約瑟夫·約翰·湯姆遜（英國物理學家，電子的發現者）

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

約瑟夫·約翰·湯姆遜是第三任卡文迪許實驗室主任，以其對電子和同位素的實驗著稱。一幅他正在研究陰極射線管的肖像掛在實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，父親是一個專印大學課本的商人，由于職業的關系，他父親結識了曼徹斯特大學的一些教授。湯姆遜從小就受到學者的影響，學習很認真，十四歲便進入了曼徹斯特大學。在大學學習期間，他受到了司徒華教授的精心指導，加上他自己的刻苦鉆研，學業提高很快。

1876年，即二十一歲時，他被保送進了劍橋大學三一學院深造。

1880年他參加了劍橋大學的學位考試，以第二名的優異成績取得學位，隨后被選為三一學院學員，兩年后又被任命為大學講師。他在數物理學方面具有很高修養。發表了《論渦旋環的運動》和《論動力學在物理學和化學中的應用》論文。

1884年，28歲的湯姆遜在瑞利的推薦下，擔任了卡文迪許實驗室物理學教授。

1897年湯姆遜在研究稀薄氣體放電的實驗中，證明了電子的存在，測定了電子的荷質比，轟動了整個物理學界。

1905年，他被任命為英國皇家學院的教授；

1906年榮獲諾貝爾物理學獎；

1916年任皇家學會主席。

1919年被選為科學院外籍委員會首腦。湯姆遜在擔任卡文迪許實驗物理教授及實驗室主任的34年，桃李滿天下。

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行放電實驗時看到了正對著陰極的玻璃管壁上產生出綠色的輝光。

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

最后到1897年，湯姆遜的出色實驗結果面前，真相才得以大白。湯姆遜的實驗過程是這樣的，他將一塊涂有硫化鋅的小玻璃片，放在陰極射線所經過的路途上，看到硫化鋅會發閃光。這說明硫化鋅能顯示出陰極射線的“徑跡”。他發現在一般情況下，陰極射線是直線行進的，但當在射擊線管的外面加上電場，或用一塊蹄形磁鐵跨放在射線管的外面，結果發現陰極射線一都發生了偏折。根據其偏折的方向，不難判斷出帶電的性質。湯姆遜在1897年得出結論：這些“射線”不是以太波，而是帶負電的物質粒子。但他反問自己：“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中的物質？”這需要作更精細的實驗。當時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”的質量來，為此，他設計了一系列既簡單又巧妙的實驗：首先，單獨的電場或磁場都能使帶電體偏轉，而磁場對粒子施加的力是與粒子的速度有關的。湯姆遜對粒子同時施加一個電場和磁場，并調節到電場和磁場所造成的粒子的偏轉互相抵消，讓粒子仍作直線運動。這樣，從電場和磁場的強度比值就能算出粒子運動速度。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量的比值。湯姆遜用這種方法來測定“微粒”電荷與質量之比值。他發現這個比值和氣體的性質無關，并且該值比起電解質中氫離子的比值（這是當時已知的最大量）還要大得多。這說明這種粒子的質量比氫原子的質量要小得多。前者大約是后者的二千分之一。

后來，美國的物理學家羅伯特·密立根在1913年到1917年的油滴實驗中，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了陰極射線是由電子組成的，人類首次用實驗證實了一種“基本粒子”----電子的存在。“電子”這一名稱是由物理學家斯通尼在1891年采用的，原意是定出的一個電的基本單位的名稱，后來這一詞被應用來表示湯姆遜發現的“微粒”。自從發現電子以后，湯姆遜就成為國際上知名的物理學者。在這之前，一般都認為原子是“不能分割的”的東西，湯姆遜的實驗指出，原子是由許多部分組成的，這個實驗標志著科學的一個新時代。人們稱他是“一位最先打開通向基本粒子物理學大門的偉人”。

1905年，他被任命為英國皇家學院的教授；1906年榮獲諾貝爾物理學獎；1916年任皇家學會主席。他并沒有因此而停步不前，仍一如既往，兢兢業業，繼續攀登科學的高峰。湯姆遜既是一位理論物理學家，又是一位實驗物理學家，他一生所做過的實驗，是無法計算的。正是通過反復的實驗，他測定了電子的荷質比，發現了電子；又在實驗中，創造了把質量不同的原子分離開來的方法，為后人發現同位素，提供了有效的方法。湯姆遜在擔任卡文迪許實驗物理教授及實驗室主任的34年間，著手更新實驗室，引進新的教授法，創立了一個極為成功的研究學派。

接二連三的新發現像潮水般地從卡文迪許實驗室涌出：電子云霧室，成就中的一部分。該實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），都是湯姆遜的學生，他們都成了著名的科學家。在他的學生中，有九位獲得了諾貝爾獎金。湯姆遜對自己的學生要求非常嚴格，他要求學生在開始做研究之前，必須學好所需要的實驗技術。進行研究所用的儀器全要自己動手制作。他認為大學應是培養會思考、有獨立工作能力的人才的場所，不是用“現成的機器”投影造成出“死的成品”的工廠。因此，他堅持不讓學生使用現成的儀器，他要求學生不僅是實驗的觀察者，更是做實驗的創造者。湯姆生的著作很多。如《電與磁的現代研究》、《電與磁數學基本理論》等。在他成名之后，好多國家邀他去講學，但他從不輕易應允。如美國著名的普林斯頓大學曾幾度請他去講學，最后他才答應去講六個小時。他講授的內容相當重要，對核物理有一定的價值。這足以說明他治學十分嚴謹，不講則已，講則要有新的創見。倫琴由于他宣布了“一種新的射線”和表演了他的射線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、開爾文等偉大科學家的骨灰安放在一起。

電子概述

電子是一種基本粒子，重量為質子的1/1836。電子圍繞原子核做高速運動。電子通常排列在各個能量層上。當原子互相結合成為分子時，在最外層的電子便會由一原子移至另一原子或成為彼此共享的電子。這是由愛爾蘭物理學家喬治·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。輕子被認為是構成物質的基本粒子之一，即其無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量，自旋和等量的正電荷。物質的基本構成單位——原子是由電子、中子和質子三者共同組成。相對于中子和質子組成的原子核，電子的質量極小。質子的質量大約是電子的1840倍。當電子脫離原子核束縛在其它原子中自由移動時，其產生的凈流動現象稱為電流。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。當電子過剩時，稱為物體帶負電；而電子不足時，稱為物體帶正電。當正負電量平衡時，則稱物體是電中性的。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年由劍橋大學的卡文迪許實驗室的約瑟夫·湯姆遜在研究陰極射線時發現的。在都只能在核外摸索摸索，它被歸于叫做輕子的低質量物質粒子族，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。輕子是物質被劃分的作為基本粒子的一類。電子帶有1/2自旋，滿足費米子的條件（按照費米—狄拉克統計）。電子在原子內做饒核運動，能量越大距核運動的軌跡越遠，有電子運動的空間叫電子層。第一層最多可有2個電子，第二層最多可以有8個，第n層最多可容納2n個電子，最外層最多容納8個電子，最后一層的電子數量決定物質的化學性質是否活潑，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。物質的電子可以失去也可以得到，物質具有得電子的性質叫做氧化性，該物質為氧化劑；物質具有失電子的性質叫做還原性，該物質為還原劑。物質氧化性或還原性的強弱由得失電子難易決定，與得失電子多少無關。