Томсон научил физиков управлять электронами, и в этом его основная заслуга. Развитие метода Томсона составляет основу электронной оптики, электронных ламп, современных ускорителей заряженных частиц.
В 1906 году Томсону за его исследование прохождения электричества через газы была присуждена Нобелевская премия по физике.
Томсон разработал и методы изучения положительно заряженных частиц. Вышедшая в 1913 году его монография «Лучи положительного электричества» положила начало масс-спектроскопии.
В лаборатории Томсона начались первые измерения элементарного заряда из наблюдения движения заряженного облака в электрическом поле. Этот метод был в дальнейшем усовершенствован Милликеном и привел к его ставшим классическими измерениям заряда электрона.
Всем сердцем Томсон был привязан к Кембриджу. Лишь несколько раз он выезжал за границу. Когда разразилась Первая мировая война, Томсон вошел в состав правительственной комиссии, занимавшейся организацией научных исследований, важных для морского флота. В частности, ученые Кембриджа решали задачу обнаружения подводных лодок.
В 1918 году Томсон получил высокий пост президента Тринити-колледжа. Через год он передал руководство Кавендишской лабораторией своему выдающемуся ученику Резерфорду, но с лабораторией не порывал до конца жизни. Он оставил здесь небольшую комнату, где и работал со своими учениками.
Умер Томсон 30 августа 1940 года.
МАКС ФОН ЛАУЭ
(1879–1960)
Творчество Лауэ связано с важнейшими проблемами физики, решение которых обусловило коренную перестройку науки. Он был глубоким теоретиком и первоклассным экспериментатором. Ученый заложил основы одного из могущественных средств исследования вещества — рентгеноструктурного анализа.
Макс Теодор Феликс фон Лауэ родился 9 октября 1879 года в Пфаффендорфе. Его отца, Юлиуса Лауэ, чиновника ведомства военных судов, часто переводили с места на место. Поэтому мальчик сменил несколько школ, прежде чем окончил протестантскую гимназию в Страсбурге.
Мать, Минна Лауэ, была настоящим другом сына и всегда разделяла его интересы. Именно она привела двенадцатилетнего мальчика в берлинское общество «Урания», некий аналог нашего общества «Знание».
В 1898 году в Страсбурге Макс закончил гимназию и через несколько дней поступил на военную службу. Но при этом он в 1898–1999 годах посещал лекции по физике в Страсбургском, а с 1899 года в Геттингенском университетах. Тогда-то и стало ясно Лауэ, что его призвание — теоретическая физика. В этом выборе свою роль сыграли Фойгт, Гильберт, а также опубликованные лекции Г. Кирхгофа. Зимой 1901/02 года Лауэ учился в Мюнхенском университете, а летом 1902 года переехал в Берлин, где посещал лекции Планка по теоретической оптике и термодинамике.
Под его руководством в июле 1903 года Макс с блеском защитил докторскую диссертацию, посвященную интерференции света на плоскопараллельных пластинках. Тогда же определилась и область научных интересов молодого ученого — физическая оптика. Совместная работа с Планком со временем переросла в крепкую дружбу.
Лауэ решил продолжить образование в Геттингене. Здесь в 1904 году Макс сдал экзамен на право преподавания в высшей школе.
Осенью 1905 года Планк предложил Лауэ место ассистента в Институте теоретической физики. За три года работы здесь молодой ученый внес существенный вклад в теорию излучения. Он доказал обратимый характер такого разделения пучка: полная энтропия когерентных лучей равна энтропии первоначального пучка, из которых они образовались.
К теории относительности Эйнштейна Лауэ отнесся достаточно осторожно. Однако через пять лет в 1910 году он дал первое обобщенное изложение этой теории, написав монографию о теории относительности. Его книга сыграла большую роль в укреплении новых представлений о пространстве и времени, о законах движения материи, совершающегося со скоростями, сравнимыми со скоростью света.
В 1909 году Лауэ перешел в Мюнхенский университет.
В 1910 году он вступил в брак с Магдаленой Деган, у них родились сын и дочь.
В последующие годы Лауэ был тесно связан с группой ученых во главе с Зоммерфельдом. Основные интересы этой группы касались области теоретической оптики и вопросов, связанных с таинственной природой тогда малоисследованных X-лучей.
Как говорит сам Лауэ про то время: «Я жил в атмосфере, насыщенной вопросами о природе рентгеновских лучей». Лауэ был сторонником волновой природы рентгеновских лучей и выдвинул мысль об их интерференции в пространственной решетке кристаллов. Идея соединить два масштаба — длину волны рентгеновских лучей и межатомное расстояние в кристалле возникла во время беседы с Эвальдом. У Лауэ родилась идея эксперимента интерференции рентгеновских лучей, которую он предложил Фридриху и Книппингу.
В опытах Лауэ, Фридриха и Книппинга «белое» рентгеновское излучение проходило через кристалл и давало интерференционные максимумы, соответствующие определенным длинам волн. В установке Фридриха и Книппинга лучи, выходящие из антикатода рентгеновской трубки, проходя через систему диафрагм, выделяли узкий пучок диаметром около 1 миллиметра. Этот пучок пронизывал укрепленный на гониометре <Гониометр — прибор для измерения угла между плоскими гранями. Используется в кристаллографии. (Прим. ред.)> кристалл. В опытах использовались кристаллы цинковой обманки, каменной соли и свинцового блеска. Опыты блестяще подтвердили гипотезу Лауэ.
У.Г. и У.Л. Брэгги в книге «Рентгеновские лучи и строение кристаллов» дали следующую характеристику работы Лауэ: «У Лауэ явилась мысль воспользоваться упорядоченным расположением атомов или молекул в кристалле в качестве "решетки", пригодной для исследования рентгеновских лучей. Расстояния между атомами или молекулами по своему порядку величины оказываются подходящими для этой цели. Решение задачи о дифракции волн в этом случае не так просто, как для плоской, обыкновенной решетки, так как правильность расположения атомов в кристалле распространяется на три направления вместо одного. Лауэ, однако, с успехом справился с математической стороной задачи. Он показал, что при прохождении через кристаллы пучка рентгеновских лучей должен образоваться ряд пучков, отклоненных вследствие дифракции от направления первоначального пучка по законам, которые Лауэ определил теоретически. Фотографическая пластинка, помещенная за кристаллом перпендикулярно первоначальному пучку, после проявления должна обнаружить резкое пятно в том месте, где ее встретит первоначальный пучок, прошедший через кристалл без изменения направления, и вокруг этого пятна целый ряд других пятен в местах встречи отклоненных пучков с пластиной. Соответствующий опыт был произведен Фридрихом и Книппингом весной 1912 года и блистательно подтвердил идею Лауэ».
Результат исследования был впервые опубликован в «Мюнхенских известиях» за 1912 год. Статья «Интерференционные явления в рентгеновских лучах» состояла из двух частей — теоретической и экспериментальной. Теоретическая часть была написана Лауэ, экспериментальная — Фридрихом и Книппингом. Лауэ рассчитал теоретически появление интерференционных максимумов при прохождении рентгеновского луча через кристалл. Свой расчет ученый закончил рассмотрением вопроса, в какой мере эти опыты подтверждают волновую природу рентгеновских лучей. «Что выходящее из кристалла излучение носит волновой характер, вполне доказано разностью интерференционных максимумов, которые легко понять как интерференционные явления, но едва ли оно может быть понято на основе корпускулярных представлений…»
В течение всей своей жизни Лауэ неоднократно возвращался к работам по интерференции в кристаллах. Им была написана и переиздана много раз книга «Рентгеновские лучи и явления интерференции», написано также много статей.
За открытие дифракции рентгеновских лучей Лауэ в том же 1914 году был удостоен Нобелевской премии. В докладе Нобелевского комитета были такие слова: «В результате открытия Лауэ было неопровержимо установлено, что рентгеновское излучение представляет собой световые волны очень малой длины. Кроме того, оно привело к наиболее важным открытиям в области кристаллографии. Открытие Лауэ позволяет определить положение атомов в кристаллах и получить много полезных сведений».
Эйнштейн охарактеризовал открытие Макса фон Лауэ как одно из самых красивых в физике. Эта замечательная работа положила начало новой области физической науки — рентгеновской кристаллографии.
С ее помощью отец и сын Брэгги изучили структуру многих кристаллов, Д. Ходжкин применила ее для выяснения строения пенициллина, а Д. Кендрю и М. Перуц использовали для анализа белка. Все ученые получили в свое время Нобелевские премии.
В 1914 году Лауэ стал профессором в университете во Франкфурте-на-Майне. В 1917 году Лауэ занял пост заместителя директора Физического института кайзера Вильгельма в Берлине, сочетая административную работу с чтением лекций. В 1930 году Лауэ избирают иностранным членом АН СССР.
«Хорошо известны работы Лауэ по теории сверхпроводимости, — пишет Л.Н. Колотова. — Так, в 1931–1932 годах было известно, что достаточно сильное магнитное поле разрушает сверхпроводимость. Лауэ высказал мысль, что сверхпроводящая проволока сама усиливает поле и именно так, что у ее поверхности появляется значительно большее напряжение поля, чем на некотором отдалении от нее. Предположение о том, что для разрушения сверхпроводимости фактически всегда требуется одинаковая напряженность и что можно брать и другие формы тел — шары сверхпроводящие, было доложено в 1932 году при получении медали Планка. Опыты де Гааза подтвердили это предположение. Позже Лауэ занимался гидродинамикой сверхпроводимости и вместе с братьями Лондонами, которые были его учениками, в 1947 году создал феноменологическую теорию сверхпроводимости, которая вместе с термодинамикой двухфазной системы в существенных чертах описывает все наблюдаемые явления в сверхпроводящих веществах».