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湯木生 Thomson , Sir Joseph John (1856.12.18~1940.8.30)
發佈者:系統管理員 (2012-05-14 16:37:48)
最後修改者:系統管理員 (2012-05-14 23:57:57)
湯木生 (Joseph John Thomas,1856~1940),英國物理學家。他於1897年發現了第一種亞原子基本粒子電子,然後又測出它的荷質比孟。從而揭示了陰極射線的本質,並確定了所有物質都包含著這種粒子,最先打開了通向基本粒子物理學的大門。
生平簡敘
  湯木生1856年12月18日出生於英國曼徹斯特附近的契桑霍耳。他自小聰明勤奮,14歲就進入曼徹斯特的歐文斯學院,學習工程學。在三年的學習期間,他的老師雷諾茲教導他:凡遇到新問題,寧可獨立思考也不要查閱文獻。湯木生開始不想從事工科學習,但後來對物理學發生興趣。
 
1876年,他靠獎學金進入了劍橋大學三一學院學習,於1880年獲得學士學位。
畢業時,他的數學成續在全校名列第二,並且還是第二個得到史密斯獎學金的人。畢業後,湯木生接著成為三一學院的研究生。
 
1883年被聘任為三一學院的講師,第二年又被聘為卡文迪許實驗室的物理學教授。瑞利退休後,他又接替了瑞利的卡文迪許實驗室主任職務,領導實驗室長達30多年之久。
 
  湯木生一生中最大的貢獻是最先打開了亞原子基本粒子物理學的大門,於  1897年發現了電子,揭示了陰極射線的實質。
 
  1912年,他還發現不同氣體的陽極射線在受電場和磁場的影響而發生偏轉時,表現出不同的行為。他利用陽極射線粒子的荷質比,確定了這些粒子是氣體帶正電的原子。另外,他還發現氖氣是由兩種不同的原子組成的,一種原子相對氫來說質量為20,另一種原子相對氫來說質量為22。其中質量為20的原子占90%,質量為22的原子占10%,因此它們的平均質量為20.2,這個數值和氛的已知原子量20.18相當一致。
 
  1905年湯木生被聘任為大不列顛皇家研究院的自然哲學教授,直1918年。
  1906年,湯木生由於發現電子,對氣體放電理論和實驗做出了重大賣獻被授予諾貝爾物理學獎。1908年被封為爵士。
 
  1909年,湯木生被選為大不列顛協會會長。
 
  1916~1920年又被選為英國皇家學會會長。第一次世界大戰期間,他還擔任了各政府部門的顧問,並且是研究與發明周的成員之一。
 
  從1918年開始,湯木生擔任了劍橋大學三一學院的院長,一直任職到逝世。英國能夠在20世紀前30年保持亞原子物理學領域顯赫的領先地位,主要依賴於他的指導和教學能力。他在劍橋大學建立了巨大的、設備完整的實驗室,吸引了世界各地的許多物理學家來這裡學習和工作。
 
  他誠懇、慷慨,在許多領域都是一個健談者。他具有非凡的記憶力,在教師和服務人員中享有盛名。他對學生們的熱情總是給予高度評價和鼓勵,引導他們走上正確的科學道路。但湯木生有一個怪脾氣,就是不愛閱讀,他甚至不留心和他的研究工作密切相關的科學文獻,不掌握書目,也極端輕視紙上寫的東西。他認為科學家要使自己變得更加聰敏睿智,不能靠閱讀,而要靠深思。他的這個觀點是青少年時代受他老師雷諾茲的影響而形成的。
 
  在湯木生的鼓勵下,劍橋建立了一個物理研究學校,從這個學校走出來的學生,有的人成為世界各大學的教授。在跟隨湯木生進行研究的人中,有7人先後獲得了諾貝爾獎。
 
  在湯木生的一生中,從事科學研究的時間長達半個世紀以上,寫了大量論文和著作。其中1883年發表的《渦環的運動》一文,不僅使他獲得了獎,而且還導致個開始進行氣體放電理論和實驗的研究,從而發現了電子。另外,1892年發表的《電學和磁學的新近研究》,1897年發表的《氣體的放電》,1923年發表的《化學中的電子》,1936年發表的《重集合與反射》等等,都具有很大的影響,而《氣體的放電》是他最重要的著作。
 
  1940年8月30日,湯木生在倫敦逝世,享年84歲。在他那極其寶貴的生命終結以後,被安葬在威斯敏斯特教堂中牛頓、達爾文、開爾文、赫謝爾和盧瑟福等傑出科學家的墓旁,與他們一群,以獲得許多成就和榮譽而流芳後世。
重大貢獻
1.電子
2.陰極射線粒子 
發現定理
  電子是構成各種原子的一種基本粒子,它的質量很小,還不到構成原子核的質子或中子質量的,帶有負電,在原子中圍繞原子核旋轉。電子這個詞是斯托尼為法拉第電磁定律所提出的假想電荷單位杜撰的,後來被洛侖茲用來稱呼陰極射線粒子。

  19世紀後期,渦旋環仍為原子和分子的模型吸引著許多物理學家,其中包括亥姆霍茲和開爾文等人。

  1883年,湯木生發表了一篇關於渦旋環理論的文章,並且獲了獎。由此引發了他對氣體放電理論和實驗工作的興趣。當時,科學界對陰極射線到底是光波還是微粒,已經爭論了20多年。為了尋求電與實物之間的聯繫,1886年湯木生開始了劃時代的探索。他利用倫琴1885年發現的X射線作為使氣體導電的方便方法,對氣體放電以及陰極射線進行化學分析,在發現電子的道路上一步一步地前進著。

  1897年,湯木生完成了他的著名實驗,測量了某些陰極射線的磁偏轉和對應於單位電荷傳輸的加熱效應。前一個測量給出了的值,後一測量給出了,的值,從而求出了和v的值。他發現,這些陰極射線粒子的值比法拉第所測得的最輕原子的荷質比大約大2000倍,這一比值後來被稱為電子的荷質比。進一步的電磁場偏轉實驗和威爾遜雲室的軌跡觀察,最終確認了陰極射線是帶電粒子,並且確定了所有物質都包含著這種共同的成分。由此,湯木生斷陰極射線是由比原子小得多的粒子組成,而且這種粒子帶有負電荷。他把這種粒子稱為"微粒"。

  1897年4月30日,湯木生向英國皇家學會報告了這一研究結果,在這篇題為《陰極射線》的論文中明確指出:"陰極射線是高速運動著的帶負電的粒子,這些粒子的尺寸比原子和分子小得多。"湯木生就這樣打開了亞原子粒子物理學的大門。自此之後,陰極射線便被承認是一種粒子。後來,洛侖茲把這種粒子稱為電子,並一直沿用至今。

  1925年,德布羅意提出了一個大膽的設想:把光的波粒象性推廣到實物粒子特別是電子上去,從而誕生了物質波的概念。

  1927年,戴維森等人用低速電子衍射實驗,湯木生的兒子G.P﹒湯木生用高速電子衍射實驗,分別證明了物質波的存在,觀察到了電子的波動性。結果戴維森和G.P﹒湯木生因此獲得了1937件的諾貝爾物理學獎。有趣的是,湯木生和G.P湯木生父子倆,父親發現了電子是粒子,兒子證明了電子是波,並都為此獲得了諾貝爾獎,實在是科學史上的一段佳話。