После отставки Рэлея Томсон стал одним из самых молодых профессоров Кавендишской лаборатории. В следующем году появились две его работы, из которых одна положила начало электромагнитной теории массы. Статья называлась «Об электрических и магнитных эффектах, производимых движением наэлектризованных тел». В ней выражена мысль, что «эфир вне заряженного тела является носителем всей массы, импульса и энергии». С увеличением скорости изменяется характер поля, в силу чего вся эта «полевая» масса возрастает, оставаясь все время пропорциональной энергии. Научные успехи Томсона были высоко оценены Рэлеем, и, уходя в 1884 г. с поста директора лаборатории Кавендиша, он, не колеблясь, рекомендовал его в качестве своего преемника.

22 декабря 1884 г., после отставки Рэлея, 27-летний Томсон был выдвинут советом избирателей на должность третьего профессора Кавендишской лаборатории. Он тут же начал формировать Кавендишскую библиотеку, ядро которой с 1887 г. составило значительное число книг Максвелла. В 1890 г. при активном содействии Томсона для наиболее одаренных студентов-исследователей из средств, завещанных университету, миссис Максвелл учредила Максвелловскую стипендию, которая давалась на три года.

В 1888 г. Томсон основал классы-практикумы для медиков, что резко увеличило число студентов, работавших в лаборатории. Временно пришлось перевести медицинские классы в старые комнаты-анатомички до тех пор, пока в 1896 г. не был открыт южный флигель лаборатории. В 1895 г. по инициативе Томсона в Кембридже произошла реформа, согласно которой специальная комиссия стала принимать на практику выпускников других университетов после всестороннего тестирования их способностей проводить научные исследования. Через два года работы в Кембридже они получали степень бакалавра и удостоверение исследователя. Студенты из всех стран мира приезжали в Кембридж. Среди них были Резерфорд из Новой Зеландии, Таунсенд из Ирландии, Ланжевен из Франции, Вильсон из Австралии и многие другие. Значительное увеличение числа исследователей из других стран потребовало очередного расширения лаборатории, которое в 1906 г. осуществил на свои средства Рэлей. За счет них было достроено левое крыло Кавендишской лаборатории.

Одновременно с увеличением ее материальной базы по инициативе Томсона происходило совершенствование методов обучения. Так, в 1884 г. выходит «Практическая физика» кембриджских профессоров Глазебрука и Шоу, а в 1896 г. в университетской типографии издаются «Записки лаборатории по элементарной практической физике». Эти книги обобщили ценный опыт Кавендишской лаборатории по проведению практических занятий, посвященных общей физике, и стали главным руководством для студентов-исследователей, наиболее важным в работе с которыми Томсон считал поддержание творческого энтузиазма. В послании Британской ассоциации он с убежденностью констатировал, что отсутствие энтузиазма – наиболее частая причина неудач. Томсон также предупреждал всех работающих для продвижения науки о тормозящем действии на энтузиазм затянувшегося курса академического обучения. Эта идея Томсона претворялась в жизнь всей деятельностью лаборатории.

В 1893 г. Томсон организовал Кавендишское физическое общество, на заседаниях которого обсуждались статьи, готовившиеся к публикации. Такие дискуссии помогали студентам разрешать некоторые неясности, стимулировали их интерес к исследованиям, а лаборатория стала признанной международной школой физической науки.

В 1895 году Томсон инициировал административно-учебную реформу, после которой в Кавендишской лаборатории стали стажироваться выпускники из других университетов. Под председательством Томсона была создана специальная экспертная комиссия, которая тщательно определяла способности соискателей на научную работу в лаборатории. После двух-трех лет успешной работы в Кембридже они получали степень бакалавра-исследователя. Студенты съезжались из всех стран мира, и среди них были Э. Резерфорд из Новой Зеландии, Таунсенд из Ирландии, Ланжевен из Франции, П. Капица из России, Н. Бор из Дании, Ч. Вильсон из Австралии и многие другие.

За 35 лет бессменного руководства Кавендишской лабораторией Томсон создал блестящую школу физиков, из которой многие стали членами Королевского общества Великобритании и национальных академий, а пятеро даже Нобелевскими лауреатами: Чарльз Вильсон, Эрнст Резерфорд, Чарльз Баркла, Френсис Астон, Джордж Томсон (сын ученого).

Научные интересы самого Томсона были сосредоточены на изучении прохождения тока через разреженные газы, исследовании катодных и рентгеновских лучей. В мае 1897 г. он публикует работу «Катодные лучи», где утверждалось, что заряженные «корпускулы» по меньшей мере в 1000 раз легче легчайшего атома водорода. Обретя количественные характеристики, электрон оказывался теперь полноправной составляющей материального мира.

Часть историков науки даже полагает, что Томсону в чем-то удалось предвосхитить идею об эквивалентности массы и энергии, которая была одним из важнейших следствий теории относительности Эйнштейна.

Пьер Кюри (1859–1906)

Выдающийся французский физик, химик и кристаллофизик родился в Париже в семье врача. Получил домашнее образование. Еще в юности выявил незаурядные способности и 16 лет сдал экзамен на звание бакалавра, поступив на физико-математическое отделение Сорбонны. Тогда же стал работать в Фармацевтическом институте, в лаборатории профессора Леру, и уже в 18 лет защитил первую ученую степень лиценциата физических наук. С 1878 г. Пьер пять лет занимал должность ассистента на физико-математическом факультете Парижского университета. В этот период он вместе с братом Жаком Кюри (1855–1941) начинает исследование кристаллов, и они открывают пьезоэлектричество. В 1880 г. выходит статья Пьера и Жака Кюри «Образование полярного электричества под действием давления в гемиэдрических кристаллах с косыми гранями», в которой содержится вывод: «Какова бы ни была причина, всякий раз, когда гемиэдрический кристалл с косыми гранями сжимается, возникает электрическая поляризация определенного направления; всякий раз, когда этот кристалл растягивается, выделение электричества происходит в противоположном направлении».

Позже братья Кюри открыли обратный эффект деформации кристаллов под действием приложенного электрического напряжения. Это открытие имело самое прикладное значение. И еще братья Кюри, изучая электрические деформации кварца, создали устройство для измерения слабых электрических токов и зарядов на основе пьезокварца. Впоследствии он применялся для генерации ультразвука и стабилизации электрических колебаний в кварцевых генераторах. В это же время Пьер Кюри выполнил ряд важных теоретических работ о законах кристаллической симметрии В 1883 г. он был назначен руководителем экспериментальных физических исследований в парижской Школе промышленной физики и химии.

В 1891 г. от кристаллографических исследований минералогических симметрий Пьер Кюри перешел к опытам по магнетизму и в итоге четко разделил диамагнитные и парамагнитные явления по их зависимости от температуры. Изучая ее влияние на ферромагнетизм, он определил «точку Кюри» – температуру, выше которой ферромагнитные вещества превращаются в парамагнитные, а также открыл «закон Кюри», согласно которому магнитная восприимчивость парамагнетиков прямо пропорциональна магнитному полю и обратно пропорциональна температуре. В 1984 г. он сформулировал «принцип Кюри», согласно которому кристалл под влиянием внешнего воздействия (механического, электрического и др.) изменяет свою симметрию таким образом, что сохраняются лишь элементы симметрии, общие с элементами симметрии воздействия. Результаты всех этих исследований вошли в докторскую диссертацию Пьера Кюри, которую он блестяще защитил на математико-естественном факультете Парижского университета.