นักเรียนและให้ความสนใจอย่างมากต่อปัญหากว้างๆ ของการพัฒนาศาสตร์แห่งการสอนในมหาวิทยาลัยและมัธยมปลาย
ผู้ได้รับรางวัลโนเบล
ทอมสันได้รับรางวัลต่างๆ มากมาย รวมถึงรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1906 นอกจากนี้ เขายังมีความยินดีเป็นอย่างยิ่งที่ได้เห็นเพื่อนร่วมงานบางคนได้รับรางวัลโนเบล รวมถึงรัทเทอร์ฟอร์ดในสาขาเคมีในปี 1908 นักวิทยาศาสตร์จำนวนหนึ่ง เช่น William Prout และ Norman Lockyer ได้แนะนำว่าอะตอมไม่ใช่อนุภาคที่เล็กที่สุดในจักรวาลและสร้างขึ้นจากหน่วยพื้นฐานที่มากกว่า
การค้นพบอิเล็กตรอน (สั้น ๆ)
ในปี พ.ศ. 2440 ทอมป์สันเสนอว่าหนึ่งในหน่วยพื้นฐานมีขนาดเล็กกว่าอะตอม 1,000 เท่า อนุภาคย่อยนี้จึงกลายเป็นที่รู้จักในชื่ออิเล็กตรอน นักวิทยาศาสตร์ค้นพบสิ่งนี้ผ่านการวิจัยของเขาเกี่ยวกับคุณสมบัติของรังสีแคโทด เขาประเมินมวลของรังสีแคโทดโดยการวัดความร้อนที่เกิดขึ้นเมื่อรังสีทรานซิชันจากความร้อนกระทบ และเปรียบเทียบกับการโก่งตัวของสนามแม่เหล็กของลำแสง การทดลองของเขาแสดงให้เห็นว่ารังสีแคโทดนั้นเบากว่าอะตอมไฮโดรเจนถึง 1,000 เท่า แต่มวลของมันยังเท่ากันโดยไม่คำนึงถึงประเภทของอะตอม นักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปว่ารังสีประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุลบที่เบามาก ซึ่งเป็นวัสดุก่อสร้างสากลสำหรับอะตอม เขาเรียกอนุภาคเหล่านี้ว่า "corpuscles" แต่ต่อมานักวิทยาศาสตร์ชอบชื่อ "อิเล็กตรอน" ซึ่งเสนอโดย George Johnston Stoney ในปี 1891
การทดลองของทอมป์สัน
เมื่อเปรียบเทียบการโก่งตัวของคานแคโทดกับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก นักฟิสิกส์ได้รับการวัดค่าประจุและมวลของอิเล็กตรอนที่เชื่อถือได้มากขึ้น การทดลองของทอมสันดำเนินการภายในหลอดรังสีแคโทดพิเศษ ในปี 1904 เขาตั้งสมมติฐานว่าแบบจำลองของอะตอมเป็นทรงกลมของสสารบวก ซึ่งตำแหน่งของอนุภาคถูกกำหนดโดยแรงไฟฟ้าสถิต เพื่ออธิบายประจุที่เป็นกลางโดยทั่วไปของอะตอม ทอมป์สันแนะนำว่า corpuscles ถูกแจกจ่ายในสนามที่มีประจุบวกสม่ำเสมอ การค้นพบอิเล็กตรอนทำให้เชื่อได้ว่าอะตอมสามารถแบ่งออกเป็นส่วนๆ ได้ และเป็นก้าวแรกสู่การสร้างแบบจำลองอะตอมโดยละเอียด
ประวัติการค้นพบ
โจเซฟ จอห์น ทอมสัน เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางในฐานะผู้ค้นพบอิเล็กตรอน ตลอดอาชีพการทำงาน อาจารย์ได้ทำงานในด้านต่างๆ ของการนำไฟฟ้าผ่านก๊าซ ในปี พ.ศ. 2440 (ปีแห่งการค้นพบอิเล็กตรอน) เขาได้ทดลองพิสูจน์ว่ารังสีแคโทดที่เรียกว่าจริง ๆ แล้วเป็นอนุภาคที่มีประจุลบในการเคลื่อนที่
คำถามที่น่าสนใจมากมายเกี่ยวข้องโดยตรงกับกระบวนการเปิด เป็นที่ชัดเจนว่าการจำแนกลักษณะของรังสีแคโทดเกิดขึ้นก่อนทอมสัน และนักวิทยาศาสตร์หลายคนได้มีส่วนสำคัญอยู่แล้ว เราสามารถพูดได้อย่างแน่นอนว่าทอมสันเป็นคนแรกที่ค้นพบอิเล็กตรอนหรือไม่? อย่างไรก็ตาม เขาไม่ได้ประดิษฐ์หลอดสุญญากาศหรือมีรังสีแคโทดปรากฏอยู่ การค้นพบอิเล็กตรอนเป็นกระบวนการสะสมล้วนๆ ผู้บุกเบิกเครดิตมีส่วนสำคัญที่สุดผลงาน สรุป และจัดระบบประสบการณ์ทั้งหมดที่สะสมไว้ก่อนหน้าเขา
หลอดรังสีแคโทดทอมสัน
การค้นพบอิเล็กตรอนครั้งยิ่งใหญ่เกิดขึ้นจากอุปกรณ์พิเศษและอยู่ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ทอมสันทำการทดลองหลายครั้งโดยใช้หลอดรังสีแคโทดที่ซับซ้อน ซึ่งรวมถึงแผ่นเปลือกโลกสองแผ่น ลำแสงควรจะเดินทางระหว่างพวกมัน การโต้เถียงที่มีมาอย่างยาวนานเกี่ยวกับธรรมชาติของรังสีแคโทดซึ่งเกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเรือซึ่งอากาศส่วนใหญ่ถูกอพยพออกไป ได้ยุติลงแล้ว
เรือลำนี้เป็นหลอดรังสีแคโทด ด้วยวิธีสุญญากาศที่ได้รับการปรับปรุง Thomson สามารถให้ข้อโต้แย้งที่น่าเชื่อได้ว่าคานเหล่านี้ประกอบด้วยอนุภาค โดยไม่คำนึงถึงชนิดของก๊าซและชนิดของโลหะที่ใช้เป็นตัวนำ ทอมสันสามารถเรียกได้ว่าเป็นผู้แยกอะตอมได้อย่างถูกวิธี
ฤๅษีวิทยาศาสตร์? ไม่เกี่ยวกับทอมสัน
นักฟิสิกส์ที่โดดเด่นในสมัยของเขาไม่เคยเป็นนักปราชญ์ทางวิทยาศาสตร์ อย่างที่คนๆ หนึ่งมักจะนึกถึงนักวิทยาศาสตร์ที่เก่งกาจ เขาเป็นหัวหน้าฝ่ายบริหารของ Cavendish Laboratory ที่ประสบความสำเร็จอย่างมาก ที่นั่นนักวิทยาศาสตร์ได้พบกับ Rose Elizabeth Paget ซึ่งเขาแต่งงานในปี 1890
Thomson ไม่เพียงแต่จัดการโครงการวิจัยจำนวนหนึ่งเท่านั้น เขายังให้ทุนสนับสนุนการปรับปรุงสิ่งอำนวยความสะดวกในห้องปฏิบัติการด้วยการสนับสนุนเพียงเล็กน้อยจากมหาวิทยาลัยและวิทยาลัย มันเก่งครู. ผู้คนที่เขารวบรวมไว้รอบตัวเขาตั้งแต่ปีพ.ศ. 2438 ถึง พ.ศ. 2457 มาจากทั่วทุกมุมโลก บางคนได้รับรางวัลโนเบลเจ็ดรางวัลภายใต้เขา
ขณะทำงานกับ Thomson ที่ Cavendish Laboratory ในปี 1910 นั้น Ernest Rutherford ได้ทำการวิจัยที่นำไปสู่ความเข้าใจสมัยใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างภายในของอะตอม
ทอมสันจริงจังกับการสอนมาก: เขาสอนในระดับประถมศึกษาเป็นประจำในตอนเช้าและสอนวิทยาศาสตร์ให้กับนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในตอนบ่าย นักวิทยาศาสตร์ถือว่าหลักคำสอนนี้มีประโยชน์สำหรับผู้วิจัย เนื่องจากต้องมีการแก้ไขแนวคิดพื้นฐานเป็นระยะๆ และในขณะเดียวกันก็เว้นที่ว่างไว้สำหรับการค้นพบสิ่งใหม่ๆ ที่ไม่มีใครสนใจมาก่อน ประวัติการค้นพบอิเล็กตรอนยืนยันสิ่งนี้อย่างชัดเจน Thompson อุทิศกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ของเขาในการศึกษาเส้นทางของอนุภาคกระแสไฟฟ้าที่มีประจุไฟฟ้าผ่านก๊าซที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์และพื้นที่สูญญากาศ เขามีส่วนร่วมในการศึกษาแคโทดและรังสีเอกซ์และมีส่วนสำคัญในการศึกษาฟิสิกส์อะตอม นอกจากนี้ ทอมสันยังได้พัฒนาทฤษฎีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า
