Незадолго до работ Томсона по исследованию катодных лучей Петеру Зееману пришло в голову, что:

«…период светового излучения натриевого пламени может измениться, если на пламя подействовать магнитной силой…»

Он осуществил этот эксперимент и получил следующий результат:

«…оказалось, что такой эффект действительно существует. Я ввел в кислородно-водородное пламя, помещенное между полюсами… электромагнита, асбестовую нить, пропитанную обыкновенной солью. Свет пламени изучался с помощью… решетки. Каждый раз, когда я замыкал цепь, обе линии D расширялись¹⁾. Так как это расширение можно было бы приписать известным эффектам воздействия на пламя магнитного поля, которое изменяет концентрацию и температуру паров натрия, я был вынужден прибегнуть к такому методу экспериментирования, который может вызвать наименьшие возражения… Таким образом, весьма правдоподобно, что период излучения натрия в магнитном поле изменяется».

«Мне кажется, что верное объяснение этого явления, — пишет он далее, — …заключается в теории электрических явлений, предложенной профессором Лоренцом.

Согласно этой теории, во всех телах имеются крохотные молекулярные элементы, заряженные электричеством, все электрические процессы обусловлены равновесием или движением этих «ионов»²⁾, а излучение света происходит из-за колебаний ионов. Мне кажется, что силы, непосредственно действующие на ионы в магнитном поле, являются причиной наблюдаемого явления. Профессор Лоренц, которому я сообщил о своей идее, был столь любезен, что показал мне, как можно рассчитать движение ионов, а затем добавил, что, если приложение теории окажется верным, из нее будут вытекать эти дальнейшие следствия…».

Расчет Лоренца, основанный на предположении, что расширение спектральных линий происходит из-за искажения орбит заряженных корпускул под действием магнитного поля, дал для отношения заряда к массе частиц точно такую же величину, какую измерил несколько позднее Томсон. Этот расчет указал и на некоторые эффекты, касающиеся расщепления спектральных линий; эти эффекты были вскоре обнаружены Зееманом в следующей серии экспериментов.

Эти результаты совместно с очевидной возможностью получить из вещества электричество посредством трения, да еще тот факт, что при соответствующих условиях вещество испускает катодные лучи, привели к концу девятнадцатого века к почти всеобщему признанию электрического строения материи. Если материя каким-то образом сделана из электрического материала, то спрашивается: как «устроен» этот электрический материал внутри вещества? Чтобы ответить на этот вопрос, были предприняты многочисленные опыты по бомбардировке различных веществ икс-лучами, электронами, альфа-частицами и т. п. Одновременно настойчиво пытались создать, используя известные тогда «материалы», теоретическую модель атома, удовлетворяющую наблюдаемым свойствам. Даже в 1897 г. Вильям Томсон (лорд Кельвин) с полной серьезностью обсуждал возможную модель «электричества, представляющего собой непрерывную и однородную жидкость». Работа Дж. Дж. Томсона отвергла такую возможность, а обнаруженные в ней электроны сразу же стали теми строительными кирпичами, с помощью которых стали пытаться строить модель атома.

1) При достаточно хорошем разрешении прибора видно, что линии расщепляются; Зееману удалось наблюдать только их уширение.

2) Он говорит об электронах.

На основании результатов многочисленных опытов, включающих эксперименты по пропусканию электронов через вещество, Томсон пришел к выводу, что число электронов в атоме, грубо говоря, имеет порядок величины химического атомного веса. (Позднее Баркла показал, что число электронов в атоме, по крайней мере для легких атомов, не считая атома водорода, приблизительно равно половине атомного; веса.) Далее, нормальный атом должен быть электрически нейтральным. Действительно, если считать, что вещество состоит из атомов и является при этом нейтральным (мы уже рассматривали силы, возникающие в веществе, когда нарушается его нейтральность), то и отдельные атомы, составляющие вещество, должны быть тоже нейтральными. В таком случае количество положительного электричества в атоме должно равняться количеству отрицательного электричества.

Томсон получил, что масса электрона, вероятно, порядка одной двухтысячной массы атома водорода. Предполагая, что водород, простейший атом, состоит из одного электрона и одного положительного заряда (обеспечивающего электрическую нейтральность атома), Томсон заключил, что масса этого положительного заряда должна быть в 2000 раз больше массы электрона. Таким образом, если считать, что массы непосредственно связаны с зарядами, то приходилось согласиться, что практически вся масса атома водорода (а возможно, и других атомов) связана с его положительным зарядом.