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BIOGRAFIE DI GRANDI SCIENZIATI
Thomson Giuseppe Giovanni. Biografia di uno scienziato
Elenco / Biografie di grandi scienziati
Il fisico inglese Joseph Thomson è entrato nella storia della scienza come l'uomo che ha scoperto l'elettrone. Una volta disse: "Le scoperte sono dovute all'acutezza e alla capacità di osservazione, all'intuizione, all'entusiasmo incrollabile fino alla risoluzione finale di tutte le contraddizioni che accompagnano il lavoro pionieristico". Joseph John Thomson è nato il 18 dicembre 1856 a Manchester. Qui, a Manchester, si laureò all'Owens College, e nel 1876-1880 studiò all'Università di Cambridge presso il famoso Trinity College (Trinity College). Nel gennaio 1880, Thomson superò con successo gli esami finali e iniziò a lavorare presso il Cavendish Laboratory. Il suo primo articolo, pubblicato nel 1880, era dedicato alla teoria elettromagnetica della luce. L'anno successivo apparvero due articoli, uno dei quali pose le basi per la teoria elettromagnetica della massa. L'articolo era intitolato "Sugli effetti elettrici e magnetici prodotti dal movimento di corpi elettrificati". Questo articolo esprime l'idea che "l'etere al di fuori di un corpo carico è il portatore di tutta la massa, la quantità di moto e l'energia". Con l'aumentare della velocità cambia la natura del campo, per cui tutta questa massa di "campo" aumenta, rimanendo sempre proporzionale all'energia. Thomson era ossessionato dalla fisica sperimentale nel miglior senso della parola. Instancabile al lavoro, era così abituato a raggiungere il suo obiettivo da solo che le lingue malvagie parlavano del suo completo disprezzo per le autorità. Si diceva che preferisse pensare autonomamente a tutte le questioni di natura scientifica a lui sconosciute, invece di rivolgersi a libri e teorie preconfezionate. Tuttavia, questa è chiaramente un'esagerazione... I risultati scientifici di Thomson furono molto apprezzati da Rayleigh, direttore del laboratorio Cavendish. Lasciato nel 1884 come direttore, non esitò a raccomandare Thomson come suo successore. Per lo stesso Joseph, la sua nomina fu una sorpresa. È noto che quando uno dei fisici americani, tirocinante presso il Cavendish Laboratory, venne a sapere di questo appuntamento, fece immediatamente le valigie. "Non ha senso lavorare sotto un professore che ha solo due anni più di te..." - disse, salpando verso casa. Bene, aveva tutto il tempo davanti a sé per rimpiangere la sua fretta. Il vecchio direttore del laboratorio aveva buone ragioni per una tale scelta. Tutti coloro che conoscevano da vicino Thomson all'unanimità notarono la sua invariabile benevolenza e il suo modo piacevole di comunicare, combinati con i principi. Più tardi, gli studenti hanno ricordato che al loro supervisore piaceva ripetere le parole di Maxwell secondo cui non si dovrebbe mai dissuadere una persona dal fare un esperimento che aveva concepito. Anche se non trova quello che sta cercando, potrebbe scoprire qualcos'altro e beneficiare di più di mille discussioni. Quindi in questa persona convivevano proprietà diverse, come l'indipendenza dei propri giudizi e il profondo rispetto per l'opinione di uno studente, dipendente o collega. E forse furono queste qualità che gli assicurarono il successo come capo dei Cavendish. Thomson è arrivato al nuovo incarico con opere pubblicate, convinzione nell'unità del mondo materiale e molti progetti per il futuro. E i suoi primi successi hanno contribuito alla credibilità del Cavendish Laboratory. Presto un gruppo di giovani provenienti da vari paesi si è riunito qui. Tutti ugualmente ardevano di entusiasmo ed erano pronti a qualsiasi sacrificio per il bene della scienza. Si formò una scuola, una vera équipe scientifica di persone unite da un obiettivo e da metodi comuni, con a capo l'autorità mondiale. Dal 1884 al 1919, quando Rutherford gli succedette come direttore del laboratorio, Thomson diresse il laboratorio Cavendish. Durante questo periodo è diventato un importante centro di fisica mondiale, una scuola internazionale di fisici. Rutherford, Bohr, Langevin e molti altri, inclusi scienziati russi, hanno iniziato qui il loro viaggio scientifico. Completando il libro delle sue memorie alla fine della sua vita, Thomson elenca tra i suoi ex dottorandi 27 membri della Royal Society, 80 professori che lavorano con successo in tredici paesi. Il risultato è davvero brillante. Il programma di ricerca di Thomson era ampio: questioni sul passaggio della corrente elettrica attraverso i gas, la teoria elettronica dei metalli, lo studio della natura di vari tipi di raggi ... Riprendendo lo studio dei raggi catodici, Thomson decise anzitutto di verificare se i suoi predecessori, che avevano ottenuto la deflessione dei raggi mediante campi elettrici, avessero condotto gli esperimenti con sufficiente attenzione. Concepisce un esperimento ripetuto, progetta attrezzature speciali per esso, controlla personalmente l'accuratezza dell'esecuzione dell'ordine e il risultato atteso è ovvio. Nel tubo progettato da Thomson, i raggi catodici sono stati obbedientemente attratti dalla piastra caricata positivamente e chiaramente respinti da quella negativa, cioè si sono comportati come un flusso di minuscoli corpuscoli in rapido movimento carichi di elettricità negativa. Ottimo risultato! Ovviamente poteva porre fine a tutte le controversie sulla natura dei raggi catodici, ma Thomson non considerava la sua ricerca completata. Determinata qualitativamente la natura dei raggi, ha voluto dare un'esatta definizione quantitativa dei corpuscoli che li compongono. Ispirato dal primo successo, progettò un nuovo tubo: un catodo, elettrodi acceleratori a forma di anelli e piastre, a cui poteva essere applicata una tensione di deflessione. Sulla parete di fronte al catodo, ha depositato un sottile strato di una sostanza in grado di brillare sotto l'impatto delle particelle incidenti. Si è rivelato essere l'antenato dei tubi a raggi catodici, a noi così familiari nell'era dei televisori e dei radar. Lo scopo dell'esperimento di Thomson era di deviare un gruppo di corpuscoli con un campo elettrico e compensare questa deflessione con un campo magnetico. Le conclusioni a cui è giunto a seguito dell'esperimento sono state sorprendenti. In primo luogo, si è scoperto che le particelle volano nel tubo con velocità enormi vicine alla velocità della luce. E in secondo luogo, la carica elettrica per unità di massa di corpuscoli era straordinariamente grande. Che tipo di particelle erano queste: atomi sconosciuti che trasportavano enormi cariche elettriche o minuscole particelle di massa trascurabile, ma con una carica più piccola? Scoprì inoltre che il rapporto tra carica specifica e massa unitaria è un valore costante, indipendente dalla velocità delle particelle, o dal materiale catodico, o dalla natura del gas in cui avviene la scarica. Tale indipendenza era allarmante. Sembra che i corpuscoli fossero una specie di particelle universali di materia, costituenti di atomi... Al solo pensiero un ricercatore del secolo scorso avrebbe dovuto sentirsi a disagio. Dopotutto, la stessa parola "atomo" significava "indivisibile". Per migliaia di anni che sono trascorsi dai tempi di Democrito, gli atomi sono stati simboli del limite della divisibilità, simboli della discrezione della materia. E all'improvviso... All'improvviso si scopre che hanno anche dei componenti? D'accordo sul fatto che c'era qualcosa per cui sentirsi confusi. È vero, l'orrore del sacrilegio era mescolato in larga misura con la gioia dell'anticipazione della grande scoperta ... Thomson si mise al lavoro. Prima di tutto, era necessario determinare i parametri dei misteriosi corpuscoli e poi, forse, sarebbe possibile decidere quali fossero. La grafia sottile dello scienziato ricopre fogli di carta con infinite figure. Ed eccoli qui, i primi risultati dei calcoli: non c'è dubbio, le particelle sconosciute non sono altro che le più piccole cariche elettriche, atomi indivisibili di elettricità, o elettroni. Erano conosciuti in teoria e ricevettero persino un nome, ma solo lui riuscì a scoprire e quindi finalmente a confermare sperimentalmente la loro esistenza. E lo fece - il testardo fisico sperimentale inglese Professor Joseph John Thomson, che i suoi studenti e colleghi chiamavano semplicemente GJ alle sue spalle. Il 29 aprile 1897, nella sala dove da più di duecento anni si tenevano le riunioni della Royal Society di Londra, fu programmata la sua relazione. La maggior parte dei presenti conosce bene la storia della questione. Molti stessi hanno cercato di risolvere i problemi della natura dei raggi catodici. Il nome dell'oratore prometteva un messaggio interessante. Ed ecco Thomson sul podio. È alto, magro e indossa occhiali cerchiati di metallo. Parla con sicurezza e ad alta voce. Gli assistenti del relatore subito, davanti ai presenti, stanno preparando un esperimento dimostrativo. In effetti, tutto ciò di cui parlava l'alto gentiluomo occhialuto è successo. I raggi catodici nel tubo deviavano obbedientemente e attiravano campi magnetici ed elettrici. Inoltre, sono stati deviati e attratti esattamente come dovrebbero, se assumiamo che fossero costituiti dalle particelle più piccole con carica negativa ... Gli ascoltatori erano felicissimi. Hanno interrotto ripetutamente la relazione con un applauso. La finale ha superato tutte le aspettative. Questa antica sala, forse, non ha mai visto un tale trionfo. Gli onorevoli membri della Royal Society balzarono in piedi, si affrettarono al tavolo della dimostrazione, si affollarono, agitarono le braccia e gridarono... La gioia dei presenti non era affatto dovuta al fatto che il collega J. J. Thomson aveva rivelato in modo così convincente la vera natura dei raggi catodici. La cosa era molto più seria. Gli atomi, i primi mattoni della materia, hanno cessato di essere grani rotondi elementari, particelle impenetrabili e indivisibili senza alcuna struttura interna ... Se i corpuscoli carichi negativamente potevano volare fuori da essi, allora gli atomi dovevano essere una specie di sistema complesso costituito da qualcosa elettricità carica positiva e da corpuscoli caricati negativamente - elettroni. Il nome "elettrone", una volta proposto da Stoney per denotare l'entità della più piccola carica elettrica, divenne il nome dell'indivisibile "atomo di elettricità". Ora sono diventate visibili le direzioni più necessarie per le ricerche future. Prima di tutto, ovviamente, era necessario determinare con precisione la carica e la massa di un elettrone, che avrebbe permesso di chiarire le masse degli atomi di tutti gli elementi, calcolare le masse delle molecole, dare consigli per la corretta preparazione delle reazioni ... Che dire, la conoscenza del valore esatto della carica di un elettrone era necessaria come l'aria, e quindi molti fisici hanno subito intrapreso esperimenti per determinarlo. Nel 1904 Thomson pubblicò il suo nuovo modello dell'atomo. Era anche una sfera caricata uniformemente di elettricità positiva, all'interno della quale ruotavano corpuscoli carichi negativamente, il cui numero e disposizione dipendevano dalla natura dell'atomo. Lo scienziato non è riuscito a risolvere il problema generale di una disposizione stabile dei corpuscoli all'interno della sfera e ha optato per un caso particolare in cui i corpuscoli giacciono sullo stesso piano passante per il centro della sfera. In ogni anello, i corpuscoli compivano movimenti piuttosto complessi, che l'autore dell'ipotesi associava agli spettri. E la distribuzione dei corpuscoli lungo gli anelli del guscio corrispondeva alle colonne verticali della tavola periodica. Dicono che una volta i giornalisti chiesero a GJ di spiegare chiaramente come suggerisse la struttura del "suo atomo". "Oh, è molto semplice", rispose con calma il professore, "molto probabilmente è qualcosa come un budino con l'uvetta ... Così l'atomo di Thomson è entrato nella storia della scienza - un "budino" caricato positivamente ripieno di "uvetta" negativa - elettroni. Lo stesso Thomson era ben consapevole della complessità della struttura del "budino all'uvetta". Lo scienziato è arrivato molto vicino alla conclusione che la natura della distribuzione degli elettroni in un atomo determina il suo posto nel sistema periodico degli elementi, ma è venuto fuori solo. La conclusione finale doveva ancora arrivare. Gran parte del modello che proponeva era ancora inspiegabile. Nessuno, ad esempio, capiva quale fosse la massa caricata positivamente di un atomo e quanti elettroni dovessero essere contenuti negli atomi dei vari elementi. Thomson insegnò ai fisici come controllare gli elettroni, e questo è il suo principale merito. Lo sviluppo del metodo Thomson costituisce la base dell'ottica elettronica, dei tubi a vuoto e dei moderni acceleratori di particelle. Thomson ricevette il Premio Nobel per la Fisica nel 1906 per i suoi studi sul passaggio dell'elettricità attraverso i gas. Thomson ha anche sviluppato metodi per studiare le particelle cariche positivamente. La sua monografia Rays of Positive Electricity, pubblicata nel 1913, segnò l'inizio della spettroscopia di massa. Sviluppando la tecnica di Thomson, il suo studente Aston costruì il primo spettrometro di massa e sviluppò un metodo per l'analisi e la separazione degli isotopi. Nel laboratorio di Thomson, le prime misurazioni della carica elementare iniziarono osservando il movimento di una nuvola carica in un campo elettrico. Questo metodo è stato ulteriormente migliorato da Millikan e ha portato alle sue ormai classiche misurazioni della carica elettronica. La famosa camera a nebbia, costruita dallo studente e collaboratore di Thomson Wilson nel 1911, iniziò la sua vita nel laboratorio Cavendish. Pertanto, il ruolo di Thomson e dei suoi studenti nella formazione e nello sviluppo della fisica atomica e nucleare è molto grande. Ma Thomson fino alla fine della sua vita rimase un sostenitore dell'etere, sviluppò modelli di movimento nell'etere, il cui risultato, a suo avviso, furono i fenomeni osservati. Pertanto, ha interpretato la deflessione del raggio catodico in un campo magnetico come la precessione di un giroscopio, dotando la combinazione di campi elettrici e magnetici di un momento rotatorio. Thomson morì il 30 agosto 1940, in un momento difficile per l'Inghilterra, quando la minaccia di un'invasione da parte dei nazisti incombeva su di lei. Autore: Samin D.K.
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