Расскажем о некоторых, наиболее важных исследованиях Томсона. Одной из таких работ является работа по экспериментальному открытию электрона. До опытов английского физика электрон был введен в 1891 году в науку теоретически. Его крестным отцом был физик Стоней. Но последний под термином «электрон» понимал любой, неделимый далее электрический заряд – положительный и отрицательный. Он считал, что эти заряды не могут быть отделены от атомов и что они обнаруживаются только при химических взаимодействиях.

Теорию электрических зарядов развил Лоренц. Физики широко пользовались в своих работах понятием элементарного электрического заряда, но они не представляли себе, что в мире есть частица меньшая, чем атом вещества.

Исследования над катодными лучами, произведенные до 1897 года, показали, что катодные лучи заряжены отрицательным электричеством и не являются каким-нибудь веществом, известным в то время химикам. Эти лучи представляли собой настоящую загадку, отгадать которую и довелось Томсону. Он изучал прохождение катодных лучей сквозь электрические и магнитные поля и их отклонения в этих полях. Анализируя свои опыты и эксперименты предшественников, ученый пришел к неопровержимому выводу, что катодные лучи не представляют собой ни электромагнитной волны, ни газа, ни атомов металлов и никаких других химических элементов. Они являются частицами, размер которых меньше размера самого маленького атома. Томсон вынужден был сделать невероятно дерзкий по тому времени вывод о том, что, кроме атомов известных химических элементов, в природе существует неизвестная до сих пор частица, значительно меньшая по размеру, чем атом водорода, заряженная отрицательным электрическим зарядом. Эта частица и есть электрон. Катодные лучи представляют собой поток электронов. Но так как эти частицы вырываются из различных катодов, то они должны входить в состав всех атомов. Таким образом, атом каждого элемента не является, как утверждали до сих пор все физики, простейшей неделимой частицей, а имеет сложную структуру. Так как из него вылетают отрицательно заряженные частицы, образующие катодные лучи, то остаток атома должен быть заряжен положительно, ибо в целом атом электрически нейтрален.

Чтобы понять всю необычайность вывода Томсона, нужно представить себе состояние физики и химии в то время. В химии прочно утвердилась атомная теория. Было твердо установлено, что существуют наименьшие, неделимые дальше атомы элементов. Их называли кирпичами мироздания. Нашли, что при всех химических реакциях атомы элементов всегда остаются неизменными. Физики глубоко разработали механику движений атомов в газах – так называемую молекулярно-кинетическую теорию, нашедшую самое широкое практическое применение. Ученые были заняты разработкой молекулярно-кинетической теории жидкостей и твердых тел. Они рассуждали приблизительно так: через несколько лет, когда окончательно разработают молекулярно-кинетическую теорию жидкостей и твердых тел, физики будут знать, как из молекул и атомов построены жидкости и твердые тела, а химики – законы всех химических соединений. Все станет известно; любой процесс, происходящий в природе, можно будет выразить математически в виде уравнения механики. Ученые узнают ВСЕ, и дальнейшее развитие физики и химии по существу прекратится. В этом факте проявится могущество разума человека, сумевшего все многообразие природы вложить в несколько математических выражений механики.

И вдруг... атом не неделим, он имеет сложную структуру, от него отделяются частицы с отрицательным зарядом, остаток заряжен положительным зарядом. Это крах старой физики, революция в науке, в сознании. И. переворот должен совершить человек, далекий от революционных устремлений, защитник и апологет классической физики.

Не одну горькую ночь провел Томсон, раздумывая о катодных лучах. Его мучили сомнения: следует ли рассказать ученым о своих выводах или продумать еще раз все факты и попытаться вложить их в привычную систему взглядов? А вдруг в размышлениях есть где-нибудь ошибка, которую он не заметил?

Но все это ни к чему не привело. Выводы, к которым пришел Томсон, были единственными, которые можно было сделать, если исходить из законов логики. И ученый нашел в себе силу пойти против сложившихся взглядов. Вот как пишет об этом он сам: «Я принял воззрение, что все атомы содержат эти малые частицы и что они выбиваются из атомов электрическими средствами, высокой температурой или рентгеновскими лучами. Сперва было очень мало тех, кто верил в существование таких телец, меньших атомов. Я впоследствии даже часто рассказывал о видном физике, который был тогда на моей лекции в Королевском институте, что он думал, что я морочу их. Я не был удивлен таким отношением, ибо сам приходил к истолкованию своих результатов с большой неохотой и то только после того, как убедился, что эксперимент не дает возможности избежать предположения о существовании телец меньше атома».

Джозеф Джон Томсон (1856-1940)