Joseph John Thomson

Joseph John Thomson
	Soubor:J.J. Thomson.jpg
	Sir Joseph John Thomson v roce 1922
Datum narození	18. prosince 1856
Místo narození	Cheetham Hill, Manchester, Anglie,
Datum úmrtí	30. srpna 1940
Místo úmrtí	Cambridge, Anglie,
Národnost	britská
Alma mater	Owens College, Trinity College (Cambridge)
Obor	Experimentální fyzika, Atomová fyzika
Známý díky	Objev elektronu; Objev izotopů; Pudinkový model atomu; Základy hmotnostní spektrometrie
Manželka/y	Rose Elisabeth Paget
Děti	George Paget Thomson; Joan Paget Thomson
Ocenění	Nobelova cena za fyziku (1906); Royal Medal (1894); Copleyho medaile (1914); Pasován na rytíře (1908)

Rozbalit box

Obsah boxu

Sir Joseph John Thomson OM FRS (* 18. prosince 1856, Cheetham Hill u Manchesteru – 30. srpna 1940, Cambridge) byl britský experimentální fyzik, který v roce 1897 objevil elektron, první objevenou elementární částici. Za tento objev a za své výzkumy elektrické vodivosti plynů obdržel v roce 1906 Nobelovu cenu za fyziku. Na základě svého objevu vytvořil tzv. pudinkový model atomu, který byl sice později vyvrácen, ale představoval první krok k pochopení vnitřní struktury atomu. Thomson je rovněž považován za objevitele izotopů a vynálezce hmotnostní spektrometrie.

🧬 Život a kariéra

Joseph John Thomson se narodil na předměstí Manchesteru v rodině knihkupce. Jeho otec pro něj plánoval kariéru inženýra, ale rodina neměla dostatek financí na zaplacení praxe.

🎓 Vzdělání a počátky

Již ve čtrnácti letech byl přijat na Owens College (dnešní University of Manchester). Po smrti otce se zaměřil na fyziku a matematiku. V roce 1876 získal stipendium na Trinity College na univerzitě v Cambridgi, kde strávil zbytek svého života. V roce 1880 absolvoval s vynikajícím prospěchem v matematice a v roce 1883 získal titul Master of Arts.

🔬 Cavendishova laboratoř

V roce 1884 byl poněkud překvapivě jmenován Cavendishovým profesorem experimentální fyziky a ředitelem prestižní Cavendishovy laboratoře v Cambridgi, ačkoliv sám byl spíše teoretikem. V této pozici nahradil Lorda Rayleigh. Ukázal se však jako vynikající vedoucí a pedagog. Pod jeho vedením se laboratoř stala světovým centrem pro výzkum atomové fyziky. Během jeho působení zde pracovalo sedm jeho studentů a asistentů, kteří později sami získali Nobelovu cenu, včetně Ernesta Rutherforda, který se stal jeho nástupcem.

👨‍👩‍👧‍👦 Osobní život

V roce 1890 se oženil s Rose Elisabeth Paget, dcerou profesora medicíny v Cambridgi. Měli spolu dvě děti: syna George Pageta Thomsona a dceru Joan Paget Thomson. Jeho syn se stal také významným fyzikem a v roce 1937 získal Nobelovu cenu za fyziku za objev vlnových vlastností elektronu, čímž paradoxně prokázal vlnově-korpuskulární dualismus částice, kterou jeho otec objevil jako korpuskuli.

J. J. Thomson byl v roce 1908 pasován na rytíře. V roce 1918 se stal rektorem Trinity College, kde zůstal až do své smrti v roce 1940. Je pohřben ve Westminsterském opatství poblíž Isaaca Newtona a svého žáka Ernesta Rutherforda.

🔬 Vědecké objevy

Thomsonovy práce zásadně změnily pohled na stavbu hmoty a otevřely dveře moderní částicové fyzice.

⚡ Objev elektronu

Hlavní Thomsonův přínos spočíval ve zkoumání katodového záření. Pomocí vylepšené katodové trubice a vakuové pumpy provedl v roce 1897 sérii klíčových experimentů. Prokázal, že toto záření:

Lze vychýlit elektrickým polem, což dokazovalo, že je tvořeno nabitými částicemi (předtím se vědělo jen o vychýlení magnetickým polem).
Částice nesou záporný elektrický náboj.
Poměr náboje a hmotnosti (e/m) těchto částic je nezávislý na materiálu katody i na druhu plynu v trubici.

Z naměřené hodnoty poměru e/m dospěl k závěru, že tyto částice, které nazval "korpuskule", jsou přibližně 1800krát lehčí než nejlehčí známý atom, vodík. Tím vyvrátil tisíce let starou představu o nedělitelnosti atomu. Tyto "korpuskule" byly později přejmenovány na elektrony. Tento objev je považován za zrod částicové fyziky.

🍮 Pudinkový model atomu

Po objevu elektronu musela být přehodnocena struktura atomu. Jelikož byl atom jako celek elektricky neutrální a obsahoval záporné elektrony, musel obsahovat i kladný náboj. V roce 1904 Thomson navrhl model, který se stal známým jako pudinkový model (anglicky plum pudding model).

Podle tohoto modelu je atom tvořen koulí s rovnoměrně rozloženým kladným nábojem, ve které jsou "jako rozinky v pudinku" rozmístěny záporné elektrony. Tento model byl prvním, který zahrnoval subatomární částice, ale byl experimentálně vyvrácen v roce 1909 experimentem Ernesta Rutherforda, který vedl k objevu atomového jádra a vzniku planetárního modelu atomu.

⚛️ Objev izotopů a hmotnostní spektrometrie

Při zkoumání "kanálového záření" (proudy kladně nabitých iontů) v roce 1912 Thomson se svým asistentem Francisem Astonem usměrnil proud iontů neonu skrze paralelní elektrické a magnetické pole. Na fotografické desce pak pozorovali dvě různé paraboly. To dokazovalo, že plyn neon se skládá ze dvou druhů atomů s různou hmotností (Neon-20 a Neon-22). Tím poprvé prokázal existenci izotopů u stabilního (neradioaktivního) prvku.

Tato technika oddělování iontů podle jejich poměru hmotnosti k náboji položila základy hmotnostní spektrometrie, která se dnes používá v mnoha oblastech chemie, biologie i fyziky.

🏆 Ocenění a odkaz

J. J. Thomson byl za svůj život mnohokrát oceněn. Kromě Nobelovy ceny (1906) a povýšení do šlechtického stavu (1908) získal řadu medailí od Královské společnosti i dalších vědeckých institucí.

Jeho největším odkazem je nejen objev elektronu, který odstartoval revoluci ve fyzice, ale také jeho role učitele a mentora. Cavendishova laboratoř pod jeho vedením vychovala generaci vědců, kteří formovali fyziku první poloviny 20. století. Na jeho počest byla pojmenována jednotka poměru hmotnosti a náboje v hmotnostní spektrometrii, thomson (Th).

💡 Pro laiky

Představte si, že po tisíce let si všichni mysleli, že nejmenší stavební kostkou světa je něco jako miniaturní, naprosto hladká a nedělitelná kulička – atom.

Objev elektronu: J. J. Thomson jako první dokázal, že to není pravda. Zjistil, že z těchto "nedělitelných" kuliček lze "vystřelit" ještě mnohem menší částečky, které mají záporný elektrický náboj. Bylo to, jako by někdo zjistil, že cihla není z jednoho kusu, ale skládá se z písku a prachu. Těmto částečkám dnes říkáme elektrony.

Pudinkový model: Když Thomson objevil záporné elektrony, musel vysvětlit, jak drží v atomu pohromadě. Představil si atom jako takový sladký pudink nebo bábovku. Celá bábovka představovala kladný náboj a v ní byly zapečené záporné elektrony jako rozinky. Tento model byl sice jednoduchý a brzy překonaný, ale byl to první pokus nakreslit "mapu" vnitřku atomu.

Objev izotopů: Thomson také zjistil, že ne všechny atomy jednoho prvku jsou stejné. Představte si, že máte krabici plnou autíček stejné značky a barvy. Většina z nich váží stejně, ale pár jich má těžší motor a jsou o trochu těžší. Přesně to Thomson zjistil u prvku neon. Všechny atomy byly neon, ale některé byly "těžší" než ostatní. Těmto různě těžkým variantám jednoho prvku říkáme izotopy.

⏰ Tento článek je aktuální k datu 14.12.2025