Rutherford Ernest (lata życia: 30.08.1871 - 19.10.1937) - angielski fizyk, twórca planetarnego modelu atomu, twórca fizyki jądrowej. Był członkiem Royal Society of London, a od 1925 do 1930 - i jego prezesem. Ten człowiek jest zdobywcą Nagrody Nobla w dziedzinie chemii, którą otrzymał w 1908 roku.
Przyszły naukowiec urodził się w rodzinie Jamesa Rutherforda, kołodzieja i Marthy Thompson, nauczycielki. Oprócz niego rodzina miała 5 córek i 6 synów.
Szkolenia i pierwsze nagrody
Zanim rodzina przeniosła się z Wyspy Południowej w Nowej Zelandii na Wyspę Północną w 1889 roku, Rutherford Ernest studiował w Christchurch w Canterbury College. Już w tym czasie ujawniono genialne zdolności przyszłego naukowca. Po ukończeniu IV roku studiów Ernest został nagrodzony za najlepszą pracę w dziedzinie matematyki, a także zajął I miejsce w egzaminach magisterskich z fizyki i matematyki.
Wynalezienie detektora magnetycznego
Zostając mistrzem sztuki, Rutherford tego nie zrobiłopuścił szkołę. Pogrążył się w samodzielnej pracy naukowej nad magnetyzacją żelaza. Opracował i wyprodukował specjalne urządzenie – detektor magnetyczny, który stał się jednym z pierwszych na świecie odbiorników fal elektromagnetycznych, a także „biletem wstępu” Rutherforda do wielkiej nauki. Wkrótce w jego życiu nastąpiła ważna zmiana.
Rutherford jedzie do Anglii
Najbardziej utalentowani młodzi poddani korony angielskiej z Nowej Zelandii otrzymywali stypendium co dwa lata. Wystawa Światowa z 1851 r., która umożliwiła wyjazd do Anglii w celu studiowania nauk ścisłych. W 1895 r. zdecydowano, że dwóch Nowozelandczyków jest godnych takiego zaszczytu - fizyk Rutherford i chemik Maclaurin. Było jednak tylko jedno miejsce, a nadzieje Ernesta legły w gruzach. Na szczęście Maclaurin został zmuszony do porzucenia tej podróży z powodów rodzinnych, a Rutherford Ernest przybył do Anglii jesienią 1895 roku. Tutaj rozpoczął pracę na Uniwersytecie w Cambridge (w Laboratorium Cavendish) i został pierwszym doktorantem J. Thomsona, jego dyrektora (na zdjęciu poniżej).
Badanie promieni Becquerela
Thomson w tym czasie był już znanym naukowcem, jednym z członków Royal Society of London, szanowanym przez wszystkich. Szybko docenił zdolności Rutherforda i zaangażował go w prowadzone przez niego prace nad badaniem jonizacji gazów pod wpływem promieni rentgenowskich. Jednak już w 1898 roku, latem, Ernest stawia pierwsze kroki w innej dziedzinie badań. Interesowały go „promienie Becquerela”. Emisja soli uranu, otwartaBecquerel, francuski fizyk, stał się później znany jako radioaktywny. Francuski naukowiec, podobnie jak Curie, byli aktywnie zaangażowani w jego badania. W 1898 roku do pracy dołączył Rutherford Ernest. Ten naukowiec odkrył, że wiązki te zawierają strumienie jąder helu, naładowanych dodatnio (cząstki alfa), a także strumienie elektronów (cząstki beta).
Dalsze badania promieni uranu
Praca Curie została przedstawiona Paryskiej Akademii Nauk 18 lipca 1898 roku, co wzbudziło duże zainteresowanie Rutherforda. W nim autorzy zwrócili uwagę, że oprócz uranu istnieją inne pierwiastki promieniotwórcze (ten termin został właśnie wtedy użyty po raz pierwszy) pierwiastków. Rutherford później wprowadził pojęcie półtrwania - jedną z głównych cech wyróżniających te elementy.
Ernest w grudniu 1897 przedłużył stypendium wystawiennicze. Naukowiec miał możliwość dalszego badania promieni uranu. Jednak w kwietniu 1898 roku w Montrealu zwolniono stanowisko profesora na miejscowym Uniwersytecie McGill, a Ernest zdecydował się wyjechać do Kanady. Czas na praktyki minął. Dla wszystkich było jasne, że Rutherford jest gotowy do samodzielnej pracy.
Przeprowadzka do Kanady i nowa praca
Jesienią 1898 roku przeniósł się do Kanady. Początkowo nauczanie Rutherforda nie było zbyt udane: studentom nie podobały się wykłady, które młody profesor, który nie nauczył się jeszcze w pełni wyczuwać słuchaczy, przesycał szczegółami. Pojawiły się również pewne trudności w pracy naukowej ze względu na opóźnienie przybycia preparatów promieniotwórczych zamówionych przez Rutherforda. Jednak wszystkieszorstkość wkrótce wygładziła się, a Ernest rozpoczął passę szczęścia i sukcesu. Jednak trudno mówić o sukcesie: wszystko zostało osiągnięte dzięki ciężkiej pracy, w którą zaangażowali się jego nowi przyjaciele i ludzie o podobnych poglądach.
Odkrycie prawa przemian promieniotwórczych
Wokół Rutherford już wtedy tworzyła się atmosfera twórczego entuzjazmu i pasji. Praca była radosna i intensywna, zaowocowała wielkim sukcesem. Rutherford odkrył emanację toru w 1899 roku. Razem z Soddym w latach 1902-1903 doszedł już do ogólnego prawa obowiązującego we wszystkich przemianach promieniotwórczych. Należy powiedzieć trochę więcej o tym ważnym wydarzeniu naukowym.
Naukowcy na całym świecie przekonali się w tym czasie, że niemożliwe jest przekształcenie jednego pierwiastka chemicznego w inny, więc marzenia alchemików o wydobywaniu złota z ołowiu powinny zostać na zawsze pogrzebane. I wtedy pojawiła się praca, w której argumentowano, że podczas rozpadów promieniotwórczych przemiany pierwiastków nie tylko zachodzą, ale nie można ich ani spowolnić, ani zatrzymać. Ponadto sformułowano prawa tych przemian. Dziś rozumiemy, że to ładunek jądra decyduje o właściwościach chemicznych pierwiastka i jego pozycji w układzie okresowym Mendelejewa. Gdy ładunek jądra zmniejsza się o dwie jednostki, co ma miejsce podczas rozpadu alfa, „przesuwa się” w górę o 2 komórki w układzie okresowym pierwiastków. Przesuwa jedną komórkę w dół w elektronicznym rozpadzie beta i jedną komórkę w górę w przypadku rozpadu pozytonów. Pomimo oczywistości tego prawa i jego pozornej prostoty, odkrycie to było jednym z najważniejszych wydarzeń w nauce początku XX wieku.wiek.
Małżeństwo z Mary Georgina Newton, narodziny córki
W tym samym czasie w życiu osobistym Ernesta wydarzyło się ważne wydarzenie. 5 lat po zaręczynach z Mary Georginą Newton poślubił ją naukowiec Ernest Rutherford, którego biografia do tego czasu była już naznaczona znaczącymi osiągnięciami. Ta dziewczyna była córką gospodyni z pensjonatu w Christchurch, gdzie kiedyś mieszkał. W 1901 roku, 30 marca, urodziła się jedyna córka w rodzinie Rutherfordów. Wydarzenie to niemal zbiegło się w czasie z narodzinami nowego rozdziału w naukach fizycznych - fizyki jądrowej. A po 2 latach Rutherford został członkiem Royal Society of London.
Książki Rutherforda, eksperymenty na przezroczystej folii z cząsteczkami alfa
Ernest stworzył 2 książki, w których podsumował wyniki swoich naukowych poszukiwań i osiągnięć. Pierwsza została opublikowana pod tytułem „Radioaktywność” w 1904 roku. „Przemiany radioaktywne” pojawiły się rok później. Autor tych książek rozpoczął w tym czasie nowe badania. Zdał sobie sprawę, że to z atomów emanowało promieniowanie radioaktywne, ale miejsce jego występowania pozostawało absolutnie niejasne. Konieczne było zbadanie urządzenia jądra. A potem Ernest zwrócił się do techniki transiluminacji z cząstkami alfa, od której rozpoczął pracę z Thomsonem. Eksperymenty badały, w jaki sposób przepływ tych cząstek przechodzi przez cienkie arkusze folii.
Pierwszy model atomu Thomsona
Pierwszy model atomu został zaproponowany, gdy okazało się, że elektrony mają ładunek ujemny. Jednak wchodzą w atomy,są ogólnie obojętne elektrycznie. Musi więc być w jego składzie coś, co niesie ze sobą ładunek dodatni. Aby rozwiązać ten problem, Thomson zaproponował następujący model: atom jest czymś w rodzaju kropli, naładowanej dodatnio, o promieniu stu milionowej części centymetra. Wewnątrz znajdują się maleńkie elektrony z ładunkiem ujemnym. Pod wpływem sił kulombowskich mają tendencję do zajmowania pozycji w samym środku atomu, ale jeśli coś zaburza ich równowagę, oscylują wraz z promieniowaniem. Model ten wyjaśniał istnienie widm emisyjnych, co było wówczas znane. Z eksperymentów wynika już jasno, że w ciałach stałych odległości między atomami są w przybliżeniu takie same jak ich rozmiary. Wydawało się więc oczywiste, że cząstki alfa nie mogą przelecieć przez folię, tak jak kamień nie może przelecieć przez las, w którym drzewa rosły prawie blisko siebie. Jednak już pierwsze eksperymenty przeprowadzone przez Rutherforda przekonały, że tak nie jest. Większość cząstek alfa, prawie bez odchylenia, przeniknęła przez folię, a tylko kilka wykazywało odchylenia, czasem znaczące. Ernest Rutherford był tym bardzo zainteresowany. Ciekawe fakty wymagały dalszych badań.
Model planetarny Rutherforda
I wtedy ponownie pojawiła się intuicja Rutherforda i zdolność tego naukowca do rozumienia języka natury. Ernest zdecydowanie odrzucił model atomu Thomsona. Eksperymenty Rutherforda doprowadziły do tego, że przedstawił on swój własny, zwany planetarnym. Według niej, w centrumatomu to jądro, w którym skoncentrowana jest cała masa danego atomu, mimo jego niewielkich rozmiarów. A wokół jądra, jak planety krążące wokół Słońca, poruszają się elektrony. Ich masy są znacznie mniejsze niż cząstek alfa, dlatego te ostatnie praktycznie nie odbiegają, gdy penetrują chmury elektronowe. I tylko wtedy, gdy cząstka alfa leci w pobliżu dodatnio naładowanego jądra, odpychająca siła Coulomba może ostro zagiąć trajektorię jej ruchu. To jest teoria Rutherforda. Z pewnością było to wspaniałe odkrycie.
Prawa elektrodynamiki i model planetarny
Doświadczenie Rutherforda wystarczyło, aby przekonać wielu naukowców o istnieniu modelu planetarnego. Okazało się jednak, że nie jest to takie jednoznaczne. Wzór Rutherforda, który wyprowadził na podstawie tego modelu, był zgodny z danymi uzyskanymi podczas eksperymentu. Jednak obaliła prawa elektrodynamiki!
Prawa te, ustanowione głównie przez prace Maxwella i Faradaya, stwierdzają, że ładunek poruszający się z przyspieszoną prędkością emituje fale elektromagnetyczne i z tego powodu traci energię. W atomie Rutherforda elektron porusza się w polu kulombowskim jądra w przyspieszonym tempie i zgodnie z teorią Maxwella musi stracić całą swoją energię w dziesięciomilionowej części sekundy, a następnie spaść na jądro. Tak się jednak nie stało. W konsekwencji formuła Rutherforda obaliła teorię Maxwella. Ernest wiedział o tym, gdy nadszedł czas powrotu do Anglii w 1907 roku.
Przenieś się do Manchesteru i odbierz Nagrodę Nobla
Praca Ernesta w McGillUniwersytet przyczynił się do tego, że stał się bardzo sławny. Rutherford zaczął rywalizować o zaproszenia do ośrodków naukowych w różnych krajach. Naukowiec wiosną 1907 zdecydował się opuścić Kanadę i przybył do Manchesteru na University of Victoria, gdzie kontynuował swoje badania. Wraz z H. Geigerem stworzył w 1908 roku licznik cząstek alfa – nowe urządzenie, które odegrało ważną rolę w ustaleniu, że cząstki alfa to podwójnie zjonizowane atomy helu. Rutherford Ernest, którego odkrycia miały ogromne znaczenie, otrzymał w 1908 roku Nagrodę Nobla (w chemii, nie w fizyce!).
Współpraca z Nielsem Bohrem
W międzyczasie wzorzec planetarny coraz bardziej zajmował jego umysł. A w marcu 1912 Rutherford zaczął współpracować i przyjaźnić się z Nielsem Bohrem. Największą zasługą Bohra (jego zdjęcie prezentujemy poniżej) było to, że wprowadził do modelu planetarnego zupełnie nowe cechy - ideę kwantów.
Wysuwał „postulaty”, które na pierwszy rzut oka wydawały się wewnętrznie sprzeczne. Według niego atom ma orbity. Przemieszczający się wzdłuż nich elektron nie promieniuje wbrew prawom elektrodynamiki, chociaż ma przyspieszenie. Ten naukowiec wskazał zasadę, według której można znaleźć te orbity. Odkrył, że kwanty promieniowania pojawiają się tylko wtedy, gdy elektron przemieszcza się z orbity na orbitę. Model atomu Rutherforda-Bohra rozwiązał wiele problemów, a także stał się przełomem w świecie nowych idei. Jego odkrycie doprowadziło do radykalnej rewizji poglądów na temat materii i jej ruchu.
Dalsze rozległe działania
W 1919Rutherford został profesorem na Uniwersytecie Cambridge i dyrektorem Laboratorium Cavendish. Dziesiątki naukowców słusznie uważało go za swojego nauczyciela, także ci, którzy później zdobyli Nagrody Nobla. Są to J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Khariton, PL Kapitsa, G. Gamov i inni. Napływ wyróżnień i nagród stawał się coraz bardziej obfity. W 1914 Rutherford otrzymał szlachtę. Został prezesem Stowarzyszenia Brytyjskiego w 1923, a od 1925 do 1930 był prezesem Towarzystwa Królewskiego. Ernest otrzymuje tytuł barona w 1931 roku i zostaje lordem. Jednak pomimo coraz większego nakładu pracy, nie tylko naukowej, nadal atakuje tajemnice jądra i atomu.
Proponujemy Państwu jeden interesujący fakt związany z naukową działalnością Rutherforda. Wiadomo, że Ernest Rutherford przy wyborze swoich pracowników kierował się następującym kryterium: powierzył zadanie osobie, która przyszła do niego po raz pierwszy, a jeśli nowy pracownik zapytał, co dalej, natychmiast został zwolniony.
Naukowiec rozpoczął już eksperymenty, które zakończyły się odkryciem sztucznego rozszczepienia jąder atomowych i sztucznej transformacji pierwiastków chemicznych. W 1920 Rutherford przewidział istnienie deuteronu i neutronu, aw 1933 został inicjatorem i uczestnikiem eksperymentu mającego na celu przetestowanie związku między energią i masą w procesach jądrowych. W 1932, w kwietniu poparł ideę wykorzystania akceleratorów protonów w badaniach reakcji jądrowych.
Śmierć Rutherforda
Prace Ernesta Rutherforda i praca jego uczniów, należących do kilku pokoleń, wywarły ogromny wpływ na naukę i technologię, na życie milionów ludzi. Wielki naukowiec oczywiście nie mógł nie pomyśleć, czy ten wpływ będzie pozytywny. Był jednak optymistą, głęboko wierzącym w naukę i ludzi. Ernest Rutherford, którego krótką biografię opisaliśmy, zmarł w 1937 r., 19 października. Został pochowany w Opactwie Westminsterskim.
