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BIOGRAFIAS DE GRANDES CIENTISTAS
Thomas Joseph John. Biografia de um cientista
Diretório / Biografias de grandes cientistas
O físico inglês Joseph Thomson entrou para a história da ciência como o homem que descobriu o elétron. Certa vez ele disse: "As descobertas se devem à nitidez e poder de observação, intuição, entusiasmo inabalável até a resolução final de todas as contradições que acompanham o trabalho pioneiro". Joseph John Thomson nasceu em 18 de dezembro de 1856 em Manchester. Aqui, em Manchester, graduou-se no Owens College, e em 1876-1880 estudou na Universidade de Cambridge no famoso Trinity College (Trinity College). Em janeiro de 1880, Thomson passou com sucesso nos exames finais e começou a trabalhar no Laboratório Cavendish. Seu primeiro artigo, publicado em 1880, foi dedicado à teoria eletromagnética da luz. No ano seguinte, dois artigos apareceram, um dos quais lançou as bases para a teoria eletromagnética da massa. O artigo chamava-se "Sobre os efeitos elétricos e magnéticos produzidos pelo movimento de corpos eletrificados". Este artigo expressa a ideia de que "o éter fora de um corpo carregado é o portador de toda a massa, momento e energia". Com o aumento da velocidade, a natureza do campo muda, devido a que toda essa massa de "campo" aumenta, permanecendo o tempo todo proporcional à energia. Thomson era obcecado por física experimental no melhor sentido da palavra. Incansável no trabalho, ele estava tão acostumado a alcançar seu objetivo sozinho que as más línguas falavam de seu completo desrespeito pelas autoridades. Dizia-se que ele preferia pensar independentemente sobre quaisquer questões de natureza científica que não lhe fossem familiares, em vez de recorrer a livros e teorias prontas. No entanto, isso é claramente um exagero... As realizações científicas de Thomson foram muito apreciadas por Rayleigh, diretor do laboratório Cavendish. Deixando em 1884 como diretor, ele não hesitou em recomendar Thomson como seu sucessor. Para o próprio Joseph, sua nomeação foi uma surpresa. Sabe-se que quando um dos físicos americanos que era estagiário no Laboratório Cavendish soube dessa nomeação, ele imediatamente empacotou seus pertences. "É inútil trabalhar com um professor que é apenas dois anos mais velho que você..." - disse ele, navegando para casa. Bem, ele tinha muito tempo pela frente para se arrepender de sua pressa. O antigo diretor do laboratório tinha boas razões para tal escolha. Todos os que conheciam Thomson de perto notaram unanimemente sua benevolência infalível e maneira agradável de comunicação, combinada com princípios. Mais tarde, os alunos lembraram que seu supervisor gostava de repetir as palavras de Maxwell de que nunca se deve dissuadir uma pessoa de fazer um experimento que ele havia concebido. Mesmo que não encontre o que procura, pode descobrir outra coisa e se beneficiar mais de mil discussões. Assim, diferentes propriedades coexistiam nessa pessoa, como a independência dos próprios julgamentos e o profundo respeito pela opinião de um aluno, funcionário ou colega. E talvez fossem essas qualidades que garantiram seu sucesso como chefe do Cavendish. Thomson chegou ao novo posto com trabalhos publicados, convicção na unidade do mundo material e muitos planos para o futuro. E seus primeiros sucessos contribuíram para a credibilidade do Laboratório Cavendish. Logo um grupo de jovens de vários países se reuniu aqui. Todos eles igualmente ardiam de entusiasmo e estavam prontos para qualquer sacrifício em prol da ciência. Uma escola foi formada, uma verdadeira equipe científica de pessoas unidas por um objetivo e métodos comuns, com autoridade mundial à frente. De 1884 a 1919, quando Rutherford o sucedeu como diretor do laboratório, Thomson dirigiu o laboratório Cavendish. Durante este tempo tornou-se um importante centro de física mundial, uma escola internacional de físicos. Rutherford, Bohr, Langevin e muitos outros, incluindo cientistas russos, começaram sua jornada científica aqui. Completando o livro de suas memórias no final de sua vida, Thomson lista entre seus ex-alunos de doutorado 27 membros da Royal Society, 80 professores que trabalham com sucesso em treze países. O resultado é realmente brilhante. O programa de pesquisa de Thomson era amplo: questões sobre a passagem da corrente elétrica através dos gases, a teoria eletrônica dos metais, o estudo da natureza dos vários tipos de raios... Retomando o estudo dos raios catódicos, Thomson decidiu em primeiro lugar verificar se seus predecessores, que haviam conseguido a deflexão dos raios por campos elétricos, haviam realizado os experimentos com suficiente cuidado. Ele concebe um experimento repetido, projeta equipamentos especiais para ele, monitora a precisão da execução da ordem e o resultado esperado é óbvio. No tubo projetado por Thomson, os raios catódicos obedientemente atraídos para a placa positivamente carregada e claramente repelidos pela negativa, ou seja, eles se comportavam como um fluxo de minúsculos corpúsculos em movimento rápido carregados de eletricidade negativa. Excelente resultado! Ele poderia, é claro, pôr fim a todas as disputas sobre a natureza dos raios catódicos, mas Thomson não considerou sua pesquisa concluída. Tendo determinado qualitativamente a natureza dos raios, ele queria dar uma definição quantitativa exata dos corpúsculos que os compõem. Inspirado pelo primeiro sucesso, ele projetou um novo tubo: um cátodo, eletrodos aceleradores na forma de anéis e placas, aos quais uma tensão defletora poderia ser aplicada. Na parede oposta ao cátodo, ele depositou uma fina camada de uma substância capaz de brilhar sob o impacto de partículas incidentes. Acabou sendo o ancestral dos tubos de raios catódicos, tão familiares para nós na era das televisões e radares. O objetivo do experimento de Thomson era desviar um monte de corpúsculos com um campo elétrico e compensar essa deflexão com um campo magnético. As conclusões a que ele chegou como resultado do experimento foram surpreendentes. Primeiro, descobriu-se que as partículas voam no tubo com enormes velocidades próximas à velocidade da luz. E em segundo lugar, a carga elétrica por unidade de massa dos corpúsculos era fantasticamente grande. Que tipo de partículas eram essas: átomos desconhecidos carregando enormes cargas elétricas, ou partículas minúsculas com massa desprezível, mas com uma carga menor? Além disso, ele descobriu que a razão de carga específica para unidade de massa é um valor constante, independente da velocidade da partícula, ou do material do cátodo, ou da natureza do gás no qual a descarga ocorre. Tal independência era alarmante. Parece que os corpúsculos eram uma espécie de partículas universais de matéria, constituintes de átomos... Só de pensar nisso, um pesquisador do século passado deveria ter ficado inquieto. Afinal, a própria palavra "átomo" significava "indivisível". Por milhares de anos que se passaram desde o tempo de Demócrito, os átomos foram símbolos do limite da divisibilidade, símbolos da discrição da matéria. E de repente ... De repente acontece que eles também têm componentes? Concorde que havia algo para se sentir confuso. É verdade que o horror do sacrilégio misturou-se em grande parte com o deleite da antecipação da grande descoberta... Thomson começou a trabalhar. Antes de tudo, era necessário determinar os parâmetros dos misteriosos corpúsculos e, então, talvez, fosse possível decidir quais eram. A caligrafia fina do cientista cobre folhas de papel com infinitas figuras. E aqui estão, os primeiros resultados dos cálculos: não há dúvida, as partículas desconhecidas nada mais são do que as menores cargas elétricas, átomos indivisíveis de eletricidade ou elétrons. Eles eram conhecidos teoricamente e até receberam um nome, mas só ele conseguiu descobrir e, assim, finalmente confirmar sua existência experimentalmente. E ele fez isso - o teimoso físico experimental inglês Professor Joseph John Thomson, a quem seus alunos e colegas chamavam simplesmente de GJ pelas costas. Em 29 de abril de 1897, na sala onde aconteciam as reuniões da Royal Society de Londres há mais de duzentos anos, seu relatório foi agendado. A maioria dos presentes conhece bem a história da questão. Muitos tentaram resolver os problemas da natureza dos raios catódicos. O nome do orador prometia uma mensagem interessante. E aqui está Thomson no pódio. Ele é alto, magro e usa óculos de armação de metal. Ele fala com confiança e em voz alta. Os assistentes do orador imediatamente, na frente dos presentes, estão preparando um experimento de demonstração. De fato, tudo o que o alto cavalheiro de óculos estava falando aconteceu. Os raios catódicos no tubo obedientemente desviavam e atraíam campos magnéticos e elétricos. Além disso, eles foram desviados e atraídos exatamente como deveriam, se assumirmos que consistiam nas menores partículas carregadas negativamente ... Os ouvintes ficaram encantados. Eles interromperam repetidamente o relatório com aplausos. A final superou todas as expectativas. Este antigo salão, talvez, nunca viu tal triunfo. Honoráveis membros da Royal Society saltaram de seus assentos, correram para a mesa de demonstração, lotaram, agitando os braços e gritaram... O deleite dos presentes não se deveu de modo algum ao fato de o colega J. J. Thomson ter revelado de forma tão convincente a verdadeira natureza dos raios catódicos. O assunto era muito mais sério. Os átomos, os primeiros blocos de construção da matéria, deixaram de ser grãos redondos elementares, partículas impenetráveis e indivisíveis sem qualquer estrutura interna... eletricidade positiva carregada e de corpúsculos carregados negativamente - elétrons. O nome "elétron", uma vez proposto por Stoney para denotar a magnitude da menor carga elétrica, tornou-se o nome do "átomo de eletricidade" indivisível. Agora, as direções mais necessárias de pesquisas futuras tornaram-se visíveis. Antes de tudo, é claro, era necessário determinar com precisão a carga e a massa de um elétron, o que permitiria esclarecer as massas dos átomos de todos os elementos, calcular as massas das moléculas, dar recomendações para a preparação correta das reações ... O que posso dizer, o conhecimento do valor exato da carga de um elétron era necessário como o ar e, portanto, muitos físicos imediatamente iniciaram experimentos para determiná-lo. Em 1904, Thomson publicou seu novo modelo do átomo. Era também uma esfera uniformemente carregada de eletricidade positiva, dentro da qual giravam corpúsculos carregados negativamente, cujo número e disposição dependiam da natureza do átomo. O cientista não conseguiu resolver o problema geral de um arranjo estável de corpúsculos dentro da esfera, e decidiu-se por um caso particular quando os corpúsculos estão no mesmo plano que passa pelo centro da esfera. Em cada anel, os corpúsculos faziam movimentos bastante complexos, que o autor da hipótese associou aos espectros. E a distribuição dos corpúsculos ao longo dos anéis das conchas correspondia às colunas verticais da tabela periódica. Eles dizem que uma vez os jornalistas pediram a GJ para explicar claramente como ele sugere a estrutura de "seu átomo". “Ah, é muito simples”, o professor respondeu calmamente, “muito provavelmente, é algo como um pudim com passas... Assim, o átomo de Thomson entrou na história da ciência - um "pudim" carregado positivamente recheado com "passas" negativas - elétrons. O próprio Thomson estava bem ciente da complexidade da estrutura do "pudim de passas". O cientista chegou muito perto da conclusão de que a natureza da distribuição dos elétrons em um átomo determina seu lugar no sistema periódico de elementos, mas só chegou perto. A conclusão final ainda estava por vir. Muito do modelo que ele propôs ainda era inexplicável. Ninguém, por exemplo, entendia o que era a massa carregada positivamente de um átomo e quantos elétrons deveriam estar contidos nos átomos de vários elementos. Thomson ensinou os físicos a controlar os elétrons, e esse é seu principal mérito. O desenvolvimento do método de Thomson forma a base da óptica eletrônica, tubos de vácuo e aceleradores de partículas modernos. Thomson recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1906 por seu estudo da passagem da eletricidade através dos gases. Thomson também desenvolveu métodos para estudar partículas carregadas positivamente. Sua monografia Rays of Positive Electricity, publicada em 1913, marcou o início da espectroscopia de massa. Desenvolvendo a técnica de Thomson, seu aluno Aston construiu o primeiro espectrômetro de massa e desenvolveu um método para análise e separação de isótopos. No laboratório de Thomson, as primeiras medições da carga elementar começaram a partir da observação do movimento de uma nuvem carregada em um campo elétrico. Esse método foi aprimorado ainda mais por Millikan e levou às suas agora clássicas medições da carga do elétron. A famosa câmara de nuvens, construída pelo aluno e colaborador de Thomson, Wilson, em 1911, começou sua vida no laboratório Cavendish. Assim, o papel de Thomson e seus alunos na formação e desenvolvimento da física atômica e nuclear é muito grande. Mas Thomson até o final de sua vida permaneceu um defensor do éter, desenvolveu modelos de movimento no éter, cujo resultado, em sua opinião, foram os fenômenos observados. Assim, ele interpretou a deflexão do feixe catódico em um campo magnético como a precessão de um giroscópio, dotando a combinação de campos elétricos e magnéticos com um momento rotacional. Thomson morreu em 30 de agosto de 1940, em um momento difícil para a Inglaterra, quando a ameaça de uma invasão pelos nazistas pairava sobre ela. Autor: Samin D. K.
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