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量子力学と意識の変容(宇宙と人間の無限性について)

量子力学をどのように生活に活用するか、量子力学と意識の変容とタイムトラベル・パワレルワールドの究極の可能性を探求します。

「最小構成単位」であるはずの原子にさらに内部構造があるのを発見したジョゼフ・ジョン・トムソン

2012-03-12 | 日記
「最小構成単位」であるはずの原子(アトム Atom)に
さらに内部構造があるのを発見した物理学者が、
ジョゼフ・ジョン・トムソンです。



今日では、原子が原子核と電子から構成されていることは、
中学でも学びますが、マクスウェルの時代までは、
「最小構成単位・アトム」がどうなっているのか、
電気とは何か、はよくわかっていませんでした。

この「電子」エレクトロン Electron という素粒子は、
今日の量子力学で発見されている微細な素粒子群の中の重要なひとつです。

(つまり、非常に小さな最小構成要素のひとつです。)

電子 - Wikipedia

電子(でんし、英語: Electron)とは、宇宙を構成する素粒子のうちのレプトンの1つである。素粒子の標準模型では、第1世代の荷電レプトンとして位置づけられる。


トムソンは、原子にはさらに小さな構成があると考え、
実験によって、陰極線が電場によって曲がる現象を
マイナスの電荷を持つ電子の働きによるものとしました。



陰極線は、磁石が無いところでは、まっすぐに進行します。



しかし、磁石を近付けると、陰極線が曲がります。

この実験事実から、陰極線を構成しているものが、
マイナスに荷電された粒子性であり、



アトム(原子)は、全体がプラスの原子の中に
マイナスの電子が、ブドウパンのように埋まっているものであると
トムソンは考えました。



ブドウパンモデル - Wikipedia
ブドウパンモデルまたはプラムプディングモデルとは、1897年に電子を発見したJ・J・トムソンが提唱した原子の内部構造に関する原子模型で、1904年に発表された当時、原子核はまだ発見されていなかった。この模型では、正の電荷のスープの中に負の電荷を持った電子(トムソンは電子ではなく "corpuscles"と呼んでいたが、"electron" という呼称は1894年に G. J. Stoney が提案した[1])が散らばっていて、全体として電荷の均衡が保たれているとしている。ちょうどプラムの果実が負の電荷を持つ粒子で、それが正の電荷を持つ「プディング」に取り囲まれているようであることから「プラムプディングモデル」と名付けられた。

Thomson


電子の発見- Wikipedia
電子の発見は陰極線の発見に端を発する。その当時物体は、電気を通す物体と電気を通さない物体に分類されることが一般的であった。しかし科学者たちはどんな物体の中でも電圧を上げれば電流を流すことができると考えていた。そこでほぼ真空に近い陰極線管(クルックス管)に電圧をかけてみると直線状の影が現れた。ドイツの物理学者オイゲン・ゴルトシュタインはこの直線が陰極から発せられていたことから「陰極線」と名付けた。
この陰極線の正体について学者らの意見は分かれた。欧州大陸の学者は陰極線の正体は海の波のように直線的に動いているので波動であるとし、イギリスの学者は重力の影響を受けないほど高速で移動している粒子であるとした。
この大陸側とイギリス側の論争に決着をつけたのはイギリスの物理学者ウィリアム・クルックスであった。クルックスは、今日、自身の名前がつけられている陰極線管、いわゆるクルックス管を用いて、以下のような実験を提案した。陰極線管に磁石を近づけた際に、負に荷電した粒子であれば磁界によって偏向するだろう、 波動であれば磁界によって偏向することはない。また、もし陰極線の正体が荷電した粒子であれば、電界によってより容易に偏向するだろうことが予測される。
1897年に、イギリスの物理学者ジョセフ・ジョン・トムソンは磁気と電気をもちいて陰極線の正体が負に荷電した粒子、すなわち電子であるということをしめした。この電子の発見は原子モデルに大きな変化をもたらした。

The Discovery of the Electron (2 of 15)


ジョゼフ・ジョン・トムソン - Wikipedia
かつて物質の最小構成要素である原子はそれ以上分割できないと信じられていたが、1897年、トムソンは原子に電子という粒子が含まれていることを発見し、それが間違いであることを示した。トムソンは陰極線の特性を調べる過程でそれを発見した。トムソンは陰極線が電場によって曲がることを発見した(磁場によって曲がることは既に知られていた)。電場と磁場によって陰極線が曲がる様子を比較することで、トムソンは陰極線を構成する粒子の質量を測定した。つまり、陰極線が粒子線だということを示したが、その粒子の質量は最も軽い原子である水素原子の2000分の1程度の軽さだということが判明した。

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