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Joseph Thomson (Sciences & Techniques)

Publié le 22/02/2012

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Thomson étudie la physique parce qu'il n'a pas les moyens de faire des études d'ingénieur. Il obtient une bourse pour l'Université de Cambridge, où il restera toute sa vie. Après son diplôme, il travaille au laboratoire Cavendish. Au début des années 1890, il étudie les mystérieux "rayons cathodiques". Le physicien allemand Lenard lui objecte qu'il ne peut s'agir de "corpuscules" puisque ces rayons traversent des feuilles de métal imperméables aux seuls "corpuscules" que l'on connaisse alors, ceux qui constituent les gaz. Mais Thomson, après des années de recherches, en arrive à la conclusion incroyable pour l'époque qu'il s'agit de flux de petites particules, qui constituent l'atome, c'est-à-dire toute la matière, et l'électricité car elles portent la charge élémentaire d'électricité, dont il détermine la valeur. On les appellera "électrons". Thomson formule le premier modèle d'atome, en 1898 : un nuage d'électrons dans une zone d'électricité positive. Il reçoit le prix Nobel en 1906, est anobli en 1908.

« était naturel de supposer que c'était là, également, la charge d'un rayon cathodique, auquel cas celui-ci pesaitmoins d'un millième de l'atome le plus léger.

Mais trop de choses dépendaient de ce fait, pour qu'on pût en rester àune simple supposition, les rayons cathodiques étant les mêmes quel que fût le métal de la cathode ou le gazcontenu dans le tube.

De toute évidence, il s'agissait là d'un composant universel de la matière : le premier qu'oneût jamais trouvé. Par la méthode de Thomson, il n'était pas possible de mesurer la charge des rayons cathodiques eux-mêmes, mais,par bonheur, il y a des particules que les rayons ultraviolets détachent des métaux, et l'on peut montrer leuridentité avec les rayons cathodiques, à cela près que leur vitesse est moins grande.

Ces particules s'attachent auxmolécules de l'air, et Thomson mesura, à la fois, leur charge et le rapport entre leur masse et leur charge : les deuxrésultats concordaient avec les expériences précédentes.

Le cycle de l'argumentation était donc ainsi fermé, etl'électron apparut, dès lors, comme une entité universelle, ayant une charge et une masse définies. Dans un exposé plus détaillé, on pourrait encore parler de sa théorie de la dispersion, qui aida à définir le nombred'électrons contenus dans les atomes de diverses espèces, de ses expériences sur la décharge gazeuse et de sesthéories sur les couches d'électrons dans les atomes.

Bornons-nous ici à rappeler une autre partie de son Oeuvre :ses travaux sur les rayons positifs.

Wien, qui avait étudié les phénomènes d'accompagnement de la déchargegazeuse, connus d'abord sous le nom de "Rayons canaux", avait montré que leur charge est le plus souvent positiveet que leur masse était moléculaire ou atomique, mais n'avait pu séparer les rayons correspondant à des atomesd'espèce différente.

Par une technique perfectionnée, mon père put obtenir, sur une plaque photographique, unesérie de traces, chacune correspondant à l'une des diverses sortes d'atomes présents.

Ce fut là, d'ailleurs, l'un despremiers essais d'utilisation de la plaque photographique comme détecteur dans le vide.

Son intérêt général mis àpart, cet essai revêt une importance théorique considérable, du fait qu'il apportait la première preuve de l'identité detous les atomes d'un même élément, alors que toutes les anciennes méthodes de détermination des poids atomiquesne donnent que des valeurs moyennes tout à fait compatibles avec une distribution continue autour d'une moyenne,à la manière des poids d'une population humaine ou animale. En fait, un examen plus serré des résultats obtenus persuada mon père que les atomes d'un même élément n'ontpas, en réalité, toujours le même poids : pour le néon, ce poids est tantôt 20, tantôt 22, jamais entre les deux.Mais, la Première Guerre mondiale ayant éclaté, il ne put en faire la preuve absolument certaine ; c'est à Aston, quiavait assisté mon père dans ses recherches, que revient le mérite d'avoir achevé la démonstration et d'avoir, enoutre, démontré que le cas du néon, loin d'être une exception, obéit au contraire à la règle, la plupart des élémentscomprenant deux ou plusieurs isotopes. Le passage suivant, tiré d'un article écrit par Aston peu de temps après la mort de mon père, dira comment le voyaitun de ceux qui ont eu avec lui, dans son laboratoire, un contact étroit. "Le travail à ses côtés ne manquait jamais d'animation.

Lorsque les résultats confirmaient les calculs, sonenthousiasme sans bornes, réellement enfantin, était contagieux, à l'occasion même embarrassant.

Sitôt les clichésphotographiques développés, il fallait les cacher, de peur qu'il ne les manipulât encore humides.

Parfois, les capricesexaspérants d'un appareil mettaient au désespoir celui qui l'avait conçu, construit et employé et qui timidements'approchait de cet être remarquable.

On le voyait alors, dans son coin, devant son drôle de vieux bureau, réfléchir,dans une attitude caractéristique, puis jeter de sa petite écriture quelques chiffres et formules sur le dos dequelque thèse, ou sur une vieille enveloppe ou même sur le livre de comptes du laboratoire.

Et de ces réflexions, iltirait soudain, comme un lapin d'un chapeau, une suggestion lumineuse qui indiquait, du même coup, le mal et sonremède.

Cette faculté naturelle de comprendre le fonctionnement d'un appareil, sans l'avoir manié, tenait et tientencore, pour moi, du miracle et révélait, sans possibilité d'erreur, un grand génie.". »

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