Сэр Уильям Крукс OM FRS ( / k r ʊ k s / ; 17 июня 1832 – 4 апреля 1919) был британским химиком и физиком, который учился в Королевском колледже химии [1] , теперь являющемся частью Имперского колледжа Лондона , и работал над спектроскопией . Он был пионером в области электронных ламп , изобретя трубку Крукса , которая была сделана в 1875 году. Это было основополагающее открытие, которое в конечном итоге изменило всю химию и физику.
Ему приписывают открытие элемента таллия , объявленное в 1861 году с помощью спектроскопии. Он также был первым, кто описал спектр земного гелия в 1865 году. Крукс был изобретателем радиометра Крукса , но не разглядел истинного объяснения обнаруженного им явления. Крукс также изобрел солнцезащитную линзу, на 100% блокирующую ультрафиолет. Некоторое время он интересовался спиритизмом и стал президентом Общества психических исследований .
Жизнь Крукса была непрерывной научной деятельностью, которая длилась более шестидесяти семи лет. Он считался замечательным за свое трудолюбие и интеллектуальные качества. [2] Его эксперименты по химии и физике были известны оригинальностью их замысла, [3] и он считается «великолепным экспериментатором». [4] Его интересы, простирающиеся на чистую и прикладную науку, экономические и практические проблемы и психические исследования , сделали его известной личностью и принесли ему значительный доход. Он получил множество общественных и академических почестей. [2] [3]
Уильям Крукс родился в Лондоне в 1832 году, он был старшим из восьми выживших детей (восемь других умерли молодыми) Джозефа Крукса (1792–1889), богатого портного и инвестора в недвижимость родом с севера страны, и его второй жены Мэри (урожденной Скотт; 1806–1884). [5] [6] Отец Джозефа Крукса, Уильям (1734–1814), также был портным, чей дед, Джон Крукс (р. 1660), был мэром Хартлпула , графство Дарем , трижды. [7]
У Джозефа Крукса было пятеро детей от первой жены; двое сыновей от этого брака, Джозеф и Альфред, взяли на себя управление швейным бизнесом, предоставив Уильяму свободу выбора собственного пути. [7] В 1848 году в возрасте 16 лет Крукс поступил в Королевский химический колледж (ныне химический факультет Имперского колледжа), чтобы изучать органическую химию. Крукс жил со своими родителями примерно в трех милях от колледжа на Оксфорд-стрит. Магазин его отца находился примерно в полумиле. Крукс заплатил 25 фунтов за обучение в первый год и должен был предоставить свой собственный аппарат и некоторые из более дорогих химикатов. В конце своего первого года Крукс выиграл стипендию Эшбертона, которая покрыла его обучение во второй год. В конце своего второго года Крукс стал младшим помощником Августа Вильгельма фон Хофманна , проводя лабораторные демонстрации и помогая с исследованиями и коммерческим анализом. В октябре 1851 года Крукс был повышен до должности старшего помощника и занимал эту должность до 1854 года. [3] : 8–10
Хотя Крукс почитал Хофмана, он не разделял его основного интереса к органической химии . [3] Одним из учеников Крукса был преподобный Джон Барлоу , секретарь Королевского института , который решил пройти курс аналитической химии. Через Барлоу Крукс познакомился с такими учеными, как Джордж Габриэль Стокс и Майкл Фарадей . [3] : 11 Такие друзья усилили интерес Крукса к оптической физике, [3] : 13 которую уважал Хофман. [3] : 12–13 К 1851 году интерес Крукса к фотографии и оптике побудил его отца построить ему лабораторию в саду дома для его исследований. [3] : 8
Когда Крукс приступил к оригинальной работе, она не была в области органической химии , а скорее в области новых соединений селена . Они были предметом его первых опубликованных работ в 1851 году. Он работал с Мануэлем Джонсоном в обсерватории Рэдклиффа в Оксфорде в 1854 году, где он адаптировал недавнее новшество фотографии на вощеной бумаге к машинам, построенным Фрэнсисом Рональдсом для непрерывной записи метеорологических параметров. [8] В 1855 году он был назначен преподавателем химии в Честерском епархиальном учебном колледже . [9]
В апреле 1856 года Крукс женился на Эллен, дочери Уильяма Хамфри из Дарлингтона. [1] Поскольку сотрудники в Честере должны были быть холостяками, ему пришлось уйти в отставку. Отец Уильяма, Джозеф Крукс, подарил паре дом по адресу Стэнли-стрит, 15, Бромптон . Мать Эллен, миссис Хамфри, прожила с ними всю оставшуюся жизнь, почти сорок лет. У Уильяма и Эллен Крукс было шестеро сыновей и три дочери. Их первый ребенок, Элис Мэри (родилась в 1857 году, позже миссис Коуленд), оставалась незамужней в течение сорока лет, жила со своими родителями и работала помощницей своего отца. Двое сыновей Крукса стали инженерами, а двое — юристами. [3]
Женившись и проживая в Лондоне, Крукс стремился содержать свою новую семью посредством независимой работы в качестве фотохимика. [3] В 1859 году он основал Chemical News , научный журнал, который он редактировал в течение многих лет и вел на гораздо менее формальных принципах, чем это было принято в журналах научных обществ. Между 1864 и 1869 годами он также был связан с Quarterly Journal of Science . В разное время он редактировал Journal of the Photographic Society и Photographic News . [3]
Крукс был эффективен в экспериментах. Метод спектрального анализа , введенный Бунзеном и Кирхгофом , был принят Круксом с большим энтузиазмом и с большим эффектом. [2] [3] [10] [11] [12]
Его первым важным открытием было открытие элемента таллия , сделанное с помощью пламенной спектроскопии . Крукс открыл ранее неизвестный элемент с ярко-зеленой линией излучения в спектре. Он назвал элемент таллием, от греческого θαλλός , thallós , что означает «зеленый побег или веточка». Результаты работы Крукса были опубликованы 30 марта 1861 года. [3] [10] [11] [12] [13] [14] [15]
Таллий был также независимо открыт французом Клодом Огюстом Лами , который имел преимущество доступа к большим количествам материалов через своего зятя Шарля Фредерика Кульмана . И Крукс, и Лами выделили элемент в 1862 году. [10] [16] [17] [18] [12]
В 1863 году Крукс был избран членом Королевского общества. [2] [3] [11] В 1871 году Крукс написал стандартный трактат « Избранные методы химического анализа» . [3]
В 1866 году Адольф Эрик Норденшельд идентифицировал редкий минерал из Скрикерума как селенид меди, таллия и серебра ( Cu
7( Tl , Ag ) Se
4), и назвал минерал круксит в честь сэра Уильяма Крукса. [11] [10]
Крукс разработал трубку Крукса , [19] исследуя катодные лучи . Он опубликовал многочисленные статьи по спектроскопии и провел исследования по множеству второстепенных предметов. В своих исследованиях проводимости электричества в газах низкого давления он обнаружил, что при понижении давления отрицательный электрод (катод), по-видимому, испускает лучи (так называемые «катодные лучи», теперь известные как поток свободных электронов и используемые в устройствах отображения на катодных лучах ). Как показывают эти примеры, он был пионером в создании и использовании вакуумных трубок для изучения физических явлений. [20] Как следствие, он был одним из первых ученых, исследовавших то, что сейчас называется плазмой , и определил ее как четвертое состояние вещества в 1879 году. [21] Он также разработал один из первых приборов для изучения ядерной радиоактивности , спинтарископ . [3] [22] [23] [24]
Крукс исследовал свойства катодных лучей , показав, что они движутся по прямым линиям, вызывают флуоресценцию , когда падают на некоторые вещества, и что их воздействие может производить большое количество тепла. Он считал, что открыл четвертое состояние материи, которое он назвал «лучистой материей» [25] , но его теоретические взгляды на природу «лучистой материи» были заменены. [26] Он считал, что лучи состоят из потоков частиц обычной молекулярной величины. Сэру Дж. Дж. Томсону оставалось изложить субатомную природу катодных лучей (состоящих из потоков отрицательных электронов [27] ). Тем не менее, экспериментальная работа Крукса в этой области стала основой открытий, которые в конечном итоге изменили всю химию и физику. [28]
Внимание Крукса было привлечено к вакуумным весам в ходе его исследований таллия. Вскоре он обнаружил явление, которое приводит в движение радиометр Крукса , в котором набор лопастей, каждая из которых была зачернена с одной стороны и отполирована с другой, вращается под воздействием лучистой энергии. Однако Крукс не дал истинного объяснения этого кажущегося «притяжения и отталкивания, вызванного излучением ». [29] [30] [31]
После 1880 года Крукс жил в доме 7 по улице Кенсингтон-Парк-Гарденс в фешенебельном районе Ноттинг-Хилл . Его дом состоял из большой семьи из нескольких поколений и нескольких слуг. Там была выполнена вся его последующая работа, в том, что тогда было «лучшей частной лабораторией в Британии». Она занимала целый этаж дома и включала три соединенные между собой лабораторные комнаты для химии, физики и механического строительства, а также библиотеку. Крукс смог купить дом и построить лабораторию благодаря своим доходам от Национальной компании по производству гуано и от различных патентов. [3] : 35
К 1880 году Крукс нанял оплачиваемого штатного научного помощника (сначала Чарльза Джимингема, а после 1883 года Джеймса Гардинера). Ему также помогала его дочь Элис, которая была «специалистом по фракционированию редкоземельных элементов » и «неплохим интерпретатором спектров ». [3]
Его ежедневная рутина состояла в том, чтобы управлять своими коммерческими делами утром, заниматься другими делами или идти на научные встречи днем, ужинать в 7, работать в своей библиотеке с 8 до 9, а затем в лаборатории до полуночи. Из своего дома Крукс мог легко добраться до офисов Chemical News , Королевского общества, Chemica Society и клуба Athenaeum. [3]
16 января 1884 года умер отец Крукса. Дочь Крукса Флоренс умерла от скарлатины на той же неделе. Имущество Джозефа Крукса было оставлено в доверительном управлении, разделенное между его тремя выжившими сыновьями, Альфредом, Уильямом и Фрэнком. В сочетании с его предыдущим доходом это гарантировало, что Крукс был очень обеспечен. [3]
В 1886 году Крукс был избран членом Американского философского общества . [32]
13 августа 1894 года Джон Уильям Страт, 3-й барон Рэлей и Уильям Рамсей объявили об обнаружении нового газа в атмосфере. 31 января 1895 года они сделали полный отчет Королевскому обществу о новом газе, аргоне . Кроме того, Уильям Крукс, которому было поручено исследовать образец, представленный на спектрах аргона, сообщил, что аргон показал два различных спектра. Таким образом, Крукс идентифицировал первый известный образец земного гелия [33] и установил его соответствие наблюдениям солнечного гелия. [2] Открытие аргона и гелия привело к идентификации благородных газов и реорганизации периодической системы . [33] Сам Крукс предложил проект Периодической таблицы в стиле космической лемнискаты в 1898 году. [34] [35] [36] Крукс был посвящен в рыцари в 1897 году. [4]
Крукс был назначен президентом Британской ассоциации содействия развитию науки в 1898 году. В своей инаугурационной речи он подробно описал надвигающуюся катастрофу: народы мира, питающиеся пшеницей, начнут испытывать нехватку продовольствия в 1930-х годах. Причиной, по его словам, был дефицит азотных удобрений, доступных из природных источников. Крукс призвал химиков разработать новые способы производства удобрений из огромного запаса азота в атмосфере (который составляет примерно 80 процентов азота). Его замечания о надвигающемся голоде получили широкое распространение в прессе и были превращены в популярную книгу. Среди ученых, занимавшихся этой проблемой в первые годы двадцатого века, были Кристиан Биркеланд , чья технология помогла основать Norsk Hydro, а также Фриц Хабер и Карл Бош , чей процесс Хабера-Боша составляет основу сегодняшней индустрии азотных удобрений. [37]
В 1903 году [ противоречиво ] Крукс обратил свое внимание на недавно открытое явление радиоактивности , добившись отделения от урана его активного продукта превращения, урана-X (позже было установлено, что это протактиний ). [38] Крукс наблюдал постепенный распад отделенного продукта превращения и одновременное воспроизведение свежего запаса в исходном уране. Примерно в то же время, что и это важное открытие, он заметил, что когда «p-частицы» , выбрасываемые радиоактивными веществами, сталкиваются с сульфидом цинка , каждое столкновение сопровождается минутной сцинтилляцией, наблюдение, которое составляет основу одного из самых полезных методов обнаружения радиоактивности. [39]
В 1913 году Крукс [40] создал линзу, блокирующую ультрафиолет [41] [42], сделанную из стекла, содержащего церий , [43] , но только слегка тонированную. [44] Они были непреднамеренным побочным продуктом исследований Крукса по поиску формулы стекла для линз, которая бы защищала рабочих стекольной промышленности от катаракты. [45] Крукс протестировал более 300 формул, [46] каждая из которых была пронумерована и маркирована. Стекло Крукса 246 было тонировкой, рекомендованной для стеклодувов. Наиболее известными тонировками Крукса являются A (изъято из-за содержания в нем урана), A1 , B и B2 , которые поглощают весь ультрафиолет ниже 350 нм, при этом затемняя видимый свет. Образцы Крукса были изготовлены Whitefriars, London, производителями витражей, и Chance Brothers, Birmingham. [47] [48] [49] [45]
Крукс заинтересовался спиритизмом в конце 1860-х годов и был наиболее сильно вовлечен в него в 1874–1875 годах. Эрик Дисон отмечает, что исследования Крукса в области оккультизма связаны с его научной работой по радиометрии, поскольку оба они включали обнаружение ранее не обнаруженных сил. [50]
На Крукса, возможно, повлияла смерть его младшего брата Филиппа в 1867 году в возрасте 21 года от желтой лихорадки, которой он заразился во время экспедиции по прокладке телеграфного кабеля от Кубы до Флориды. [51] [52] В 1867 году под влиянием Кромвеля Флитвуда Варли Крукс посетил спиритический сеанс , чтобы попытаться связаться со своим братом. [53] [54]
Между 1871 и 1874 годами Крукс изучал медиумов Кейт Фокс , Флоренс Кук и Дэниела Дангласа Хоума . После своего расследования он пришел к выводу, что медиумы могут вызывать настоящие паранормальные явления и общаться с духами. [55] [56] Психологи Леонард Зусне и Уоррен Х. Джонс описали Крукса как доверчивого, поскольку он одобрял мошеннических медиумов как настоящих. [57]
Антрополог Эдвард Клодд отметил, что у Крукса было плохое зрение, что могло объяснить его веру в спиритические явления, и процитировал Уильяма Рэмси , который сказал, что Крукс «настолько близорук, что, несмотря на его несомненную честность, ему нельзя доверять в том, что он говорит вам, что он видел». [58] Биограф Уильям Ходсон Брок писал, что Крукс был «очевидно близорук, но не носил очков до 1890-х годов. До этого он, возможно, использовал монокль или карманное увеличительное стекло, когда это было необходимо. Какие ограничения это накладывало на его психические исследования, мы можем только догадываться». [3] : 140
Изучив отчеты Флоренс Кук, историк науки Шерри Линн Лайонс написала, что предполагаемый дух «Кэти Кинг» иногда был самой Кук, а иногда ее сообщницей. Что касается Крукса, Лайонс написала: «Это был человек с безупречной научной репутацией, который открыл новый элемент, но не смог обнаружить настоящую живую девушку, которая маскировалась под призрака». [59] Кук неоднократно разоблачали как мошеннического медиума, но она была «обучена искусству спиритических сеансов», что позволило обмануть Крукса. [60] Некоторые исследователи, такие как Тревор Х. Холл, подозревали, что у Крукса был роман с Кук. [61] [62] [63] [64] [65]
В серии экспериментов в Лондоне , Англия, в доме Крукса в феврале 1875 года медиум Анна Ева Фэй сумела обмануть Крукса, заставив его поверить, что у нее есть настоящие экстрасенсорные способности. Позже Фэй призналась в своем мошенничестве и раскрыла трюки, которые она использовала. [66] Что касается Крукса и его экспериментов с медиумами, фокусник Гарри Гудини предположил, что Крукс был обманут. [67] Физик Виктор Стенгер писал, что эксперименты плохо контролировались, и «его желание верить ослепило его по отношению к мошенничеству его экстрасенсов». [68]
В 1897 году Джон Грир Хиббен писал, что идея Крукса об эфирных волнах, объясняющих телепатию, не является научной гипотезой: «он не приводит никаких фактов, указывающих на ее вероятность или спасающих ее от отнесения к сфере голых предположений». [69]
В 1916 году Уильям Хоуп обманул Крукса, предоставив ему поддельную фотографию духа своей жены. Оливер Лодж показал, что были очевидные признаки двойной экспозиции, фотография леди Крукс была скопирована с фотографии годовщины свадьбы, но Крукс был убежденным спиритуалистом и утверждал, что это подлинное доказательство фотографии духа . [3] : 474
Физиолог Гордон Штейн подозревал, что Крукс был слишком пристыжен, чтобы признать, что его обманула медиум Флоренс Кук или что он сговорился с ней ради сексуальных услуг. Он также предположил, что Крукс сговорился с Анной Евой Фэй. Он отметил, что вопреки распространенному мнению, Хоуп несколько раз разоблачали как мошенницу. Штейн пришел к выводу, что все подвиги Хоуп были фокусами. [70] В обзоре биограф Уильям Брок написал, что Штейн изложил свои «доводы против Крукса и Хоума ясно и логично». [71]
Крукс присоединился к Обществу психических исследований , став его президентом в 1890-х годах: он также присоединился к Теософскому обществу и Клубу призраков , [51] президентом которого он был с 1907 по 1912 год. [3] : 440 В 1890 году он был посвящен в Герметический Орден Золотой Зари . [72]