Citazioni

Le citazioni in inglese sono tratte dal sito internet

http://webserver.lemoyne.edu/faculty/giunta/thomson1897.html

riproducente l'articolo di Thomson apparso Philosophical Magazine, 44, 293 (1897). [facsimile di Stephen Wright, Classical Scientific Papers, Physics (Mills and Boon, 1964).]

«The experiments discussed in this paper were undertaken in the hope of gaining some information as to the nature of the Cathode Rays. The most diverse opinions are held as to these rays; according to the almost unanimous opinion of German physicists they are due to some process in the aether to which--inasmuch as in a uniform magnetic field their course is circular and not rectilinear--no phenomenon hitherto observed is analogous: another view of these rays is that, so far from being wholly aetherial, they are in fact wholly material, and that they mark the paths of particles of matter charged with negative electricity. It would seem at first sight that it ought not to be difficult to discriminate between views so different, yet experience shows that this is not the case, as amongst the physicists who have most deeply studied the subject can be found supporters of either theory.
The electrified-particle theory has for purposes of research a great advantage over the aetherial theory, since it is definite and its consequences can be predicted; with the aetherial theory it is impossible to predict what will happen under any given circumstances, as on this theory we are dealing with hitherto unobserved phenomena in the aether, of whose laws we are ignorant.
The following experiments were made to test some of the consequences of the electrified-particle theory.»

Gli esperimenti presentati in questo scritto sono stati fatti nella speranza di ottenere alcune informazioni sulla natura dei raggi catodici. Su questi raggi sono state sostenute le più diverse opinioni; secondo l'unanime opinione dei fisici tedeschi essi sono dovuti a qualche processo nell'etere che non è però analogo ad alcun altro fenomeno fino ad oggi osservato - dal momento che in un campo magnetico uniforme essi seguono un percorso circolare e non rettilineo; un altro punto di vista su questi raggi è quello secondo il quale, lontani dall'essere eterei, essi sono in realtà del tutto materiali ed indicano il cammino di particelle di materia carica di elettricità negativa. A prima vista sembrerebbe che non dovrebbe essere troppo difficile decidersi tra due opinioni così contrastanti, ma l'esperienza dimostra che non è così, dato che tra i fisici che hanno studiato questo soggetto a fondo si trovano sostenitori di entrambe le teorie. La teoria delle particelle elettricamente cariche ha per scopo di ricerca un grande vantaggio rispetto alla teoria dell'etere, dal momento che è definita e le sue conseguenze possono essere previste; con la teoria dell'etere, invece, è impossibile prevedere che cosa succederà sotto certe circostanze, dal momento che in questa teoria si ha a che fare con fenomeni a tutt'oggi mai osservati nell'etere, dei quali ignoriamo ogni legge. I seguenti esperimenti furono fatti per provare alcune delle conseguenze della teoria delle particelle elettricamente cariche.

«As the cathode rays carry a charge of negative electricity, are deflected by an electrostatic force as if they were negatively electrified, and are acted on by a magnetic force in just the way in which this force would act on a negatively electrified body moving along the path of these rays, I can see no escape from the conclusion that they are charges of negative electricity carried by particles of matter. The question next arises, What are these particles? are they atoms, or molecules, or matter in a still finer state of subdivision? To throw some light on this point, I have made a series of measurements of the ratio of the mass of these particles to the charge carried by it. To determine this quantity, I have used two independent methods.»

Dal momento che i raggi catodici trasportano una carica elettrica negativa, che sono deviati da una forza elettrostatica come se fossero negativamente carichi e che si comportano sotto l'effetto di una forza magnetica esattamente come se questa forza agisse su un corpo carico negativamente che si stesse muovendo lungo il cammino dei raggi, non trovo altra via d'uscita se non il concludere che essi sono cariche elettriche negative trasportate da particelle di materia. Sorge a questo punto un'altra domanda: che cosa sono queste particelle? sono atomi, o molecole, o materia in un ancor più fine stato di suddivisione? Per illuminare un poco le cose, ho fatto una serie di misure del rapporto tra la massa di queste particelle e la carica da esse trasportata. Per determinare questa quantità, ho utilizzato due metodi differenti.

«The explanation which seems to me to account in the most simple and straightforward manner for the facts is founded on a view of the constitution of the chemical elements which has been favourably entertained by many chemists: this view is that the atoms of the different chemical elements are different aggregations of atoms of the same kind. In the form in which this hypothesis was enunciated by Prout, the atoms of the different elements were hydrogen atoms; in this precise form the hypothesis is not tenable, but if we substitute for hydrogen some unknown primordial substance X, there is nothing known which is inconsistent with this hypothesis, which is one that has been recently supported by Sir Norman Lockyer for reasons derived from the study of the stellar spectra.
If, in the very intense electric field in the neighbourhood of the cathode, the molecules of the gas are dissociated and are split up, not into the ordinary chemical atoms, but into these primordial atoms, which we shall for brevity call corpuscles; and if these corpuscles are charged with electricity and projected from the cathode by the electric field, they would behave exactly like the cathode rays.
They would evidently give a value of m/e which is independent of the nature of the gas and its pressure, for the carriers are the same whatever the gas may be.»

La spiegazione che mi pare tener conto nel modo più semplice e diretto dei fatti è fondata su una visione della costituzione degli elementi chimici che è stata favorevolmente presa in considerazione da molti chimici: che gli atomi dei diversi elementi chimici siano differenti aggregazioni di atomi dello stesso tipo. Nella forma in cui questa ipotesi fu enunciata da Prout, gli atomi costitutivi dei diversi elementi erano atomi di idrogeno; l'ipotesi non può reggere in questa precisa forma, ma se sostituiamo all'idrogeno una sconosciuta sostanza primordiale X, non c'è nulla di noto che contraddica questa ipotesi, che è stata recentemente appoggiata da Sir Norman Lockyer per ragioni derivanti dallo studio degli spettri stellari. Se, nell'intenso campo elettrico in prossimità del catodo, le molecole del gas venissero dissociate e suddivise non negli ordinari atomi chimici, bensì in questi atomi primordiali che per brevità chiameremo corpuscoli; e se questi corpuscoli fossero elettricamente carichi e venissero proiettati dal catodo a causa del campo elettrico, essi si comporterebbero esattamente nello stesso modo dei raggi catodici.
Essi evidentemente fornirebbero un valore del rapporto m / e che è indipendente dalla natura del gas e dalla sua pressione, perché i portatori di carica sarebbero gli stessi, qualsiasi fosse il gas.

«Thus on this view we have in the cathode rays matter in a new state, a state in which the subdivision of matter is carried very much further than in the ordinary gaseous state: a state in which all matter - that is, matter derived from different sources such as hydrogen, oxygen, ecc. - is of one and the same kind; this matter being the substance from which all the chemical elements are built up.
With appliances of ordinary magnitude, the quantity of matter produced by means of the dissociation at the cathode is so small as to almost to preclude the possibility of any direct chemical investigation of its properties. Thus the coil I used would, I calculate, if kept going uninterruptedly night and day for a year, produce only about one three-millionth part of a gramme of this substance.
The smallness of the value of m/e is, I think, due to the largeness of e as well as the smallness of m. There seems to me to be some evidence that the charges carried by the corpuscles in the atom are large compared with those carried by the ions of an electrolyte.»

Così, in quest'ottica, nei raggi catodici siamo in presenza di materia in un nuovo stato, uno stato in cui la suddivisione della materia è condotta ben oltre quella dell'ordinario stato gassoso: uno stato in cui tutta la materia - cioè la materia derivanti da fonti diverse, come l'ossigeno, l'idrogeno, ecc. - è di un unico tipo; e questa materia è la sostanza con cui sono costruiti tutti gli elementi chimici.
Con strumenti di grandezza ordinario, la quantità di materia prodotta per mezzo della dissociazione sul catodo è così piccola che è quasi impossibile lo studio chimico diretto delle sue proprietà. Così, ho calcolato che la bobina che ho utilizzato produrrebbe, se tenuta in funzionamento ininterrottamente giorno e notte per un anno, solo circa 1/3000000 g di questa sostanza. L'esiguità del valore del rapporto m / e è, secondo me, dovuta sia alla enormità di e sia alla scarsità di m. Mi sembra che ci siano prove del fatto che le cariche trasportate dai corpuscoli negli atomi siano molto grandi se paragonate a quelle trasportate dagli ioni di un elettrolita.

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