湯姆孫

威廉·湯姆遜生於1824年愛爾蘭，父親佔姆士是貝爾法斯特皇家學院的數學教授。湯姆遜一家在威廉八歲時遷往蘇格蘭的格拉斯哥，而佔姆士則任教格拉斯哥大學。湯姆遜十歲便入讀格拉斯哥大學 （你不必驚訝，在那個時代，愛爾蘭的大學會取錄最有才華的小學生），約在十四歲開始學習大學程度的課程。十五歲時憑一篇題為「地球形狀」的文章獲得大學的金獎章。文章論及的一些重要概念，湯姆遜在往後還常常用到。湯姆遜後來到了劍橋大學升學，以全級第二名的成績畢業。他畢業後到了巴黎，在勒尼奧的指導下進行了一年實驗研究。

開爾文的科學活動是多方面的.他對物理學的主要貢獻在電磁學和熱力學方面.那時電磁學剛剛開始發展.逐步應用於工業而出現了電機工程，開爾文在工程應用上作出了重要的貢獻.熱力學的情況卻是先有工業，而後才有理論.從18世紀到19世紀初，在工業方面已經有了蒸汽機的廣泛應用，然而到19世紀中葉以後，熱力學才發展起來.開爾文是熱力學的主要奠基者之一.現在分 6個方面扼要地敍述開爾文在科學上的主要貢獻.

開爾文在靜電和靜磁學的理論方面，在交流電方面，特別是關於萊頓瓶的放電振盪性.靜電絕對測量和電磁測量方面，大氣電學方面等，都作出了重要的貢獻.電像法是開爾文發明的一種很有效的解決電學問題的方法.

開爾文在1848年提出，在1854年修改的絕對熱力學温標，是科學上的標準温標.1954年國際會議確定這一標準温標，恰好在100年之後.開爾文是熱力學第二定律的兩個主要奠基人之一（另一人是R.克勞修斯）.他關於第二定律的説法是："不可能從單一熱源取熱使之完全變為有用的功而不產生其他影響"（1851），是公認的熱力學第二定律的標準説法.開爾文從熱力學第二定律斷言，能量耗散是普遍的趨勢.

在熱力學方面還應該提兩件事.一件事是開爾文從理論研究上預言一種新的温差電效應，後來叫做湯姆孫效應，這是當電流在温度不均勻的導體上通過時導體吸收熱量的效應.另一件事是開爾文和J.P.焦耳合作的多孔塞實驗，研究氣體通過多孔塞後温度改變的現象，在理論上是為了研究實際氣體與理想氣體的差別，在實用上後來成為製造液態空氣工業的重要方法（見焦耳-湯姆孫效應）.

裝設大西洋海底電纜是開爾文最出名的一項工作.當時由於電纜太長，信號減弱很嚴重.1855年開爾文研究電纜中信號傳播的情況，得出了信號傳播速度減慢與電纜長度平方成正比的規律.1851年開始有第一條海底電纜，裝設在英國與法國相隔的海峽中.1856年新成立的大西洋電報公司籌劃裝設橫過大西洋的海底電纜，並委任開爾文負責這項工作.經過兩年的努力，幾經周折，終於安裝成功.除了在工程的設計和製造上花費了很大的力量之外，開爾文的科學研究對此也起了不小的作用.

開爾文為了成功地裝設海底電纜，用了很大的力量來研究電工儀器.例如他發明的鏡式電流計可提高儀器測量的靈敏度.虹吸記錄器可自動記錄電報信號.開爾文在電工儀器上的主要貢獻是建立電磁量的精確單位標準和設計各種精密測量的儀器，包括絕對靜電計,開爾文電橋，圈轉電流計等.根據他的建議，1861年英國科學協會設立了一個電學標準委員會，為近代電學單位標準奠定了基礎.在改進電工儀器的工作中，他讓大學生參加，作為一種實驗實習.這樣，他就把教學，科學研究，工業在一定程度上結合起來了.開爾文在教學上很注意培養學生的實際工作能力，他在格拉斯哥大學建立了英國第一個為學生用的物理實驗室.

開爾文還改進了航海用的羅盤和測海底深度的儀器.1870年他買了一艘126噸的快艇，常常用來航行.在航行中他很注意水流的情況和潮汐的性質，這推動了他在這方面的理論研究.他發明了測潮汐的儀器，潮汐分析器和潮汐預報器.他曾經研究過用迴轉儀在航海中指向，但由於效果不太好，仍然沿用磁針羅盤，迴轉儀在航海中的應用是在很久以後的事.

開爾文在波動和渦流方面作出了許多理論貢獻.有許多是他在自己的快艇上的觀察中受到啓發的.他進行這方面的研究，包括對彈性固體的研究，目的之一是為了航海事業的發展，另一個目的是發展他對世界萬物的機械觀.企圖通過這方面的研究把電磁現象和光現象的完整理論在牛頓經典力學的骨架上建造起來.因此他很熱心於以太理論，把假想的以太當作一種實際存在的物質加以研究，以求能充分地解釋電磁現象和光現象作為以太的某種運動形式.這種機械觀的失敗使他説出"19世紀烏雲"那樣的話.這是他在1900年一篇名為《遮蓋在熱和光的動力理論上的19世紀烏雲》的演説中講的.他説的"烏雲"有兩片，一片是以太理論的困難，一片是能量均分定理的困難.這兩個困難到20世紀都得到了解決，以太理論的困難是由狹義相對論消除的，能量均分定理的困難是量子論解決的.

他也意識到，以太不過是人的主觀想象.他在1890年説："我想現在我們必須感覺到，以太，電，有重物三者聯合在一起，不過是我們缺乏知識和能力，不能超越物理學的限度去思考的一種結果,而不是自然界的真實."

開爾文從地面散熱的快慢估計出，假如沒有其他熱的來源的話，地球從液態到達現在狀況的時間不能比一億年長.這個時間比地質學家和生物學家的估計短得多.開爾文與地質學家和生物學家為了地球年齡問題有過長期的爭論，地質學家從岩石形成的年代，生物學家從生命發展的歷史，都認為開爾文估計的年限太短，但是又無法駁倒他的理論.後來，到1896年發現了放射性物質，出現了熱的新來源，開爾文的估計不成立了，這問題才解決.

從以上簡單的介紹，可以看到，開爾文科學工作的一個重要特點是理論應用於工程.開爾文的思想很豐富，數學能力很強，在物理學的各個方面都開闢了許多新的道路.他在當時科學界享有極高的名望，受到英國該國和歐美各國科學家的推崇.他的科學觀點可以引用1860年 5月他在倫敦皇家研究所關於大氣電學的講演中對現象與本質問題的話來説明：

"常常提出這樣的問題，人們是否只管事實和現象，而放棄追究隱藏在現象後面的物質的最終性質呢 這是一個必然由純正哲學者回答的問題，它不屬於自然哲學的範圍.但是近許多年來世界上看到從這個屋子的實驗結果中所發生的，在實驗科學史上未曾有過的一連串的令人驚奇的發現.這些發現必然把人們的知識引導到這樣一個階段，將使無生物世界的規律表現出每一現象基本上與所有全體現象相連，而無窮盡的多樣化的運用規律所達到的統一性將被認為是創造性智慧的產物."

這一段話表達了開爾文的理想，他想像一個完善的統一的理論，能把世界的現象包羅無遺.他的意志是堅強的.他在1904年出版的《巴爾的摩講演集》的序言上關於如何對待困難有這幾句話：

"我們都感到，對困難必須正視，不能迴避；應當把它放在心裏，希望能夠解決它.無論如何，每個困難一定有解決的辦法，雖然我們可能一生沒有能找到."

開爾文終生不懈地致力於科學事業，他不怕失敗，永遠保持着樂觀的戰鬥精神.1896年，在紀念他在格拉斯哥大學任教50年的會上,他説過："我在過去55年裏所極力追求的科學進展，可以用'失敗'這個詞來標誌.我現在不比50年以前當我開始擔任教授時知道更多關於電和磁的力，或者關於以太，電與有重物之間的關係，或者關於化學親合的性質.在失敗中必有一些悲傷；但是在科學的追求中，本身包含的必要努力帶來很多愉快的鬥爭，這就使科學家避免了苦悶，而或許還會使他在日常工作中相當快樂."開爾文的這段話，可以説是對自己的科學生涯的總結.

Joseph John Thomson，約瑟夫·約翰·湯姆遜，1856-1940，英國物理學家，電子的發現者。因通過氣體電傳導性的研究，測出電子的電荷與質量的比值，1906年獲諾貝爾物理學獎。

最初，由於對麥克斯韋的電磁輻射理論感興趣，他進行了陰極射線的研究。X射線的發現使人們對氣體電離行為的考察更加深入，在陰極射線本質的爭論中他明確支持粒子説。接着他用一個巧妙的實驗成功地證實了陰極射線在電場和磁場中發生偏轉──這是判定陰極射線確實是帶電粒子的決定性證據。繼而，他採用靜電偏轉力和磁場偏轉力相抵消等方法確定陰極射線粒子的速度，測量出這些粒子的荷質比，並進一步測出它們的質量約為氫原子質量的1/1837。由此推斷，陰極射線粒子比原子要小得多，可見這種粒子是組成一切原子的基本材料。湯姆孫於1907年4月30日宣佈了他的發現。後來人們命名這種粒子為電子。電子是人類所認識的第一種基本粒子。此後，他又提出了“電子浸浮於均勻正電球”的原子結構模型（湯姆孫模型）。該模型雖然在後來被盧瑟福的核原子模型所替代，但它是建立原子結構模型的開端。1906年，由於湯姆孫對電子研究的重要貢獻而被授予諾貝爾物理獎。1908年又被冊封為爵士。 ^[1] 

在研究極隧射線（穿過陽極細孔的帶正電的粒子流）時他反現了質譜方法。他的方法經過同事F.阿斯頓（F.W.Aston，1877～1945）的改進和完善，發展為質譜儀。在極隧射線的研究中，他根據實驗現象最先指出，普通元素也可能有同位素。1913年首次用物理方法成功地分離出了穩定元素的同位素，從而確立了這一事實。他也是經典金屬電子論的創始人之一。

他在擔任卡文迪什實驗室教授期間，創建了完整的研究生培養制度和培育了良好的學術風氣。他理論與實驗並重，特別提倡自制儀器，又善於抓住要害，進行精確的理論分析。他的博學、敏捷、科學直覺、想象力與創造力帶領着一大批學者前進在科學前沿上，使卡文迪什實驗室成為國際物理前沿研究中心之一。他的學生有7人獲諾貝爾獎，27人取得英國皇家學會會員資格。他還努力促進大學與中學物理教學的提高，寫出了幾本出色的教材。英國能夠在20世紀前30年在原子物理學領域保持重要的領先地位，湯姆孫的有力指導和優秀教學能力起了相當作用。

George Paget Thomson，G.P.湯姆生，1892-1975，因通過實驗發現受電子照射的晶體中的干涉現象，1937年獲得物理學獎。

湯姆孫父（J.J.湯姆孫）子（G.P.湯姆孫）分別於1906年、1937年獲得物理學獎，是諾貝爾獎歷史上6次“子承父業”奇蹟之一。

G.P.湯姆孫(1892～1975) 英國物理學家，物理學家J.J.湯姆孫的獨生子。1892年5月3日 生於同地，1975年9月10日卒於劍橋。曾就讀劍橋 大學三一學院。第一次世界大戰中曾服役於皇家空軍。1922年任倫敦帝國自然科學院的物理學教授。1952年起 ，任劍橋大學基督聖體學院院長 ，至1962年退休。第二次世界大戰期間，擔任英國原子能委員會會長。1943年授封為爵士。曾與其父合寫過《原子》一書。G.P.湯姆孫的主要貢獻是從電子束射過薄金箔所產生的衍射圖的實驗中求得的衍射波長，正好與L.V.德布羅意所預言的電子波的波長相符，因而證實了電子的波動性。幾乎同時，C.J.戴維森也由電子束經晶體表面的漫反射的衍射實驗而得到同樣的結論，為此兩人共獲1937年的諾貝爾物理學獎。

諾貝爾獎是經過他多年的研究所得出的結論。