約瑟夫·約翰·湯姆遜（Joseph John Thomson；1856年12月18日—1940年8月30日），英國物理學(xué)家，電子的發(fā)現者。

約瑟夫·約翰·湯姆遜是第三任卡文迪許實(shí)驗室主任，以其對電子和同位素的實(shí)驗著(zhù)稱(chēng)。一幅他正在研究陰極射線(xiàn)管的肖像掛在實(shí)驗室的麥克斯韋講演廳里。

1940年8月30日，湯姆遜逝世于劍橋。享年84歲。

人物生平

1856年12月18日生于英國曼徹斯特，父親是一個(gè)專(zhuān)印大學(xué)課本的商人，由于職業(yè)的關(guān)系，他父親結識了曼徹斯特大學(xué)的一些教授。湯姆遜從小就受到學(xué)者的影響，學(xué)習很認真，十四歲便進(jìn)入了曼徹斯特大學(xué)。在大學(xué)學(xué)習期間，他受到了司徒華教授的精心指導，加上他自己的刻苦鉆研，學(xué)業(yè)提高很快。

1876年，即二十一歲時(shí)，他被保送進(jìn)了劍橋大學(xué)三一學(xué)院深造。

1880年他參加了劍橋大學(xué)的學(xué)位考試，以第二名的優(yōu)異成績(jì)取得學(xué)位，隨后被選為三一學(xué)院學(xué)員，兩年后又被任命為大學(xué)講師。他在數物理學(xué)方面具有很高修養。發(fā)表了《論渦旋環(huán)的運動(dòng)》和《論動(dòng)力學(xué)在物理學(xué)和化學(xué)中的應用》論文。

1884年，28歲的湯姆遜在瑞利的推薦下，擔任了卡文迪許實(shí)驗室物理學(xué)教授。

1897年湯姆遜在研究稀薄氣體放電的實(shí)驗中，證明了電子的存在，測定了電子的荷質(zhì)比，轟動(dòng)了整個(gè)物理學(xué)界。

1905年，他被任命為英國皇家學(xué)院的教授；

1906年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎；

1916年任皇家學(xué)會(huì )主席。

1919年被選為科學(xué)院外籍委員會(huì )首腦。湯姆遜在擔任卡文迪許實(shí)驗物理教授及實(shí)驗室主任的34年，桃李滿(mǎn)天下。

1940年8月30日，湯姆遜逝世于劍橋。終年84歲。

1858年，德國的蓋斯勒制成了低壓氣體放電管。

1859年，德國的普呂克爾利用蓋斯勒管進(jìn)行放電實(shí)驗時(shí)看到了正對著(zhù)陰極的玻璃管壁上產(chǎn)生出綠色的輝光。

1876年，德國的戈爾茲坦提出，玻璃壁上的輝光是由陰極產(chǎn)生的某種射線(xiàn)所引起的，他把這種射線(xiàn)命名為陰極射線(xiàn)。陰極射線(xiàn)是由什么組成的？十九世紀末時(shí)，有的科學(xué)家說(shuō)它是電磁波；有的科學(xué)家說(shuō)它是由帶電的原子所組成；有的則說(shuō)是由帶陰電的微粒組成，眾說(shuō)紛紜，一時(shí)得不出公認的結論。英法的科學(xué)家和德國的科學(xué)家們對于陰極射線(xiàn)本質(zhì)的爭論，竟延續了二十多年。

最后到1897年，湯姆遜的出色實(shí)驗結果面前，真相才得以大白。湯姆遜的實(shí)驗過(guò)程是這樣的，他將一塊涂有硫化鋅的小玻璃片，放在陰極射線(xiàn)所經(jīng)過(guò)的路途上，看到硫化鋅會(huì )發(fā)閃光。這說(shuō)明硫化鋅能顯示出陰極射線(xiàn)的“徑跡”。他發(fā)現在一般情況下，陰極射線(xiàn)是直線(xiàn)行進(jìn)的，但當在射擊線(xiàn)管的外面加上電場(chǎng)，或用一塊蹄形磁鐵跨放在射線(xiàn)管的外面，結果發(fā)現陰極射線(xiàn)一都發(fā)生了偏折。根據其偏折的方向，不難判斷出帶電的性質(zhì)。湯姆遜在1897年得出結論：這些“射線(xiàn)”不是以太波，而是帶負電的物質(zhì)粒子。但他反問(wèn)自己：“這些粒子是什么呢？它們是原子還是分子，還是處在更細的平衡狀態(tài)中的物質(zhì)？”這需要作更精細的實(shí)驗。當時(shí)還不知道比原子更小的東西，因此湯姆遜假定這是一種被電離的原子，即帶負電的“離子”。他要測量出這種“離子”的質(zhì)量來(lái)，為此，他設計了一系列既簡(jiǎn)單又巧妙的實(shí)驗：首先，單獨的電場(chǎng)或磁場(chǎng)都能使帶電體偏轉，而磁場(chǎng)對粒子施加的力是與粒子的速度有關(guān)的。湯姆遜對粒子同時(shí)施加一個(gè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，并調節到電場(chǎng)和磁場(chǎng)所造成的粒子的偏轉互相抵消，讓粒子仍作直線(xiàn)運動(dòng)。這樣，從電場(chǎng)和磁場(chǎng)的強度比值就能算出粒子運動(dòng)速度。而速度一旦找到后，單靠磁偏轉或者電偏轉就可以測出粒子的電荷與質(zhì)量的比值。湯姆遜用這種方法來(lái)測定“微?！彪姾膳c質(zhì)量之比值。他發(fā)現這個(gè)比值和氣體的性質(zhì)無(wú)關(guān)，并且該值比起電解質(zhì)中氫離子的比值（這是當時(shí)已知的最大量）還要大得多。這說(shuō)明這種粒子的質(zhì)量比氫原子的質(zhì)量要小得多。前者大約是后者的二千分之一。

后來(lái)，美國的物理學(xué)家羅伯特·密立根在1913年到1917年的油滴實(shí)驗中，精確地測出了新的結果，前者是后者的1836分之一。湯姆遜測得的結果肯定地證實(shí)了陰極射線(xiàn)是由電子組成的，人類(lèi)首次用實(shí)驗證實(shí)了一種“基本粒子”----電子的存在?！半娮印边@一名稱(chēng)是由物理學(xué)家斯通尼在1891年采用的，原意是定出的一個(gè)電的基本單位的名稱(chēng)，后來(lái)這一詞被應用來(lái)表示湯姆遜發(fā)現的“微?！?。自從發(fā)現電子以后，湯姆遜就成為國際上知名的物理學(xué)者。在這之前，一般都認為原子是“不能分割的”的東西，湯姆遜的實(shí)驗指出，原子是由許多部分組成的，這個(gè)實(shí)驗標志著(zhù)科學(xué)的一個(gè)新時(shí)代。人們稱(chēng)他是“一位最先打開(kāi)通向基本粒子物理學(xué)大門(mén)的偉人”。

1905年，他被任命為英國皇家學(xué)院的教授；1906年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎；1916年任皇家學(xué)會(huì )主席。他并沒(méi)有因此而停步不前，仍一如既往，兢兢業(yè)業(yè)，繼續攀登科學(xué)的高峰。湯姆遜既是一位理論物理學(xué)家，又是一位實(shí)驗物理學(xué)家，他一生所做過(guò)的實(shí)驗，是無(wú)法計算的。正是通過(guò)反復的實(shí)驗，他測定了電子的荷質(zhì)比，發(fā)現了電子；又在實(shí)驗中，創(chuàng )造了把質(zhì)量不同的原子分離開(kāi)來(lái)的方法，為后人發(fā)現同位素，提供了有效的方法。湯姆遜在擔任卡文迪許實(shí)驗物理教授及實(shí)驗室主任的34年間，著(zhù)手更新實(shí)驗室，引進(jìn)新的教授法，創(chuàng )立了一個(gè)極為成功的研究學(xué)派。

接二連三的新發(fā)現像潮水般地從卡文迪許實(shí)驗室涌出：電子云霧室，成就中的一部分。該實(shí)驗室培養了眾多的人才。盧瑟福，C．T．R．威爾遜（C．T．R．Wilson），R．J．斯特拉特（R．J．Strutt），F．W．阿斯頓（F．W．Aston），G．I．泰勒（G．I．Taylor），以及兒子G．P．湯姆遜（G．P．Thomson），都是湯姆遜的學(xué)生，他們都成了著(zhù)名的科學(xué)家。在他的學(xué)生中，有九位獲得了諾貝爾獎金。湯姆遜對自己的學(xué)生要求非常嚴格，他要求學(xué)生在開(kāi)始做研究之前，必須學(xué)好所需要的實(shí)驗技術(shù)。進(jìn)行研究所用的儀器全要自己動(dòng)手制作。他認為大學(xué)應是培養會(huì )思考、有獨立工作能力的人才的場(chǎng)所，不是用“現成的機器”投影造成出“死的成品”的工廠(chǎng)。因此，他堅持不讓學(xué)生使用現成的儀器，他要求學(xué)生不僅是實(shí)驗的觀(guān)察者，更是做實(shí)驗的創(chuàng )造者。湯姆生的著(zhù)作很多。如《電與磁的現代研究》、《電與磁數學(xué)基本理論》等。在他成名之后，好多國家邀他去講學(xué)，但他從不輕易應允。如美國著(zhù)名的普林斯頓大學(xué)曾幾度請他去講學(xué)，最后他才答應去講六個(gè)小時(shí)。他講授的內容相當重要，對核物理有一定的價(jià)值。這足以說(shuō)明他治學(xué)十分嚴謹，不講則已，講則要有新的創(chuàng )見(jiàn)。倫琴由于他宣布了“一種新的射線(xiàn)”和表演了他的射線(xiàn)所能做的事情而使世界感到震驚。

1940年8月30日，湯姆遜逝世于劍橋。他的骨灰被安葬在西敏寺的中央，與牛頓、達爾文、開(kāi)爾文等偉大科學(xué)家的骨灰安放在一起。

電子概述

電子是一種基本粒子，重量為質(zhì)子的1/1836。電子圍繞原子核做高速運動(dòng)。電子通常排列在各個(gè)能量層上。當原子互相結合成為分子時(shí)，在最外層的電子便會(huì )由一原子移至另一原子或成為彼此共享的電子。這是由愛(ài)爾蘭物理學(xué)家喬治·丁·斯通尼于1891年根據電的electric+-on“子”造的字，電子屬于亞原子粒子中的輕子類(lèi)。輕子被認為是構成物質(zhì)的基本粒子之一，即其無(wú)法被分解為更小的粒子。它帶有1/2自旋，即又是一種費米子（按照費米—狄拉克統計）。

電子所帶電荷為e=1.6×10C，質(zhì)量為9.10×10kg（0.51MeV/c2）。通常被表示為e。電子的反粒子是正電子，它帶有與電子相同的質(zhì)量，自旋和等量的正電荷。物質(zhì)的基本構成單位——原子是由電子、中子和質(zhì)子三者共同組成。相對于中子和質(zhì)子組成的原子核，電子的質(zhì)量極小。質(zhì)子的質(zhì)量大約是電子的1840倍。當電子脫離原子核束縛在其它原子中自由移動(dòng)時(shí)，其產(chǎn)生的凈流動(dòng)現象稱(chēng)為電流。靜電是指當物體帶有的電子多于或少于原子核的電量，導致正負電量不平衡的情況。當電子過(guò)剩時(shí)，稱(chēng)為物體帶負電；而電子不足時(shí)，稱(chēng)為物體帶正電。當正負電量平衡時(shí)，則稱(chēng)物體是電中性的。靜電在我們日常生活中有很多應用方法，其中例子有噴墨打印機。

電子是在1897年由劍橋大學(xué)的卡文迪許實(shí)驗室的約瑟夫·湯姆遜在研究陰極射線(xiàn)時(shí)發(fā)現的。在都只能在核外摸索摸索，它被歸于叫做輕子的低質(zhì)量物質(zhì)粒子族，被設成具有負值的單位電荷。電子塊頭小重量輕（比μ介子還輕205倍），被歸在亞原子粒子中的輕子類(lèi)。輕子是物質(zhì)被劃分的作為基本粒子的一類(lèi)。電子帶有1/2自旋，滿(mǎn)足費米子的條件（按照費米—狄拉克統計）。電子在原子內做饒核運動(dòng)，能量越大距核運動(dòng)的軌跡越遠，有電子運動(dòng)的空間叫電子層。第一層最多可有2個(gè)電子，第二層最多可以有8個(gè)，第n層最多可容納2n個(gè)電子，最外層最多容納8個(gè)電子，最后一層的電子數量決定物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)是否活潑，1、2電子為金屬元素，3、4、5、6、7為非金屬元素，8為稀有氣體元素。物質(zhì)的電子可以失去也可以得到，物質(zhì)具有得電子的性質(zhì)叫做氧化性，該物質(zhì)為氧化劑；物質(zhì)具有失電子的性質(zhì)叫做還原性，該物質(zhì)為還原劑。物質(zhì)氧化性或還原性的強弱由得失電子難易決定，與得失電子多少無(wú)關(guān)。