Как электрон заволновался

03 Мая
Как электрон заволновался
Джордж Паджет Томсон, английский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 1937 года
Фотография: gettyimages.com

3 мая 1892 года родился Джордж Паджет Томсон, будущий автор классического эксперимента, доказавшего волновые свойства электрона.

Примерно в это время отец новорожденного Джозеф Джон Томсон пытался разработать «молекулярную теорию электричества» на основе максвелловской электродинамики, но у него ничего не получалось: в научном сообществе продолжало доминировать представление о передаче электромагнитных воздействий посредством колебаний эфира — универсальной среды, заполняющей все пространство. Понадобилось еще пять лет, чтобы Томсон-старший в критическом эксперименте с катодными лучами доказал, что заряд переносится не эфирным колебанием, а частицей, названной электроном.

Схема опытов Дж. П. Томсона по дифракции электронов

Между тем Томсон-младший поступил в респектабельную частную школу Пирса в Кембридже, затем в сам Кембридж, в Тринити-колледж, который окончил и его отец. В Первую мировую он служил в пехоте, затем увлекся авиацией, работал в Фарнборо и внес заметный вклад в аэродинамику. Затем он получил должность профессора в Абердинском университете. К этому моменту уже вовсю развернулась новая научная революция: шла работа над созданием новой универсальной теории микромира — квантовой механики. Согласно этой странной теории, частицы обладают волновыми свойствами, а волны — корпускулярными. Соответствующую гипотезу в начале 1920-х предложил французский физик Луи де Бройль, но тогда она казалась чересчур фантастической.

В 1927 американские физики Клинтон Дэвиссон и Лестер Джермер рассеяли пучок электронов на кристалле никеля и обнаружили классическую дифракционную картину — пучок электронов ведет себя как коротковолновое излучение.

В следующем, 1928 году Томсон-младший в Абердине направил пучок электронов на тонкую золотую фольгу и тоже увидел на экране за ней дифракционную картину, доказывающую, что частица, открытая его отцом, ведет себя как волна. В 1937 году Дэвиссон и Томсон получили за свое открытие Нобелевскую премию (через тридцать лет после получения премии Томсоном-старшим, открывшим электрон как частицу).

Дальнейшие научные интересы Томсона-младшего были связаны с ядерной
физикой. Еще до начала Второй мировой войны он убедил министерство авиации
Великобритании закупить тонну оксида урана для экспериментов, обеспечив тем
самым старт британского уранового проекта. Он принимал участие и в знаменитом американском
Манхэттенском проекте. После войны Джордж Паджет Томсон увлекся очередной
главной темой Большой науки — термоядерным синтезом — и писал книги в жанре
научно-философской публицистики. В одной из них он делится с читателями
замечательной формулой, которая могла родиться только в голове настоящего
физика: «Научно-технический процесс сводится всего к трем элементам: знаниям,
энергии и материалам. Но знание безусловно является главным из них».