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BIOGRAPHIES DE GRANDS SCIENTIFIQUES
Thomson Joseph John. Biographie du scientifique
Annuaire / Biographies de grands scientifiques
Le physicien anglais Joseph Thomson est entré dans l'histoire des sciences comme l'homme qui a découvert l'électron. Il a dit un jour : « Les découvertes sont dues à l'acuité et à la puissance de l'observation, à l'intuition, à l'enthousiasme inébranlable jusqu'à la résolution finale de toutes les contradictions qui accompagnent le travail des pionniers. Joseph John Thomson est né le 18 décembre 1856 à Manchester. Ici, à Manchester, il est diplômé de l'Owens College et, en 1876-1880, il étudie à l'Université de Cambridge au célèbre Trinity College (Trinity College). En janvier 1880, Thomson réussit les examens finaux et commença à travailler au laboratoire Cavendish. Son premier article, publié en 1880, était consacré à la théorie électromagnétique de la lumière. L'année suivante, deux articles paraissent, dont l'un jette les bases de la théorie électromagnétique de la masse. L'article s'intitulait "Sur les effets électriques et magnétiques produits par le mouvement des corps électrifiés". Cet article exprime l'idée que "l'éther à l'extérieur d'un corps chargé est porteur de toute la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie". Avec l'augmentation de la vitesse, la nature du champ change, grâce à quoi toute cette masse "de champ" augmente, restant tout le temps proportionnelle à l'énergie. Thomson était obsédé par la physique expérimentale dans le meilleur sens du terme. Infatigable dans son travail, il était tellement habitué à atteindre seul son but que les mauvaises langues parlaient de son mépris total pour les autorités. On a dit qu'il préférait réfléchir de manière indépendante à toutes les questions de nature scientifique qui ne lui étaient pas familières, au lieu de se tourner vers des livres et des théories toutes faites. Mais c'est clairement exagéré... Les réalisations scientifiques de Thomson ont été très appréciées par Rayleigh, directeur du laboratoire Cavendish. Parti en 1884 comme directeur, il n'hésite pas à recommander Thomson comme son successeur. Pour Joseph lui-même, sa nomination a été une surprise. On sait que lorsqu'un des physiciens américains qui était stagiaire au Laboratoire Cavendish apprit cette nomination, il remballa immédiatement ses affaires. "Ça ne sert à rien de travailler avec un professeur qui n'a que deux ans de plus que vous..." - a-t-il dit en rentrant chez lui. Eh bien, il avait tout le temps devant lui pour regretter sa hâte. L'ancien directeur du laboratoire avait de bonnes raisons pour un tel choix. Tous ceux qui ont connu Thomson de près ont unanimement noté sa bienveillance sans faille et sa manière agréable de communiquer, alliées à des principes. Plus tard, les étudiants ont rappelé que leur superviseur aimait répéter les mots de Maxwell selon lesquels il ne faut jamais dissuader une personne de faire une expérience qu'il avait conçue. Même s'il ne trouve pas ce qu'il cherche, il peut découvrir autre chose et bénéficier de plus de mille discussions. Ainsi différentes propriétés coexistaient chez cette personne, comme l'indépendance de ses propres jugements et un profond respect pour l'opinion d'un étudiant, d'un employé ou d'un collègue. Et ce sont peut-être ces qualités qui ont assuré son succès à la tête du Cavendish. Thomson est arrivé au nouveau poste avec des travaux publiés, une conviction dans l'unité du monde matériel et de nombreux projets pour l'avenir. Et ses premiers succès ont contribué à la crédibilité du Laboratoire Cavendish. Bientôt, un groupe de jeunes de divers pays se sont réunis ici. Tous également brûlaient d'enthousiasme et étaient prêts à tout sacrifice pour le bien de la science. Une école s'est formée, une véritable équipe scientifique de personnes unies par un objectif et des méthodes communes, avec une autorité mondiale à sa tête. De 1884 à 1919, lorsque Rutherford lui succède à la direction du laboratoire, Thomson dirige le laboratoire Cavendish. Pendant ce temps, il est devenu un centre majeur de la physique mondiale, une école internationale de physiciens. Rutherford, Bohr, Langevin et bien d'autres, y compris des scientifiques russes, ont commencé leur voyage scientifique ici. Achevant le livre de ses mémoires à la fin de sa vie, Thomson recense parmi ses anciens doctorants 27 membres de la Royal Society, 80 professeurs, travaillant avec succès dans treize pays. Le résultat est vraiment brillant. Le programme de recherche de Thomson était vaste : questions du passage du courant électrique à travers les gaz, théorie électronique des métaux, étude de la nature de divers types de rayons... Reprenant l'étude des rayons cathodiques, Thomson décida d'abord de vérifier si ses prédécesseurs, qui avaient réalisé la déviation des rayons par des champs électriques, avaient mené les expériences avec suffisamment de soin. Il conçoit une expérience répétée, conçoit un équipement spécial pour celle-ci, surveille lui-même l'exactitude de l'exécution de la commande et le résultat attendu est évident. Dans le tube conçu par Thomson, les rayons cathodiques étaient docilement attirés par la plaque chargée positivement et clairement repoussés par la plaque négative, c'est-à-dire qu'ils se comportaient comme un flux de minuscules corpuscules rapides chargés d'électricité négative. Excellent résultat ! Il pouvait, bien sûr, mettre fin à toutes les disputes sur la nature des rayons cathodiques, mais Thomson ne considérait pas ses recherches comme terminées. Après avoir déterminé qualitativement la nature des rayons, il a voulu donner une définition quantitative exacte des corpuscules qui les composent. Inspiré par le premier succès, il conçoit un nouveau tube : une cathode, des électrodes accélératrices en forme d'anneaux et de plaques, auxquelles on peut appliquer une tension de déviation. Sur la paroi opposée à la cathode, il dépose une fine couche d'une substance capable de rougeoyer sous l'impact de particules incidentes. Il s'est avéré être l'ancêtre des tubes à rayons cathodiques, si familiers à l'ère des téléviseurs et des radars. Le but de l'expérience de Thomson était de dévier un groupe de corpuscules avec un champ électrique et de compenser cette déviation avec un champ magnétique. Les conclusions auxquelles il est arrivé à la suite de l'expérience étaient étonnantes. Tout d'abord, il s'est avéré que les particules volaient dans le tube à des vitesses énormes proches de la vitesse de la lumière. Et deuxièmement, la charge électrique par unité de masse des corpuscules était incroyablement grande. De quel type de particules s'agissait-il : des atomes inconnus portant d'énormes charges électriques, ou de minuscules particules de masse négligeable, mais avec une charge plus petite ? De plus, il a découvert que le rapport de la charge spécifique à la masse unitaire est une valeur constante, indépendante de la vitesse des particules, ou du matériau de la cathode, ou de la nature du gaz dans lequel la décharge se produit. Une telle indépendance était alarmante. Il semble que les corpuscules étaient des sortes de particules universelles de matière, parties constitutives des atomes... A la seule pensée de cela, un chercheur du siècle dernier aurait dû s'inquiéter. Après tout, le mot même « atome » signifiait « indivisible ». Pendant des milliers d'années qui se sont écoulées depuis l'époque de Démocrite, les atomes ont été des symboles de la limite de divisibilité, des symboles de la discrétion de la matière. Et du coup... Du coup il s'avère qu'ils ont aussi des composants ? Convenez qu'il y avait quelque chose à se sentir confus. Certes, l'horreur du sacrilège était en grande partie mêlée au délice de l'anticipation de la grande découverte ... Thomson s'est mis au travail. Tout d'abord, il fallait déterminer les paramètres des corpuscules mystérieux, et ensuite, peut-être, il serait possible de décider ce qu'ils étaient. La fine écriture du scientifique couvre des feuilles de papier avec des chiffres sans fin. Et les voilà, les premiers résultats des calculs : il n'y a aucun doute, les particules inconnues ne sont que les plus petites charges électriques, atomes indivisibles d'électricité, ou électrons. Ils étaient théoriquement connus et ont même reçu un nom, mais lui seul a réussi à découvrir et ainsi finalement à confirmer expérimentalement leur existence. Et il l'a fait - le physicien expérimental anglais têtu, le professeur Joseph John Thomson, que ses étudiants et collègues appelaient simplement GJ derrière son dos. Le 29 avril 1897, dans la salle où se tenaient les réunions de la Royal Society de Londres depuis plus de deux cents ans, son rapport était prévu. La plupart des personnes présentes connaissent bien l'historique de la question. Beaucoup eux-mêmes ont essayé de résoudre les problèmes de la nature des rayons cathodiques. Le nom de l'orateur promettait un message intéressant. Et voici Thomson sur le podium. Il est grand, mince et porte des lunettes à monture métallique. Il parle avec confiance et fort. Les assistants de l'orateur préparent immédiatement, devant les personnes présentes, une expérience de démonstration. En effet, tout ce dont parlait le grand monsieur à lunettes s'est produit. Les rayons cathodiques dans le tube déviaient docilement et attiraient les champs magnétiques et électriques. De plus, ils ont été déviés et attirés exactement comme ils le devraient, si l'on suppose qu'ils étaient constitués des plus petites particules chargées négativement ... Les auditeurs étaient ravis. Ils ont à plusieurs reprises interrompu le reportage par des applaudissements. La finale a dépassé toutes les attentes. Cette salle antique, peut-être, n'a jamais vu un tel triomphe. Les honorables membres de la Royal Society ont bondi de leurs sièges, se sont précipités vers la table de démonstration, se sont entassés, agitant les bras et ont crié ... La joie des personnes présentes n'était pas du tout due au fait que son collègue J. J. Thomson avait révélé de manière si convaincante la véritable nature des rayons cathodiques. L'affaire était bien plus grave. Les atomes, les premiers éléments constitutifs de la matière, ont cessé d'être des grains ronds élémentaires, des particules impénétrables et indivisibles sans aucune structure interne ... Si des corpuscules chargés négativement pouvaient s'envoler, alors les atomes devaient être une sorte de système complexe composé de quelque chose électricité positive chargée et de corpuscules chargés négativement - électrons. Le nom "électron", autrefois proposé par Stoney pour désigner la magnitude de la plus petite charge électrique, est devenu le nom de "l'atome d'électricité" indivisible. Maintenant, les directions les plus nécessaires des recherches futures sont devenues visibles. Tout d'abord, bien sûr, il était nécessaire de déterminer avec précision la charge et la masse d'un électron, ce qui permettrait de clarifier les masses d'atomes de tous les éléments, de calculer les masses de molécules, de donner des recommandations pour la préparation correcte des réactions ... Que puis-je dire, la connaissance de la valeur exacte de la charge d'un électron était nécessaire comme l'air, et par conséquent, de nombreux physiciens ont immédiatement entrepris des expériences pour la déterminer. En 1904, Thomson publie son nouveau modèle d'atome. C'était aussi une sphère uniformément chargée d'électricité positive, à l'intérieur de laquelle tournaient des corpuscules chargés négativement, dont le nombre et la disposition dépendaient de la nature de l'atome. Le scientifique n'a pas réussi à résoudre le problème général d'un arrangement stable des corpuscules à l'intérieur de la sphère, et il a opté pour un cas particulier où les corpuscules se trouvent dans le même plan passant par le centre de la sphère. Dans chaque anneau, les corpuscules effectuaient des mouvements assez complexes, que l'auteur de l'hypothèse associait aux spectres. Et la distribution des corpuscules le long des anneaux de coquille correspondait aux colonnes verticales du tableau périodique. Ils disent qu'une fois les journalistes ont demandé à GJ d'expliquer clairement comment il suggérait la structure de "son atome". "Oh, c'est très simple," répondit calmement le professeur, "très probablement, c'est quelque chose comme un pudding aux raisins secs ... Ainsi, l'atome de Thomson est entré dans l'histoire de la science - un "pudding" chargé positivement farci de "raisins" négatifs - des électrons. Thomson lui-même était bien conscient de la complexité de la structure du "pudding aux raisins secs". Le scientifique est venu très près de la conclusion que la nature de la distribution des électrons dans un atome détermine sa place dans le système périodique des éléments, mais n'a fait que s'en approcher. La conclusion finale n'était pas encore venue. Une grande partie du modèle qu'il proposait était encore inexplicable. Personne, par exemple, ne comprenait ce qu'était la masse chargée positivement d'un atome et combien d'électrons devaient être contenus dans les atomes de divers éléments. Thomson a enseigné aux physiciens comment contrôler les électrons, et c'est son principal mérite. Le développement de la méthode Thomson constitue la base de l'optique électronique, des tubes à vide et des accélérateurs de particules modernes. Thomson a reçu le prix Nobel de physique en 1906 pour son étude du passage de l'électricité à travers les gaz. Thomson a également développé des méthodes pour étudier les particules chargées positivement. Sa monographie Rays of Positive Electricity, publiée en 1913, marque le début de la spectroscopie de masse. Développant la technique de Thomson, son élève Aston a construit le premier spectromètre de masse et a développé une méthode pour l'analyse et la séparation des isotopes. Dans le laboratoire de Thomson, les premières mesures de la charge élémentaire ont commencé par l'observation du mouvement d'un nuage chargé dans un champ électrique. Cette méthode a été encore améliorée par Millikan et a conduit à ses mesures désormais classiques de la charge électronique. La célèbre chambre à brouillard, construite par l'étudiant et collaborateur de Thomson Wilson en 1911, a commencé sa vie dans le laboratoire Cavendish. Ainsi, le rôle de Thomson et de ses étudiants dans la formation et le développement de la physique atomique et nucléaire est très important. Mais Thomson jusqu'à la fin de sa vie est resté un partisan de l'éther, a développé des modèles de mouvement dans l'éther, dont le résultat, à son avis, étaient les phénomènes observés. Ainsi, il a interprété la déviation du faisceau cathodique dans un champ magnétique comme la précession d'un gyroscope, conférant à la combinaison des champs électriques et magnétiques un moment de rotation. Thomson est décédée le 30 août 1940, à un moment difficile pour l'Angleterre, alors que la menace d'une invasion par les nazis pesait sur elle. Auteur : Samin D.K.
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