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BIOGRAFÍAS DE GRANDES CIENTÍFICOS
Thomson José Juan. Biografía del científico.
Directorio / Biografías de grandes científicos.
El físico inglés Joseph Thomson entró en la historia de la ciencia como el hombre que descubrió el electrón. Una vez dijo: "Los descubrimientos se deben a la agudeza y el poder de observación, la intuición, el entusiasmo inquebrantable hasta la resolución final de todas las contradicciones que acompañan al trabajo pionero". Joseph John Thomson nació el 18 de diciembre de 1856 en Manchester. Aquí, en Manchester, se graduó de Owens College, y en 1876-1880 estudió en la Universidad de Cambridge en el famoso Trinity College (Trinity College). En enero de 1880, Thomson aprobó con éxito los exámenes finales y comenzó a trabajar en el Laboratorio Cavendish. Su primer artículo, publicado en 1880, estuvo dedicado a la teoría electromagnética de la luz. Al año siguiente, aparecieron dos artículos, uno de los cuales sentó las bases de la teoría electromagnética de la masa. El artículo se titulaba "Sobre los efectos eléctricos y magnéticos producidos por el movimiento de los cuerpos electrificados". Este artículo expresa la idea de que "el éter fuera de un cuerpo cargado es el portador de toda la masa, cantidad de movimiento y energía". Con el aumento de la velocidad, la naturaleza del campo cambia, por lo que toda esta masa de "campo" aumenta, permaneciendo todo el tiempo proporcional a la energía. Thomson estaba obsesionado con la física experimental en el mejor sentido de la palabra. Incansable en el trabajo, estaba tan acostumbrado a lograr su objetivo por sí mismo que las malas lenguas hablaban de su total desprecio por las autoridades. Se dijo que prefería pensar de forma independiente sobre cualquier pregunta de naturaleza científica que no le fuera familiar, en lugar de recurrir a libros y teorías prefabricadas. Sin embargo, esto es claramente una exageración... Los logros científicos de Thomson fueron muy apreciados por Rayleigh, director del laboratorio Cavendish. Dejando en 1884 como director, no dudó en recomendar a Thomson como su sucesor. Para el mismo José, su nombramiento fue una sorpresa. Se sabe que cuando uno de los físicos estadounidenses que hacía prácticas en el Laboratorio Cavendish se enteró de este nombramiento, inmediatamente empacó sus pertenencias. "No tiene sentido trabajar con un profesor que es solo dos años mayor que tú..." - dijo, navegando hacia su casa. Bueno, tenía mucho tiempo por delante para arrepentirse de su prisa. El antiguo director del laboratorio tenía buenas razones para tal elección. Todos los que conocían de cerca a Thomson notaron unánimemente su invariable benevolencia y su manera agradable de comunicarse, combinada con principios. Más tarde, los estudiantes recordaron que a su supervisor le gustaba repetir las palabras de Maxwell de que nunca se debe disuadir a una persona de hacer un experimento que había concebido. Aunque no encuentre lo que busca, puede que descubra algo más y se beneficie más que de mil discusiones. Así coexistían en esta persona diferentes propiedades, como la independencia de los propios juicios y un profundo respeto por la opinión de un estudiante, empleado o colega. Y quizás fueron estas cualidades las que aseguraron su éxito al frente de la Cavendish. Thomson llegó al nuevo cargo con obras publicadas, convicción en la unidad del mundo material y muchos planes para el futuro. Y sus primeros éxitos contribuyeron a la credibilidad del Laboratorio Cavendish. Pronto se reunió aquí un grupo de jóvenes de varios países. Todos ellos igualmente ardían de entusiasmo y estaban dispuestos a cualquier sacrificio por el bien de la ciencia. Se formó una escuela, un verdadero equipo científico de personas unidas por objetivos y métodos comunes, con la autoridad mundial a la cabeza. Desde 1884 hasta 1919, cuando Rutherford lo sucedió como director del laboratorio, Thomson dirigió el laboratorio Cavendish. Durante este tiempo se ha convertido en un importante centro de física mundial, una escuela internacional de físicos. Rutherford, Bohr, Langevin y muchos otros, incluidos científicos rusos, comenzaron aquí su viaje científico. Completando el libro de sus memorias al final de su vida, Thomson enumera entre sus antiguos alumnos de doctorado a 27 miembros de la Royal Society, 80 profesores que trabajan con éxito en trece países. El resultado es realmente brillante. El programa de investigación de Thomson fue amplio: preguntas sobre el paso de la corriente eléctrica a través de los gases, la teoría electrónica de los metales, el estudio de la naturaleza de varios tipos de rayos... Retomando el estudio de los rayos catódicos, Thomson decidió en primer lugar comprobar si sus predecesores, que habían logrado la desviación de los rayos por campos eléctricos, habían llevado a cabo los experimentos con suficiente cuidado. Concibe un experimento repetido, diseña un equipo especial para él, supervisa él mismo la precisión de la ejecución de la orden y el resultado esperado es obvio. En el tubo diseñado por Thomson, los rayos catódicos se atraían obedientemente a la placa cargada positivamente y claramente se repelían desde la placa negativa, es decir, se comportaban como se suponía que debía hacerlo una corriente de diminutos corpúsculos cargados con electricidad negativa que se movían rápidamente. ¡Excelente resultado! Por supuesto, pudo poner fin a todas las disputas sobre la naturaleza de los rayos catódicos, pero Thomson no consideró que su investigación estuviera completa. Habiendo determinado cualitativamente la naturaleza de los rayos, quiso dar una definición cuantitativa exacta de los corpúsculos que los componen. Inspirándose en el primer éxito, diseñó un nuevo tubo: un cátodo, electrodos aceleradores en forma de anillos y placas, a los que se les podía aplicar un voltaje de desviación. En la pared opuesta al cátodo, depositó una fina capa de una sustancia capaz de brillar bajo el impacto de las partículas incidentes. Resultó ser el antepasado de los tubos de rayos catódicos, tan familiares para nosotros en la era de los televisores y los radares. El propósito del experimento de Thomson era desviar un grupo de corpúsculos con un campo eléctrico y compensar esta desviación con un campo magnético. Las conclusiones a las que llegó como resultado del experimento fueron asombrosas. Primero, resultó que las partículas vuelan en el tubo con enormes velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Y en segundo lugar, la carga eléctrica por unidad de masa de los corpúsculos era fantásticamente grande. ¿Qué tipo de partículas eran estas: átomos desconocidos con enormes cargas eléctricas, o partículas diminutas con masa insignificante, pero con una carga más pequeña? Además, descubrió que la relación entre la carga específica y la unidad de masa es un valor constante, independiente de la velocidad de las partículas, del material del cátodo o de la naturaleza del gas en el que se produce la descarga. Tal independencia era alarmante. Parece que los corpúsculos fueran una especie de partículas universales de materia, partes constitutivas de los átomos... De solo pensar en esto, un investigador del siglo pasado debería haberse inquietado. Después de todo, la misma palabra "átomo" significaba "indivisible". Durante los miles de años transcurridos desde la época de Demócrito, los átomos han sido símbolos del límite de la divisibilidad, símbolos de la discontinuidad de la materia. Y de repente... ¿De repente resulta que también tienen componentes? De acuerdo en que había algo para sentirse confundido. Es cierto que el horror del sacrilegio se mezcló en gran medida con el deleite de la anticipación del gran descubrimiento... Thomson se puso a trabajar. En primer lugar, era necesario determinar los parámetros de los misteriosos corpúsculos, y luego, quizás, sería posible decidir cuáles eran. La letra fina del científico cubre hojas de papel con un sinfín de cifras. Y aquí están, los primeros resultados de los cálculos: no hay duda, las partículas desconocidas no son más que las cargas eléctricas más pequeñas, átomos indivisibles de electricidad, o electrones. Eran conocidos teóricamente e incluso recibieron un nombre, pero solo él logró descubrirlos y con ello finalmente confirmar experimentalmente su existencia. Y lo hizo: el obstinado físico experimental inglés, el profesor Joseph John Thomson, a quien sus estudiantes y colegas a sus espaldas llamaban simplemente GJ. El 29 de abril de 1897, en la sala donde se habían celebrado las reuniones de la Royal Society de Londres durante más de doscientos años, se programó su informe. La mayoría de los presentes conocen muy bien la historia del tema. Muchos mismos han tratado de resolver los problemas de la naturaleza de los rayos catódicos. El nombre del orador prometía un mensaje interesante. Y aquí está Thomson en el podio. Es alto, delgado y usa anteojos con montura de metal. Habla con confianza y en voz alta. Los asistentes del orador inmediatamente, frente a los presentes, están preparando un experimento de demostración. Efectivamente, todo lo que el alto caballero de anteojos estaba hablando sucedió. Los rayos catódicos en el tubo obedientemente desviaron y atrajeron campos magnéticos y eléctricos. Además, fueron desviados y atraídos exactamente como deberían, si asumimos que consistían en las partículas cargadas negativamente más pequeñas... Los oyentes estaban encantados. Interrumpieron repetidamente el informe con aplausos. La final superó todas las expectativas. Este antiguo salón, tal vez, nunca haya visto tal triunfo. Honorables miembros de la Royal Society saltaron de sus asientos, corrieron a la mesa de demostración, se agolparon, agitaron los brazos y gritaron... El deleite de los presentes no se debió en absoluto al hecho de que el colega J. J. Thomson hubiera revelado tan convincentemente la verdadera naturaleza de los rayos catódicos. El asunto era mucho más serio. Los átomos, los primeros bloques de construcción de la materia, dejaron de ser granos redondos elementales, partículas impenetrables e indivisibles sin ninguna estructura interna ... Si los corpúsculos cargados negativamente pudieran salir volando de ellos, entonces los átomos deben haber sido una especie de sistema complejo que consiste en algo electricidad positiva cargada y de corpúsculos cargados negativamente - electrones. El nombre "electrón", una vez propuesto por Stoney para denotar la magnitud de la carga eléctrica más pequeña, se convirtió en el nombre del "átomo de electricidad" indivisible. Ahora se han hecho visibles las direcciones más necesarias de futuras búsquedas. En primer lugar, por supuesto, era necesario determinar con precisión la carga y la masa de un electrón, lo que permitiría aclarar las masas de los átomos de todos los elementos, calcular las masas de las moléculas y dar recomendaciones para la correcta preparación de las reacciones. ... Qué puedo decir, el conocimiento del valor exacto de la carga de un electrón era necesario como el aire y, por lo tanto, muchos físicos inmediatamente emprendieron experimentos para determinarlo. En 1904, Thomson publicó su nuevo modelo del átomo. Era también una esfera uniformemente cargada de electricidad positiva, dentro de la cual giraban corpúsculos cargados negativamente, cuyo número y disposición dependía de la naturaleza del átomo. El científico no logró resolver el problema general de una disposición estable de los corpúsculos dentro de la esfera, y se decidió por un caso particular en el que los corpúsculos se encuentran en el mismo plano que pasa por el centro de la esfera. En cada anillo, los corpúsculos realizaban movimientos bastante complejos, que el autor de la hipótesis asoció con los espectros. Y la distribución de los corpúsculos a lo largo de los anillos de las conchas correspondía a las columnas verticales de la tabla periódica. Dicen que una vez los periodistas le pidieron a GJ que explicara claramente cómo sugiere la estructura de "su átomo". "Oh, es muy simple", respondió el profesor con calma, "lo más probable es que sea algo así como un pudín con pasas ... Entonces, el átomo de Thomson entró en la historia de la ciencia: un "pudín" con carga positiva relleno de "pasas" negativas: electrones. El propio Thomson era muy consciente de la complejidad de la estructura del "pudín de pasas". El científico estuvo muy cerca de llegar a la conclusión de que la naturaleza de la distribución de electrones en un átomo determina su lugar en el sistema periódico de los elementos, pero solo llegó. La conclusión final aún estaba por llegar. Gran parte del modelo que proponía seguía siendo inexplicable. Nadie, por ejemplo, entendió cuál era la masa cargada positivamente de un átomo y cuántos electrones deberían estar contenidos en los átomos de varios elementos. Thomson enseñó a los físicos cómo controlar los electrones, y este es su principal mérito. El desarrollo del método Thomson constituye la base de la óptica electrónica, los tubos de vacío y los aceleradores de partículas modernos. Thomson recibió el Premio Nobel de Física en 1906 por su estudio del paso de la electricidad a través de los gases. Thomson también desarrolló métodos para estudiar partículas cargadas positivamente. Su monografía Rays of Positive Electricity, publicada en 1913, marcó el comienzo de la espectroscopia de masas. Desarrollando la técnica de Thomson, su alumno Aston construyó el primer espectrómetro de masas y desarrolló un método para el análisis y separación de isótopos. En el laboratorio de Thomson, las primeras mediciones de la carga elemental comenzaron a partir de la observación del movimiento de una nube cargada en un campo eléctrico. Millikan mejoró aún más este método y lo llevó a sus ahora clásicas mediciones de la carga del electrón. La famosa cámara de niebla, construida por el alumno y colaborador de Thomson, Wilson, en 1911, comenzó su vida en el laboratorio de Cavendish. Así, el papel de Thomson y sus estudiantes en la formación y desarrollo de la física atómica y nuclear es muy grande. Pero Thomson hasta el final de su vida siguió siendo partidario del éter, desarrolló modelos de movimiento en el éter, cuyo resultado, en su opinión, fueron los fenómenos observados. Así, interpretó la desviación del haz catódico en un campo magnético como la precesión de un giroscopio, dotando a la combinación de campos eléctricos y magnéticos de un momento de rotación. Thomson murió el 30 de agosto de 1940, en un momento difícil para Inglaterra, cuando la amenaza de una invasión de los nazis se cernía sobre ella. Autor: Samin D.K.
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