Lærredet er tomt, da den 28-årige J.J. Thomson vender sig mod tavlen i Cavendish Laboratoriets mørke auditorium i begyndelsen af 1885.
Han er nyudnævnt professor i eksperimentel fysik på et af verdens førende forskningscentre. Ingen – mindst af alle ham selv – havde regnet med, at han skulle få jobbet. Han er ung, uprøvet og, som han senere indrømmer; komplet uforberedt på ansvaret. Da han rømmer sig og begynder sin første forelæsning, føles det som at få en alt for stor fisk på krogen.
Hver nervøs kridtstreg er en kamp. Han har aldrig undervist i praktisk fysik. Faktisk har han aldrig udført et demonstrationsforsøg foran et publikum. Ti minutter før forelæsningen er slut begynder salen at svømme for hans blik. De ni rækker af mørke træstole bølger som et oprørt hav. Han må afbryde, han er ved at besvime.
Det er en ydmygende start for manden, der få år senere modbeviser naturvidenskabens hidtil fundamentale idé om, at atomet er universets mindste byggeklods.
Den unge uønskede akademiker
Joseph John Thomson blev født i Cheetham Hill ved Manchester i 1856. Han var opkaldt efter sin far og blev derfor bare kaldt “J.J.” – et navn han beholdt hele livet. Faren var boghandler og havde givetvis set sin søn gå i samme spor. Men drengens hoved for tal og naturvidenskab var for skarpt til at gemmes bag bogreoler.
RAKKERPAK ORIGINAL: VIDENSKABENS VINDERE
Bag de naturvidenskabelige nobelprisvindere gemmer sig 125 vilde fortællinger om de mennesker og deres forskning, der har flyttet grænserne for vores forståelse af verden.
Podcastserien Videnskabens Vindere vækker nu historierne til live.
Få indblik i podcasten gennem denne artikelserie eller lyt til Videnskabens Vindere her
Podcasten er en Rakkerpak Original af Rakkerpak Productions i samarbejde med Science Report støttet af Leo Fondet.
Planen blev i stedet, at han skulle være lokomotiv-ingeniør. Det var en lovende fremtid midt i jernbanernes storhedstid. Men lærepladserne var dyre og kun til at få ved 16-årsalderen. Da han som 14-årig var for dygtig til folkeskolen, fik han i stedet lov til at læse matematik på Owens College.
Det var en skandale, mente nogen. Men det ændrede alt for J.J. Thomson. To år senere døde faderen, og ingeniørdrømmen blev umulig. Det prestigefulde Cambridge var til gengæld muligt, hvis man kunne få legater nok – og det kunne han.
I 1876 flyttede han til universitetet, og otte år senere stod han altså som leder af Cavendish laboratoriet.
Han var genial. Men han var også, som én kilde i historiebøgerne har formuleret det; “legendarisk uduelig i et laboratorie”.
Jagten på svaret om katodestrålerne
I 1890’erne havde fysikere én dille: katodestråler. Når elektricitet sendes gennem et næsten lufttomt glasrør, fremkommer en grøntlysende stråle. Og det store spørgsmål var: Var det lysbølger? Eller små, negativt ladede partikler?
Nogle havde vist, at strålerne kunne afbøjes af magneter. Det pegede mod, at de grøntlysende katodestråler var negativt ladede partikler. Men hvis det var rigtigt, burde strålerne også kunne afbøjes af et elektrisk felt, og og dét forsøg mislykkedes. Derfor var striden intens.
J.J. Thomson mente, at fejlen lå i selve røret. Hvis der var for meget gas tilbage i røret, blev selve gassen elektrisk ledende og tog imod det elektriske felt, før strålerne gjorde det. Det kunne være forklaringen på, at strålerne ikke bøjede sig af det elektriske felt – og løsningen var simpelthen et bedre vakuum.
Til det forsøg havde han en uvurderlig hjælper: sin assistent Everett, en dygtig glaspuster og J.J. Thomsons praktiske redning.
Everett pustede et særligt kegleformet glasrør og pumpede det manuelt tomt for luft i dagevis. Da alt var klart, stod J.J. Thomson med hænderne på ryggen. Han rørte så lidt som muligt ved udstyret.
– Tænd røret, Everett, siger han.
Da aluminiumspladerne blev elektrisk ladet, bøjede den grøntlysende katodestråle blidt mod den positive plade. Og endelig var det bevist: katodestrålerne måtte bestå af negativt ladede partikler.
Delingen af det udelelige
Men dette svar rejste et større spørgsmål: Hvad var det for nogle partikler?
Partiklernes masse var ekstremt lille, mere end tudsind gange mindre end det letteste atom kendt: brint. Dermed stod det klart, at partiklerne var mindre end et atom.
J.J. Thomson begyndte at måle forholdet mellem partiklers masse (m) og deres elektriske ladning (e). Han gjorde det igen og igen, med forskellige gasser og metaller. Hvis strålerne kom fra selve atomerne i røret, burde forskellige stoffer give forskellige resultater. Men han fandt, at m/e-forholdet var det samme uanset hvilket stof, der blev brugt. Med andre ord: De små partikler måtte være ens overalt i naturen, og tilhørte ikke ét bestemt stof. Så ikke kun er partiklerne mindre end atomer, de måtte være universelle byggesten.
Konklusionen blev derfor uundgåelig: Der fandtes partikler mindre end atomer.
Atomet – som på græsk betyder, dét, som der ikke kan skæres i– kunne faktisk godt splittes
Fra spøg til Nobelpris
J.J. Thomson kaldte partiklerne “korpuskler”. I dag kalder vi dem elektroner: de negativt ladede elementarpartikler, der bevæger sig i en sky omkring atomkernen.
Da han først fremlagde sin opdagelse i 1897 i Royal Institution i London, blev det knap taget alvorligt. En fysiker indrømmede senere, at han troede, det var en spøg. Men resultaterne lod sig gentage, og skepsis blev til erkendelse. Verdensbilledet måtte tegnes om.
I 1906 modtog J.J. Thomson Nobelprisen i fysik. To år senere blev han slået til ridder af kong Edward VII. Under hans ledelse fik Cavendish laboratoriet en legendarisk status: syv af hans studerende, og endda hans egen søn, opnåede selv Nobelpriser. Og da han døde i 1940, blev han begravet i Westminster Abbey – side om side med Isaac Newton.
Arven fra en klodset mester
J.J. Thomson tog siden fejl i sin såkaldte plum pudding-model – forestillingen om atomer som positiv dej med elektroner som spredte rosiner i en rosinbolle. Hans billede af atomet var altså forkert, men det billede hviler på et fundament, der aldrig siden er blevet rystet: opdagelsen af elektronen.
Det lille, grønligt fluorescerende spor i et gasrør blev forudsætningen for hele den moderne verden. Uden elektronen ingen atomfysik, ingen elektronik, ingen digitale teknologier.
For en mand, der var berygtet for sin klodsethed, viste J.J. Thomson, at videnskaben ikke altid kræver sikre hænder. Nogle gange kræver den først og fremmest et hoved, der tør stille det spørgsmål, som ingen andre tænker muligt.
SPONSORERET INDHOLD.
Artiklen er baseret på research og interviews af Maya Zachariassen i podcasten Videnskabens Vindere af Rakkerpak Productions i samarbejde med Science Report støttet af Leo Fondet.
Lyt til episoden her eller i din fortrukne podcastapp.
