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トムソン とむそんSir Joseph John Thomson

日本大百科全書(ニッポニカ)の解説

トムソン(Sir Joseph John Thomson)
とむそん
Sir Joseph John Thomson
(1856―1940)

イギリスの物理学者。電子の発見者。マンチェスター近郊で生まれる。オーウェンス・カレッジで工学を学んだのち、1876年ケンブリッジ大学に入学して物理学を学び、1880年、数学卒業試験mathematical triposで、ラーモアJoseph Larmor(1857―1942。ラーモア歳差運動の発見者)に次いで第2位で合格、学位を得た。その後、同大学キャベンディッシュ研究所長レイリーの下で実験的研究を開始し、1883年王立協会会員、1884年レイリーの後を継いで同研究所長に就任した。
 初期の研究としては、電磁理論や物理化学上の仕事があるが、1880年代前半以降一貫して気体放電現象を研究対象に取り上げ、当初、それを電磁的ないし化学的運動形態としてとらえたのち、1890年、エネルギー保存則の適用を契機として「グロットゥスの鎖」とファラデー管の気体放電機構への導入を経て、1891~1895年ファラデー管による「電気の分子論」の展開を通して、原子の内部的構造の追究に進んだ。こうした長期にわたる彼の気体放電研究こそが、後の電子の発見の歴史的出発点とみなされる。電子の発見を、短絡的に、陰極線研究、すなわち真空放電実験のみの結果とする説があるが、1896年以前、陰極線はトムソンの主要な研究対象ではなく、むしろ1895年末のレントゲンによるX線の発見とその直後からの彼自身によるX線研究が電子の発見の契機であった。というのは、X線発見後、トムソンはX線と気体放電をそれぞれ「電媒質波」と「対流波」ととらえていたが、彼自身のX線研究の結果、X線の本性について縦波説から横波説に考えを変え、そこでこの「極端に小さい波長」のX線を生み出す「親」として初めて陰極線に注目、原子よりミクロな「原初的原子」の考えに至ったからである(1896)。
 電子の発見に直結する陰極線研究は、1896年、気体放電・X線および「レナール線」の三者の関連で始められ、とくに1896年秋のX線を照射した気体の電気伝導性に関する実験による、電流として陰極線と気体放電が同等であることの確認、および1分子の独立な分離過程としての「イオン化(電離)」概念の確立が、陰極線の本性解明の不可欠な前提となった。そして1897年4月までに彼は、M・バークランドの「磁気スペクトル」が残留気体の種類によらないことの解釈を通して、また陰極線の「複合性」を踏まえ、陰極線粒子(電子)と気体放電の際の「伝導性粒子」(イオン)の比較・区別によって、陰極線粒子が電子(彼はそれを当初「コーパスクル」とよんだ)であり、それは「原初的原子」にほかならない点を明らかにした。これが電子の発見である。さらに同年、電場および磁場中での屈曲実験によって、この粒子の比電荷e/meは粒子の電荷、mは質量)を測定し、一方、1898年イオンの電荷eを測定して、それらから1899年、電子の質量が水素原子の約1000分の1であることを確かめた。こうしてトムソンは、「ア・トム」(原子)がそれ以上壊されない究極の微粒子であるとする古代ギリシア以来の物質観を覆した。
 この時点で、あらゆる物質原子はすべてこのコーパスクル(電子)から構成されているとみなし、したがって元素の化学的性質は原子内電子の数と配置から説明しうると考えた。その立場から1897年「浮遊マグネット模型」、1903~1904年には「陽球モデル」を提案、原子構造論を展開した。そこで原子内電子数決定のため、1906年、物質によるβ(ベータ)線の吸収に注目、高速荷電粒子と原子の相互作用によって原子の内部構造を調べる実験的方法を創始した。また1910年にはβ線の散乱理論を展開、1個の電子が1個の原子に衝突するという荷電粒子の原子との相互作用の要素的過程を初めて理論的に取り扱った。他方、1905年ごろから陽極線研究を開始、1912年アストンと共同で、陽極線分析によりネオンの同位元素(アイソトープ)を発見した。
 1905年に王立科学研究所教授にも就任、キャベンディッシュ研究所長引退後、1918年ケンブリッジ大学トリニティ・カレッジ学長になった。門下にはラザフォード、タウンゼンドJohn Sealy Edward Townsend(1868―1957)、ランジュバン、C・T・R・ウィルソンら多数の物理学者がいる。19世紀末から20世紀初頭にかけて、各国からキャベンディッシュ研究所に集まった若い研究者たちがトムソンの下で行った組織的研究が、今日の原子物理学の基礎を築いたといえる。著書も多くあるが、『気体を通しての電気伝導』Conduction of the electricity through the gases(1903)は原子物理学の出発点とその後の発展の軌跡を記す名著である。[宮下晋吉]
『G・P・トムソン著、伏見康治訳『J・J・トムソン』(1969・河出書房新社)』

出典 小学館 日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について 情報 | 凡例

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