Rutherford Ernest (leveår: 1871-08-30 - 1937-10-19) - Engelsk fysiker, skaberen af atomets planetariske model, grundlæggeren af kernefysikken. Han var medlem af Royal Society of London, og fra 1925 til 1930 - og dets præsident. Denne mand er vinderen af Nobelprisen i kemi, som han modtog i 1908.
Den fremtidige videnskabsmand blev født i familien til James Rutherford, en hjulmager, og Martha Thompson, en lærer. Ud over ham havde familien 5 døtre og 6 sønner.
Træning og første priser
Før familien flyttede fra New Zealands Sydø til Nordøen i 1889, studerede Rutherford Ernest i Christchurch på Canterbury College. Allerede på dette tidspunkt blev den fremtidige videnskabsmands strålende evner afsløret. Efter eksamen fra 4. år blev Ernest belønnet for det bedste arbejde inden for matematik, og tog desuden 1. pladsen ved kandidateksamenerne i fysik og matematik.
Opfindelsen af den magnetiske detektor
Rutherford blev ikke en mester i kunstforlod college. Han kastede sig ud i uafhængigt videnskabeligt arbejde om magnetisering af jern. Han udviklede og fremstillede en speciel enhed - en magnetisk detektor, som blev en af verdens første modtagere af elektromagnetiske bølger, samt Rutherfords "adgangsbillet" til stor videnskab. En vigtig forandring fandt snart sted i hans liv.
Rutherford tager til England
De mest begavede unge undersåtter af den engelske krone fra New Zealand fik et stipendium til dem hvert andet år. Verdensudstillingen i 1851, som gjorde det muligt at tage til England for at studere videnskaberne. I 1895 blev det besluttet, at to newzealændere var værdige til en sådan ære - fysikeren Rutherford og kemikeren Maclaurin. Der var dog kun ét sted, og Ernests håb gik i stå. Heldigvis blev Maclaurin tvunget til at opgive denne rejse af familiemæssige årsager, og Rutherford Ernest ankom til England i efteråret 1895. Her begyndte han at arbejde ved University of Cambridge (i Cavendish Laboratory) og blev den første doktorand af J. Thomson, dets direktør (billedet nedenfor).
Undersøgelse af Becquerel-stråler
Thomson var på det tidspunkt allerede en velkendt videnskabsmand, et af medlemmerne af Royal Society of London, respekteret af alle. Han satte hurtigt pris på Rutherfords evner og tiltrak ham til at arbejde med undersøgelsen af ionisering af gasser under påvirkning af røntgenstråler, som han udførte. Men allerede i 1898, om sommeren, tager Ernest sine første skridt inden for et andet forskningsområde. Han var interesseret i "becquerel stråler". Emission af urans alt, åbenBecquerel, en fransk fysiker, blev senere kendt som radioaktiv. Den franske videnskabsmand, såvel som Curies, var aktivt engageret i hans forskning. I 1898 sluttede Rutherford Ernest sig til arbejdet. Denne videnskabsmand opdagede, at disse stråler inkluderer strømme af heliumkerner, positivt ladede (alfapartikler), såvel som strømme af elektroner (betapartikler).
Yderligere undersøgelse af uranstråler
Curies' arbejde blev præsenteret for Paris Academy of Sciences den 18. juli 1898, hvilket vakte stor interesse hos Rutherford. I den påpegede forfatterne, at der udover uran er andre radioaktive (dette udtryk blev brugt for første gang lige dengang) grundstoffer. Rutherford introducerede senere begrebet halveringstid - et af de vigtigste kendetegn ved disse elementer.
Ernest i december 1897 forlængede udstillingsstipendiet. Videnskabsmanden fik mulighed for yderligere at studere urans stråler. Men i april 1898 blev et professorat ved det lokale McGill University ledigt i Montreal, og Ernest besluttede at tage til Canada. Læretiden er gået. Det var tydeligt for alle, at Rutherford var klar til at arbejde på egen hånd.
Flytning til Canada og nyt job
I efteråret 1898 flyttede han til Canada. Til at begynde med var Rutherfords undervisning ikke særlig vellykket: Eleverne kunne ikke lide forelæsningerne, som den unge professor, som endnu ikke havde lært at mærke publikum fuldt ud, var overmættet med detaljer. Der var også nogle vanskeligheder i videnskabeligt arbejde på grund af det faktum, at ankomsten af de radioaktive præparater bestilt af Rutherford blev forsinket. Dog alleruheden blev hurtigt udjævnet, og Ernest begyndte en stribe held og lykke. Det er dog næppe passende at tale om succes: alt blev opnået ved hårdt arbejde, som involverede hans nye venner og ligesindede.
Opdagelse af loven om radioaktive transformationer
Rundt om Rutherford dannede allerede dengang en atmosfære af kreativ entusiasme og passion. Arbejdet var glædeligt og intenst, det førte til stor succes. Rutherford opdagede udstrålingen af thorium i 1899. Sammen med Soddy i 1902-1903 nåede han allerede frem til en generel lov gældende for alle radioaktive transformationer. Det skal siges lidt mere om denne vigtige videnskabelige begivenhed.
Forskere rundt om i verden erfarede på det tidspunkt, at det var umuligt at omdanne et kemisk grundstof til et andet, så alkymisters drømme om at udvinde guld fra bly burde være begravet for evigt. Og så dukkede et værk op, hvor det blev hævdet, at under radioaktive henfald sker transformationerne af grundstoffer ikke kun, men de kan hverken bremses eller stoppes. Desuden blev lovene for disse transformationer formuleret. I dag forstår vi, at det er kernens ladning, der bestemmer grundstoffets kemiske egenskaber og dets position i Mendeleevs periodiske system. Når ladningen af kernen falder med to enheder, hvilket sker under alfa-henfald, "bevæger" den sig 2 celler op i det periodiske system. Den flytter en celle ned i elektronisk beta-henfald og en celle op i positron-henfald. På trods af denne lovs åbenlyse og tilsyneladende enkelhed var denne opdagelse en af de vigtigste begivenheder i videnskaben i begyndelsen af det 20.århundrede.
Ægteskab med Mary Georgina Newton, fødsel af en datter
På samme tid fandt en vigtig begivenhed sted i Ernests personlige liv. 5 år efter forlovelsen med Mary Georgina Newton giftede videnskabsmanden Ernest Rutherford sig med hende, hvis biografi på dette tidspunkt allerede var præget af betydelige resultater. Denne pige var datter af værtinden på pensionatet i Christchurch, hvor han engang boede. I 1901, den 30. marts, blev den eneste datter i Rutherford-familien født. Denne begivenhed faldt næsten sammen i tid med fødslen af et nyt kapitel i fysisk videnskab - kernefysik. Og efter 2 år blev Rutherford medlem af Royal Society of London.
Rutherfords bøger, eksperimenter med gennemskinnelig folie med alfapartikler
Ernest skabte 2 bøger, hvori han opsummerede resultaterne af sine videnskabelige søgninger og resultater. Den første blev udgivet under titlen "Radioaktivitet" i 1904. "Radioaktive transformationer" dukkede op et år senere. Forfatteren til disse bøger begyndte ny forskning på dette tidspunkt. Han indså, at det var fra atomerne, at radioaktiv stråling udgik, men stedet for dens forekomst forblev absolut uklart. Det var nødvendigt at studere kernens enhed. Og så vendte Ernest sig til teknikken med gennemlysning med alfapartikler, som han begyndte sit arbejde med Thomson med. Eksperimenterne undersøgte, hvordan strømmen af disse partikler passerer gennem tynde ark folie.
Thomsons første model af atomet
Den første model af atomet blev foreslået, da det blev kendt, at elektroner har en negativ ladning. Men de går ind i atomer,er generelt elektrisk neutrale. Så der må være noget i dens sammensætning, der bærer en positiv ladning. For at løse dette problem foreslog Thomson følgende model: et atom er noget som en dråbe, positivt ladet, med en radius på hundrede milliontedel af en centimeter. Inde i den er der små elektroner med en negativ ladning. Under indflydelse af Coulomb-kræfter har de en tendens til at tage en position i selve centrum af atomet, men hvis noget bringer dem i ubalance, svinger de, ledsaget af stråling. Denne model forklarede eksistensen af emissionsspektre, et faktum kendt på det tidspunkt. Det er allerede blevet klart fra eksperimenter, at i faste stoffer er afstanden mellem atomer omtrent den samme som deres størrelse. Det virkede derfor indlysende, at alfapartikler ikke kunne flyve gennem en folie, ligesom en sten ikke kunne flyve gennem en skov, hvor træerne voksede næsten tæt på hinanden. De allerførste eksperimenter lavet af Rutherford overbeviste imidlertid om, at dette ikke var tilfældet. De fleste af alfapartiklerne, næsten uden afbøjning, trængte ind i folien, og kun nogle få udviste afbøjning, nogle gange betydelig. Ernest Rutherford var meget interesseret i dette. Interessante fakta krævede yderligere undersøgelse.
Rutherford planetmodel
Og så dukkede Rutherfords intuition og denne videnskabsmands evne til at forstå naturens sprog igen op. Ernest afviste resolut Thomsons model af atomet. Rutherfords eksperimenter førte til, at han fremlagde sit eget, kaldet planetarisk. Ifølge hende i centrumaf et atom er kernen, hvori hele massen af et givet atom er koncentreret på trods af dets ret lille størrelse. Og rundt om kernen, ligesom planeter, der kredser om solen, bevæger elektroner sig. Deres masser er væsentligt mindre end alfapartiklernes, og det er grunden til, at sidstnævnte praktisk t alt ikke afviger, når de trænger ind i elektronskyer. Og kun når en alfapartikel flyver tæt på en positivt ladet kerne, kan den frastødende Coulomb-kraft bøje dens bevægelsesbane skarpt. Dette er Rutherfords teori. Det var bestemt en stor opdagelse.
Elektrodynamikkens love og planetmodellen
Rutherfords erfaring var nok til at overbevise mange videnskabsmænd om eksistensen af en planetarisk model. Det viste sig dog, at det ikke er så entydigt. Rutherfords formel, som han udledte baseret på denne model, var i overensstemmelse med de data, der blev opnået under eksperimentet. Hun modbeviste dog elektrodynamikkens love!
Disse love, som hovedsageligt blev etableret af Maxwell og Faradays værker, siger, at en ladning, der bevæger sig med en accelereret hastighed, udstråler elektromagnetiske bølger og mister energi på grund af dette. I Rutherfords atom bevæger elektronen sig i kernens Coulomb-felt med en accelereret hastighed, og ifølge Maxwells teori skal den miste al sin energi på en ti-milliontedel af et sekund og derefter falde ned på kernen. Dette skete dog ikke. Derfor modbeviste Rutherfords formel Maxwells teori. Ernest vidste dette, da det var tid til at vende tilbage til England i 1907.
Flyt til Manchester og modtag Nobelprisen
Ernests arbejde i McGillUniversitetet bidrog til, at han blev meget berømt. Rutherford begyndte at kappes med invitationer til videnskabelige centre i forskellige lande. Videnskabsmanden besluttede i foråret 1907 at forlade Canada og ankom til Manchester på University of Victoria, hvor han fortsatte sin forskning. Sammen med H. Geiger skabte han i 1908 en alfapartikeltæller – en ny enhed, der spillede en vigtig rolle i at finde ud af, at alfapartikler er heliumatomer, dobbeltioniserede. Rutherford Ernest, hvis opdagelser var af stor betydning, modtog Nobelprisen i 1908 (i kemi, ikke i fysik!).
Samarbejde med Niels Bohr
I mellemtiden optog det planetariske mønster hans sind mere og mere. Og i marts 1912 begyndte Rutherford at samarbejde og blive venner med Niels Bohr. Bohrs største fortjeneste (hans foto er præsenteret nedenfor) var, at han introducerede fundament alt nye funktioner i planetmodellen - ideen om quanta.
Han fremsatte "postulater", der virkede internt modstridende ved første øjekast. Ifølge ham har atomet baner. En elektron, der bevæger sig langs dem, udstråler ikke, i modsætning til elektrodynamikkens love, selvom den har acceleration. Denne videnskabsmand påpegede en regel, hvorved disse baner kan findes. Han fandt ud af, at strålingskvanter kun opstår, når en elektron bevæger sig fra kredsløb til kredsløb. Rutherford-Bohr-modellen af atomet løste mange problemer og blev også et gennembrud i de nye idéers verden. Dens opdagelse førte til en radikal revision af ideer om stof, om dens bevægelse.
Yderligere omfattende aktiviteter
I 1919Rutherford blev professor ved University of Cambridge og direktør for Cavendish Laboratory. Snesevis af videnskabsmænd betragtede ham med rette som deres lærer, inklusive dem, der senere vandt Nobelpriser. Disse er J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Khariton, P. L. Kapitsa, G. Gamov m.fl. Strømmen af hædersbevisninger og priser blev mere og mere rigelige. I 1914 modtog Rutherford adelen. Han blev præsident for British Association i 1923, og fra 1925 til 1930 var han præsident for Royal Society. Ernest modtager titlen som baron i 1931 og bliver herre. På trods af stadig højere arbejdsbyrder, og ikke kun videnskabelige, fortsætter han med at angribe mysterierne om kernen og atomet.
Vi tilbyder dig en interessant kendsgerning relateret til Rutherfords videnskabelige aktiviteter. Det er kendt, at Ernest Rutherford brugte følgende kriterium, da han valgte sine medarbejdere: han gav den person, der kom til ham for første gang, en opgave, og hvis en ny medarbejder så spurgte, hvad han så skulle gøre, blev han straks fyret.
Forskeren har allerede påbegyndt eksperimenter, som endte med opdagelsen af den kunstige fission af atomkerner og den kunstige omdannelse af kemiske grundstoffer. I 1920 forudsagde Rutherford eksistensen af deuteronet og neutronen, og blev i 1933 initiativtager og deltager i et eksperiment for at teste forholdet mellem energi og masse i nukleare processer. I 1932, i april, støttede han ideen om at bruge protonacceleratorer i studiet af nukleare reaktioner.
Rutherfords død
Ernest Rutherfords værker og hans elevers arbejde, der tilhører flere generationer, havde en enorm indflydelse på videnskab og teknologi, på millioner af menneskers liv. Den store videnskabsmand kunne selvfølgelig ikke lade være med at tænke på, om denne indflydelse ville være positiv. Han var dog en optimist, troede helligt på videnskaben og på mennesker. Ernest Rutherford, hvis korte biografi vi har beskrevet, døde i 1937, den 19. oktober. Han blev begravet i Westminster Abbey.
