Федерико Гарсиа Лорка. Крайне мало в списках лауреатов выдающихся советских и российских ученых. Однако при всех недостатках Нобелевская премия остается самой престижной в мире. Очередная книга

Вид материала

Книга

Содержание Мария кюри-склодовская Джозеф томсон

Подобный материал:

• Нобелевская премия по экономике это премия Банка Швеции в экономических науках памяти, 206.19kb.
• Задачи : приобщить к основам исследовательской деятельности; сформировать навыки работы, 52.88kb.
• Нобелевская премия по экономике, 127.06kb.
• Россияне – лауреаты, 74.38kb.
• Р оссияне – лауреаты Нобелевской премии по литературе, 201.58kb.
• Нобелевская премия по литературе, 338.72kb.
• Нобелевская премия по экономике 2009, 45.24kb.
• 9 июля 1894 г. – 8 апреля 1984 г. Нобелевская премия по физике, 1978 г совместно, 166.52kb.
• О конкурсах на соискание золотых медалей и премий имени выдающихся ученых, проводимых, 115.27kb.
• Первая жизнь мвф закончилась в начале 70-ых годов, когда Бреттон-Вудсская система фактически, 154.5kb.

МАРИЯ КЮРИ-СКЛОДОВСКАЯ

(1867–1934)

ПЬЕР КЮРИ

(1859–1906)


Профессор В.В. Алпатов пишет: «Пьер и Мария могут считаться примером того бескорыстного служения науке, той беззаветной преданности своему призванию, о котором писал наш великий физиолог академик И.П. Павлов в письме к советской молодежи. Эта преданность науке привела к тому, что жизнь обоих поколений Кюри была в прямом смысле принесена ей в жертву. Мария Кюри, ее дочь Ирен и зять Фредерик Жолио-Кюри умерли от лучевой болезни, возникшей в результате многолетней работы с радиоактивными веществами…»

Пьер Кюри родился 15 мая 1859 года в Париже. Он был вторым сыном в семье врача Эжена Кюри. Мальчик не посещал школу: его учителями стали отец и брат. С четырнадцати лет его обучал отличный преподаватель — господин Базилль.

О выдающихся способностях Пьера ярко свидетельствуют его попытки представить и обосновать «кубические детерминанты», а также найти общие способы решения всех видов уравнений на основе симметрии.

В шестнадцать лет Пьер сдал экзамен на аттестат зрелости, а затем без проблем поступил в Сорбонну и стал изучать физику. Спустя примерно три года он смог уже получить первую ученую степень — лиценциата. После этого Пьер был назначен препаратором на естественнонаучный факультет университета и в течение пяти лет проводил лабораторные работы по физике со студентами. Он занимается научными исследованиями вместе с братом Жаком, тоже лиценциатом и препаратором в Сорбонне.

С двадцати лет Пьер вместе с братом начал исследование кристаллов. Вскоре молодые ученые заявляют о своем открытии очень важного явления — пьезоэлектричества, а экспериментальная работа привела их к изобретению нового прибора — кварцевого пьезометра, используемого для преобразования электрической энергии в механическую, и наоборот. Эта аппаратура очень помогла впоследствии Пьеру при исследовании радиоактивности. За совместные исследования, которые продолжались до 1883 года, когда Пьер был избран руководителем научной работы в Парижской «Ecole de physique», оба брата были удостоены премии Планте. В 1883 году Жака назначили профессором в Монпелье и братья расстались.

Пьер вел практические научные работы студентов в Парижской школе физики и химии. Хотя это и отнимало у него много времени, ученый продолжал свои теоретические работы по физике кристаллов.

В 1893–1895 годах Кюри завершил исследования принципа симметрии в кристаллах, которому он дал определение, ныне ставшее классическим: «Если определенные причины обусловливают появление определенных результатов, элементы симметрии причин должны повторяться и в результатах. Если определенное состояние проявляет определенную диссимметрию, то значит эта диссимметрия может быть найдена также в причинах, вызвавших это состояние. В обратном смысле эти два положения не оправдываются по крайней мере практически, так как полученные результаты могут быть симметричнее, чем причины». Принцип симметрии Кюри распространил на все физические явления и руководствовался при этом идеей детерминизма.

Одновременно Пьер завершил обширные, ныне широко известные исследования свойств парамагнитных и ферромагнитных веществ, начатые им в 1891 году. За эти работы Кюри в 1895 году был удостоен звания доктора наук на естественнонаучном факультете университета в Париже, и в том же году он стал профессором в «Ecole de physique».

Кюри был уже известным ученым, когда он в 1894 году встретился с Марией Склодовской. Она вспоминала: «Когда я вошла, Пьер Кюри стоял в пролете стеклянной двери, выходившей на балкон. Он мне показался очень молодым, хотя ему исполнилось в то время тридцать пять лет. Меня поразило в нем выражение ясных глаз и чуть заметная непринужденность в осанке высокой фигуры. Его медленная, обдуманная речь, его простота, серьезная и вместе с тем юная улыбка располагали к полному доверию. Между нами завязался разговор, быстро перешедший в дружескую беседу: он занимался такими научными вопросами, относительно которых мне было очень интересно знать его мнение».

Мария Склодовска родилась 7 ноября 1867 года в Варшаве. Она была младшей из пяти детей в семье Владислава и Брониславы Склодовских. Мария воспитывалась в семье, где занятия наукой пользовались уважением. Ее отец преподавал физику в гимназии, а мать, пока не заболела туберкулезом, была директором гимназии. Мать Марии умерла, когда ей было одиннадцать лет.

Девочка блестяще училась и в начальной, и в средней школе. Еще в юном возрасте она ощутила притягательную силу науки и работала лаборантом в химической лаборатории своего двоюродного брата. Великий русский химик Д.И. Менделеев, создатель периодической таблицы химических элементов, был другом ее отца. Увидев девочку за работой в лаборатории, он предсказал ей великое будущее, если она продолжит свои занятия химией. Выросшая при русском правлении, Мария принимала активное участие в движении молодых интеллектуалов и антиклерикальных польских националистов. Хотя большую часть своей жизни Мария провела во Франции, она навсегда сохранила преданность делу борьбы за польскую независимость.

На пути к осуществлению мечты Марии о высшем образовании стояли два препятствия: бедность семьи и запрет на прием женщин в Варшавский университет. Со своей сестрой Броней они разработали план: Мария в течение пяти лет будет работать гувернанткой, чтобы дать возможность сестре окончить медицинский институт, после чего Броня должна взять на себя расходы на высшее образование сестры. Броня получила медицинское образование в Париже и, став врачом, пригласила к себе сестру. Покинув Польшу в 1891 году, Мария поступила на факультет естественных наук Парижского университета (Сорбонны). В 1893 году, окончив курс первой, Мария получила степень лиценциата по физике Сорбонны (эквивалентную степени магистра). Через год она стала лиценциатом по математике. Но на этот раз Мария была второй в своем классе.

К моменту встречи с Пьером Кюри в 1894 году Мария занималась исследованием намагниченности стали. Сблизившись сначала на почве увлечения физикой, Мария и Пьер через год стали супругами. Это произошло вскоре после того, как Пьер защитил докторскую диссертацию — 25 июля 1895 года.

«Наше первое жилище, — вспоминает сама Мария, — небольшая, крайне скромная квартира из трех комнат была на улице Гласьер, недалеко от Школы физики. Основное ее достоинство составлял вид на громадный сад. Мебель, — самая необходимая, — состояла из вещей, принадлежавших нашим родителям. Прислуга нам была не по средствам. На меня почти целиком легли заботы о домашнем хозяйстве, но я и так уже привыкла к этому за время студенческой жизни.

Оклад профессора Пьера Кюри составлял шесть тысяч франков в год, и мы не хотели, чтобы он, по крайней мере, на первое время, брал дополнительную работу. Что касается меня, начала готовиться к конкурсному экзамену, необходимому, чтобы занять место в женской школе, и добилась этого в 1896 году.

Наша жизнь была полностью отдана научной работе, и наши дни проходили в лаборатории, где Шютценберже позволил мне работать вместе с мужем.

Мы жили очень дружно, наши интересы во всем совпадали: теоретическая работа, исследования в лаборатории, подготовка к лекциям или к экзаменам. За одиннадцать лет нашей совместной жизни мы почти никогда не разлучались, и поэтому наша переписка за эти годы занимает лишь немного строк. Дни отдыха и каникулы посвящались прогулкам пешком или на велосипедах либо в деревне в окрестностях Парижа, либо на побережье моря или в горах».

Первая их дочь Ирен родилась в сентябре 1897 года. Через три месяца Кюри завершила свое исследование по магнетизму и с начала 1898 года перешла к экспериментам над веществами, которые подобны соединениям урана и испускают открытые недавно Беккерелем лучи.

12 апреля 1898 года в «Докладах Академии наук» появляется сообщение: «Мария Склодовская-Кюри заявляет о том, что в минералах с окисью урана, вероятно, содержится новый химический элемент, обладающий высокой радиоактивностью».

«…Два урановых минерала: уранинит (окисел урана) и хальколит (фосфат меди и уранила) — значительно активнее, чем сам уран. Этот крайне знаменательный факт вызывает мысль о том, что в данных минералах может содержаться элемент гораздо более активный, чем уран…»

Пьер Кюри с горячим участием следил за успешными опытами своей жены. Не вмешиваясь в самую работу, он часто помогает Марии советами и замечаниями. Учитывая поразительный характер уже достигнутого, Пьер Кюри решает оставить временно свою работу над кристаллами и принять участие в стараниях Марии обнаружить новый элемент.

В июле 1898 года ученые объявили об открытии такого элемента, который назвали полонием — в честь Польши — родины Марии. А в декабре того же года они отправили для Академии наук сообщение, где говорится о существовании в составе уранинита второго радиоактивного химического элемента.

«…В силу различных, только что изложенных оснований мы склонны считать, что новое радиоактивное вещество содержит новый элемент, который мы предлагаем назвать радием.

Новое радиоактивное вещество, несомненно, содержит также примесь бария, и в очень большом количестве, но, даже несмотря на это, обладает значительной радиоактивностью.

Радиоактивность же самого радия должна быть огромной».

Поскольку Кюри не выделили ни один из этих элементов, они не могли представить химикам решающего доказательства их существования. И супруги Кюри приступили к весьма нелегкой задаче — экстрагированию двух новых элементов из урановой смоляной обманки. Чтобы экстрагировать их в измеримых количествах, исследователям необходимо было переработать огромные количества руды. В течение последующих четырех лет Кюри работали в примитивных и вредных для здоровья условиях.

«У нас не было ни денег, ни лаборатории, ни помощи, чтобы хорошо выполнить эту важную и трудную задачу, — запишет она позже. — Требовалось создать нечто из ничего, и если Казимеж Длусский когда-то назвал мои студенческие годы "героическими годами жизни моей свояченицы", то я могу сказать без преувеличения, что этот период был для меня и моего мужа героической эпохой в нашей совместной жизни.

…Но как раз в этом дрянном, старом сарае протекли лучшие и счастливейшие годы нашей жизни, всецело посвященные работе. Нередко я готовила какую-нибудь пищу тут же, чтобы не прерывать ход особо важной операции. Иногда весь день я перемешивала кипящую массу железным шкворнем длиной почти в мой рост. Вечером я валилась с ног от усталости».

В этот трудный, но увлекательный период жалованья Пьера не хватало, чтобы содержать семью. Несмотря на то что интенсивные исследования и маленький ребенок занимали почти все ее время, Мария в 1900 году начала преподавать физику в Севре, в учебном заведении, готовившем учителей средней школы. Овдовевший отец Пьера переехал к Кюри и помогал присматривать за Ирен.

В сентябре 1902 года Кюри объявили о том, что им удалось выделить одну десятую грамма хлорида радия из нескольких тонн урановой смоляной обманки. Выделить полоний им не удалось. <Выделить полоний не удалось в силу чрезвычайно малого содержания его в руде. (Прим. ред.)> Анализируя соединение, Мария установила, что атомная масса радия равна 225. Соль радия испускала голубоватое свечение и тепло. Это фантастическое вещество привлекло внимание всего мира. Признание и награды за его открытие пришли к супругам Кюри почти сразу.

Завершив исследования, Мария наконец написала свою докторскую диссертацию. Работа называлась «Исследования радиоактивных веществ» и была представлена Сорбонне в июне 1903 года. По мнению комитета, присудившего Кюри научную степень, ее работа явилась величайшим вкладом, когда-либо внесенным в науку докторской диссертацией.

В декабре 1903 года Шведская королевская академия наук присудила Нобелевскую премию по физике Беккерелю и супругам Кюри. Мария и Пьер Кюри получили половину награды «в знак признания… их совместных исследований явлений радиации, открытых профессором Анри Беккерелем». Кюри стала первой женщиной, удостоенной Нобелевской премии. И Мария, и Пьер Кюри были больны и не смогли приехать в Стокгольм на церемонию вручения премии. Они получили ее летом следующего года.

Мария писала в письме своему брату Юзефу 11 декабря 1903 года:

«Нам присудили половину Нобелевской премии. Точно не знаю, сколько это будет, но думаю, что около семидесяти тысяч франков. Для нас это большая сумма. Не знаю, когда мы получим эти деньги, возможно, лишь когда мы сами поедем в Стокгольм. Мы обязаны сделать там доклад в течение шести месяцев, считая с 10 декабря. На торжественное заседание мы не поехали, так как устроить это было очень сложно. Я не чувствовала себя достаточно крепкой для такого длительного путешествия (48 часов без пересадки, а с пересадкой дольше) в такое суровое время года, да еще в холодную страну, и не имея возможности пробыть там дольше трех-четырех дней. Мы не могли бы без больших неудобств прервать наши лекции на долгое время. Вероятно, поедем туда на пасху и лишь тогда получим деньги.

Нас завалили письмами, и нет отбоя от журналистов и фотографов. Хочется провалиться сквозь землю, чтобы иметь покой. Мы получили предложение из Америки прочесть там несколько докладов о наших работах. Они нас спрашивают, сколько мы желаем получить за это. Каковы бы ни были их условия, мы склонны отказаться. Нам стоило большого труда избежать банкетов, предполагавшихся в нашу честь. Мы отчаянно сопротивлялись этому, и люди, наконец, поняли, что с нами ничего не поделаешь. Моя Ирен здорова. Ходит в школу довольно далеко от дома. В Париже очень трудно найти хорошую школу для маленьких детей. Целую всех Вас нежно и умоляю не забывать меня».

С получением премии Пьер смог передать преподавание в Школе физики П. Ланжевену, своему бывшему ученику. Кроме того, он пригласил препаратора для своей работы.

Кроме всего прочего супруги Кюри отметили действие радия на человеческий организм (как и Беккерель, они получили ожоги, прежде чем поняли опасность обращения с радиоактивными веществами) и высказали предположение, что радий может быть использован для лечения опухолей. Терапевтическое значение радия было признано почти сразу, и цены на радиевые источники резко поднялись. Однако Кюри отказались патентовать экстракционный процесс и использовать результаты своих исследований в любых коммерческих целях. По их мнению, извлечение коммерческих выгод не соответствовало духу науки, идее свободного доступа к знанию.

В октябре 1904 года Пьер был назначен профессором физики в Сорбонне, а месяц спустя Мария стала официально именоваться заведующей его лабораторией. В декабре у них родилась вторая дочь, Ева, которая впоследствии стала пианисткой и биографом своей матери.

Мария черпала силы в признании ее научных достижений, любимой работе, любви и поддержке Пьера. Как она сама признавалась: «Я обрела в браке все, о чем могла мечтать в момент заключения нашего союза, и даже больше того». Но 19 апреля 1906 года Пьер, переходя улицу в Париже, поскользнулся и попал под экипаж. Колесо телеги раздавило ему голову, смерть наступила мгновенно. Лишившись ближайшего друга и товарища по работе, Мария ушла в себя. Однако она нашла в себе силы продолжать работу. В мае, после того как Мария отказалась от пенсии, назначенной министерством общественного образования, факультетский совет Сорбонны назначил ее на кафедру физики, которую прежде возглавлял ее муж. Когда через шесть месяцев Кюри прочитала свою первую лекцию, она стала первой женщиной-преподавателем Сорбонны.

В лаборатории Кюри сосредоточила свои усилия на выделении чистого металлического радия, а не его соединений. В 1910 году ей удалось в сотрудничестве с А. Дебирном получить это вещество и тем самым завершить цикл исследований, начатый двенадцать лет назад. Она убедительно доказала, что радий является химическим элементом. Кюри разработала метод измерения радиоактивных эманаций и приготовила для Международного бюро мер и весов первый международный эталон радия — чистый образец хлорида радия, с которым надлежало сравнивать все остальные источники.

В конце 1910 года по настоянию многих ученых кандидатура Кюри была выдвинута на выборах в одно из наиболее престижных научных обществ — Французскую академию наук. Пьер Кюри был избран в нее лишь за год до своей смерти. За всю историю Французской академии наук ни одна женщина не была ее членом, поэтому выдвижение кандидатуры Кюри привело к жестокой схватке между сторонниками и противниками этого шага. После нескольких месяцев оскорбительной полемики в январе 1911 года кандидатура Кюри была отвергнута на выборах большинством в один голос.

Через несколько месяцев Шведская королевская академия наук присудила Кюри Нобелевскую премию по химии «за выдающиеся заслуги в развитии химии: открытие элементов радия и полония, выделение радия и изучение природы и соединений этого замечательного элемента». Кюри стала первым дважды лауреатом Нобелевской премии. Представляя нового лауреата, Э.В. Дальгрен отметил, что «исследование радия привело в последние годы к рождению новой области науки — радиологии, уже завладевшей собственными институтами и журналами».

Мария взяла в Швецию старшую дочь Ирен. Девочка присутствовала на торжественном заседании. (Спустя двадцать четыре года она в том же зале получит ту же премию.)

Делая публичный доклад, Мария посвящает все выпавшие на ее долю почести Пьеру Кюри. «Прежде чем излагать тему моего доклада, я хочу напомнить, что открытие радия и полония было сделано Пьером Кюри вместе со мною. Пьеру Кюри наука обязана целым рядом основополагающих работ в области радиоактивности, выполненных им самим, или сообща со мной, или же в сотрудничестве со своими учениками. Химическая работа, имевшая целью выделить радий в виде чистой соли и охарактеризовать его как элемент, была сделана обычно мной, но тесно связана с нашим совместным творчеством. Мне думается, я точно истолкую мысль Академии наук, если скажу, что дарование мне высокого отличия определяется этим совместным творчеством и, следовательно, является почетной данью памяти Пьера Кюри».

Мария затратила немало труда, чтобы добиться достойной лаборатории для развития новой науки о радиоактивности. Незадолго до начала Первой мировой войны Парижский университет и Пастеровский институт учредили Радиевый институт для исследований радиоактивности. Кюри была назначена директором отделения фундаментальных исследований и медицинского применения радиоактивности. Во время войны она обучала военных медиков применению радиологии, например обнаружению с помощью рентгеновских лучей шрапнели в теле раненого. В прифронтовой зоне Кюри помогала создавать радиологические установки, снабжать пункты первой помощи переносными рентгеновскими аппаратами. Накопленный опыт она обобщила в монографии «Радиология и война» в 1920 году.

После войны Кюри возвратилась в Радиевый институт. В последние годы своей жизни она руководила работами студентов и активно способствовала применению радиологии в медицине. Она написала биографию Пьера Кюри, которая была опубликована в 1923 году. Периодически Кюри совершала поездки в Польшу, которая в конце войны обрела независимость. Там она консультировала польских исследователей. В 1921 году вместе с дочерьми Кюри посетила Соединенные Штаты, чтобы принять в дар один грамм радия для продолжения опытов. Во время своего второго визита в США (1929 год) она получила пожертвование, на которое приобрела еще грамм радия для терапевтического использования в одном из варшавских госпиталей. Но вследствие многолетней работы с радием ее здоровье стало заметно ухудшаться.

Мария Кюри скончалась 4 июля 1934 года от лейкемии в небольшой больнице местечка Санселлемоз во французских Альпах.


ДЖОЗЕФ ТОМСОН

(1856–1940)


Английский физик Джозеф Джон Томсон вошел в историю науки как человек, открывший электрон. Однажды он сказал: «Открытия обязаны остроте и силе наблюдательности, интуиции, непоколебимому энтузиазму до окончательного разрешения всех противоречий, сопутствующих пионерской работе».

Его сын писал, что «вряд ли существовал человек, с которым Томсон не сумел бы найти общего языка, или темы, по которой бы он не высказывал новые или хотя бы своеобразные взгляды».

Позднее сам Джозеф Томсон вспоминал:

«Я родился в Четеме, пригороде Манчестера, 18 декабря 1856 года. И время, и место были весьма удачны, ибо это был один из самых интересных периодов мировой истории. Монархии падали одна за другой, их сменяли республики, а иной раз — диктатуры. Открытия и изобретения производили все большие изменения в жизни общества.

Когда я был маленьким мальчиком, в нашем городе не было ни велосипедов, ни автомобилей, ни аэропланов, ни электрического освещения, ни телефонов, ни радио, ни граммофона, ни электротехники, ни рентгеновских снимков, ни кино, ни микробов — по крайней мере, доктора их не находили…»

Его отец, торговец книгами, очень любил читать об изобретениях и открытиях. Его мечтой было выучить сына на инженера.

В четырнадцать лет Джозеф поступил в Оуэнс-колледж. Здесь Томсон получил университетское образование. Его учили такие замечательные педагоги-ученые, как физик Б. Стюарт, химик Г. Роскоу, математик Т. Баркер, физик и инженер О. Рейнольдс.

Лекции Стюарта по элементарной физике Томсон считал «притягательными и ясными», а его лекции о законах сохранения энергии заставили юношу задуматься о том, нельзя ли все различные виды энергии свести к одной — кинетической. Раздумья вылились в статью, опубликованную в «Трудах Королевского общества».

Отец не успел порадоваться успехам сына: он умер в 1872 году. Семья осталась практически без средств к существованию. В 1876–1880 годах Джозеф учился в Кембриджском университете в знаменитом колледже Святой Троицы (Тринити-колледж). К счастью, талантливому юноше помог стипендиальный фонд, установивший Джозефу денежное довольствие.

В январе 1880 года Томсон успешно выдержал заключительные экзамены и начал работать в Кавендишской лаборатории <Кавендишская лаборатория Кембриджского университета названа по имени Генри Кавендиша (1731–1860), английского химика и физика. (Прим. ред.)>. В том же году появилась статья, посвященная электромагнитной теории света. В следующем году появились две работы, из которых одна положила начало электромагнитной теории массы. Статья называлась «Об электрических и магнитных эффектах, производимых движением наэлектризованных тел». В этой статье выражена та мысль, что «эфир вне заряженного тела является носителем всей массы, импульса и энергии». С увеличением скорости изменяется характер поля, в силу чего вся эта «полевая» масса возрастает, оставаясь все время пропорциональной энергии.

С 1883 года Томсон читал лекции в Тринити-колледже по электричеству и магнетизму и динамике твердого тела. Лекции Томсона высоко ценились его студентами. Один из его учеников, Х. Невалл, отмечал: «Его лекции были ценны как в математическом отношении, так и в области экспериментальной физики. Быстрота и точность, с которой он оперировал математическими знаками, была поразительной». Знаменитый Нильс Бор писал: «Дж.Дж. Томсон поистине большой человек! Я невероятно много почерпнул из его лекций…»

Научные успехи Томсона были высоко оценены директором лаборатории Кавендиша — Рэлеем. Уходя в 1884 году с поста директора, он, не колеблясь, рекомендовал своим преемником Томсона. Для самого Джозефа его назначение было неожиданностью.

С 1884 по 1919 год (когда его сменил на посту директора лаборатории Резерфорд) Томсон руководил лабораторией Кавендиша. За это время она превратилась в крупный мировой научный центр, в международную школу физиков. Многие ученики Томсона стали крупными учеными. Завершая в конце жизни книгу своих воспоминаний, Томсон перечислял среди своих бывших докторантов 27 членов Королевского общества, 80 профессоров, успешно работающих в 13 странах. Пятеро его учеников — Ч. Баркла, Г. Брэгг, Ч. Вильсон, Э. Резерфорд, О. Ричардсон — стали нобелевскими лауреатами.

В ноябре 1889 года Томсон познакомился с милой и изящной Розой-Элизабет Пэйджет, которая присутствовала на его демонстрационных опытах. Он посылал ей «пылкие записочки»: «Дорогая мисс Пэйджет, кажется, мне удалось найти для вас интересную тему, над которой вы могли бы успешно работать. Если вы сможете прийти в лабораторию после четырех, я объясню вам эту идею и покажу необходимые приборы. Искренне ваш Дж.Дж. Томсон».

2 января 1890 года они поженились. Иногда супруги давали открытые для широкой публики «визиты в лабораторию», где Роза-Элизабет руководила опытами в вечернем платье.

Сразу после избрания главой Кавендишской лаборатории Томсон приступил к исследованиям прохождения электрического тока через газы. В книге «Размышления и воспоминания» он писал, что не знал такого времени, когда бы не занимался газовым разрядом.

Вначале он совместно с Трелфоллом ставит эксперименты по изучению проводимости в азоте и озоне. Результаты этих исследований были опубликованы в 1886 году в «Трудах Королевского общества». В 1887 году он опубликовал работу «О диссоциации некоторых газов электрическим разрядом». Томсон изучал влияние давления и температуры на разряд, определял скорость распространения разряда, экспериментировал с сильно нагретыми газами, изучал сопротивление электролитов переменному току высокой частоты, исследовал безэлектродный разряд и разряд через перегретый пар.

В 1894 году Томсон приступил к исследованию катодных лучей. В трубке, сконструированной ученым, катодные лучи послушно притягивались к положительно заряженной пластинке и явно отталкивались от отрицательной. То есть вели себя так, как и полагалось потоку быстролетящих крошечных корпускул, заряженных отрицательным электричеством. Превосходный результат! Он мог, безусловно, положить конец всем спорам о природе катодных лучей. Но Томсон не считал свое исследование законченным. Определив природу лучей качественно, он хотел дать точное количественное определение и составляющим их корпускулам.

Томсон сразу стал использовать открытия Рентгена и Беккереля в своих исследованиях, и, как он вспоминал, эти открытия позволили производить многие эксперименты, которые до этого были невыполнимы. Вначале Томсон изучал действие рентгеновских лучей на разряд в газе. «К моему великому восторгу, — писал Томсон о рентгеновских лучах, — они делали газ проводником тока, даже если электрическая сила, приложенная к газу, была чрезвычайно мала… X-лучи, казалось, превращали газ в газообразный электролит».

«Вскоре из этих опытов были получены важные результаты, — пишет С.П. Кудрявцев. — Во-первых, Томсон обнаружил, что после прекращения действия лучей проводимость в газе еще сохранялась какое-то время и прекращалась после фильтрования газа через стекловату. Во-вторых, было выяснено, что для фильтрования не обязательно использовать стекловату, вполне достаточно подвергнуть газ действию электрических сил. В-третьих, было найдено нарастание силы тока при малых напряжениях в согласии с законом Ома, при больших напряжениях — отклонение от закона Ома и при некотором большом напряжении — наличие тока насыщения.

Из опытов также следовало, что после прекращения действия лучей в газе еще остаются заряженные частицы, которые и являются носителем тока. О том, что эти частицы отрицательно и положительно заряжены, говорил тот факт, что электрические силы прекращали остаточную проводимость, т.е. отрицательно заряженные частицы осаждались на положительном электроде, а положительные — на отрицательном».

Окрыленный первым успехом, он сконструировал новую трубку: катод, ускоряющие электроды в виде колечек и пластинки, на которые можно было подавать отклоняющее напряжение. На стенку, противоположную катоду, он нанес тонкий слой вещества, способного светиться под ударами налетающих частиц. (Получился предок электронно-лучевых трубок, так хорошо знакомых нам в век телевизоров.)

Цель опыта Томсона заключалась в том, чтобы отклонить пучок корпускул электрическим полем и компенсировать это отклонение полем магнитным. Выводы, к которым он пришел в результате эксперимента, были поразительны. Во-первых, оказалось, что частицы летят в трубке с огромными скоростями, близкими к световым. А во-вторых, электрический заряд, приходившийся на единицу массы корпускул, был фантастически большим. Что же это были за частицы: неизвестные атомы, несущие на себе огромные электрические заряды, или крохотные частицы с ничтожной массой, но зато и с меньшим зарядом?

Далее он обнаружил, что отношение удельного заряда к единице массы есть величина постоянная, не зависящая ни от скорости частиц, ни от материала катода, ни от природы газа, в котором происходит разряд. Такая независимость настораживала. Похоже, что корпускулы были какими-то универсальными частицами вещества, составными частями атомов…

Томсон писал, что «постоянство значения — для ионов, составляющих катодные лучи, есть поразительный контраст изменчивости соответствующих величин для ионов, которые несут ток в электролитах… Когда мы рассматриваем электрический заряд, несомый ионом в катодных лучах, мы, принимая, что он равен по модулю заряду, несомому водородным ионом при электролизе, заключаем, что масса водородного иона должна быть в 770 раз больше массы иона в катодных лучах; следовательно, носитель отрицательного электричества в этих лучах должен быть очень малым по сравнению с массой водородного атома».

Этот результат ошеломил Томсона, и он стал его тщательно изучать, улучшил методику эксперимента с целью получения более точных значений массы частиц, испускаемых металлами под действием ультрафиолетового света, для частиц, испускаемых нагретыми металлами, и находит его таким же, как и для катодных частиц.

После долгих размышлений Томсон приходит к следующим заключениям:

1) «…атомы не неделимы, отрицательно заряженные частицы могут вылетать из них под действием электрических сил, удара быстро движущихся атомов, ультрафиолетового света или тепла»;

2) «…все эти частицы одинаковой массы и несут одинаковый заряд отрицательного электричества от любого рода атомов, и они являются составной частью всех атомов»;

3) «…масса этих частиц меньше однотысячной массы атома водорода».

29 апреля 1897 года в помещении, где уже более двухсот лет происходили заседания Лондонского королевского общества, состоялось выступление Томсона. Оно было встречено восторгом присутствующих. Еще бы! Атомы, наипервейшие кирпичики материи, перестали быть элементарными круглыми зернами, непроницаемыми и неделимыми, частицами без всякого внутреннего строения… Если из них могли вылетать отрицательно заряженные корпускулы, значит, и представлять собой атомы должны были какую-то сложную систему. Систему, состоящую из чего-то заряженного положительным электричеством и из отрицательно заряженных корпускул — электронов.

Название, некогда предложенное Стонеем для обозначения величины наименьшего электрического заряда — электрон, стало именем неделимого «атома электричества».

В 1904 году Томсон же и представил новую модель атома. Она представляла собой также равномерно заряженную положительным электричеством сферу, внутри которой вращались отрицательно заряженные корпускулы, число и расположение которых зависело от природы атома. Ученому не удалось решить общую задачу устойчивого расположения корпускул внутри сферы, и он остановился на частном случае, когда корпускулы лежат в одной плоскости, проходящей через центр сферы.

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.