Rutherfordas Ernestas (gyvenimo metai: 1871-08-30 – 1937-10-19) – anglų fizikas, planetinio atomo modelio kūrėjas, branduolinės fizikos įkūrėjas. Jis buvo Londono karališkosios draugijos narys, o 1925–1930 m. – ir jos prezidentas. Šis žmogus yra Nobelio chemijos premijos, kurią gavo 1908 m., laureatas.
Būsimasis mokslininkas gimė ratų meistro Jameso Rutherfordo ir mokytojos Martos Thompson šeimoje. Be jo, šeimoje dar augo 5 dukterys ir 6 sūnūs.
Mokymai ir pirmieji apdovanojimai
Prieš 1889 m. šeimai persikėlus iš Naujosios Zelandijos Pietų salos į Šiaurės salą, Rutherfordas Ernestas studijavo Kraistčerče, Kenterberio koledže. Jau tuo metu buvo atskleisti puikūs būsimojo mokslininko sugebėjimai. Ernestas, baigęs IV kursą, buvo apdovanotas už geriausią darbą matematikos srityje, taip pat užėmė 1 vietą fizikos ir matematikos magistro egzaminuose.
Magnetinio detektoriaus išradimas
Tapdamas menų meistru Rutherfordas to nepadarėpaliko koledžą. Jis pasinėrė į savarankišką mokslinį darbą apie geležies įmagnetinimą. Jis sukūrė ir pagamino specialų įrenginį – magnetinį detektorių, kuris tapo vienu pirmųjų pasaulyje elektromagnetinių bangų imtuvų, taip pat Rutherfordo „įėjimo bilietu“į didįjį mokslą. Netrukus jo gyvenime įvyko svarbus pokytis.
Rutherfordas išvyksta į Angliją
Gabiausi jaunieji Anglijos karūnos subjektai iš Naujosios Zelandijos jiems kas dvejus metus buvo skiriami stipendija. 1851 m. pasaulinė paroda, kuri leido vykti į Angliją studijuoti mokslų. 1895 metais buvo nuspręsta, kad tokios garbės verti du Naujosios Zelandijos gyventojai – fizikas Rutherfordas ir chemikas Maclaurinas. Tačiau buvo tik viena vieta, ir Ernesto viltys žlugo. Laimei, Maclaurinas buvo priverstas atsisakyti šios kelionės dėl šeimyninių priežasčių, o Rutherfordas Ernestas į Angliją atvyko 1895 m. rudenį. Čia jis pradėjo dirbti Kembridžo universitete (Cavendish laboratorijoje) ir tapo pirmuoju jo direktoriaus J. Thomson doktorantu (nuotrauka žemiau).
Bekkerelio spindulių tyrimas
Thomsonas tuo metu jau buvo gerai žinomas mokslininkas, vienas iš Londono karališkosios draugijos narių, gerbiamas visų. Jis greitai įvertino Rutherfordo sugebėjimus ir patraukė jį tyrinėti dujų jonizaciją rentgeno spindulių įtakoje, kurią jis atliko. Tačiau jau 1898 m., vasarą, Ernestas žengia pirmuosius žingsnius kitoje tyrimų srityje. Jį domino „bekerelio spinduliai“. Urano druskos emisija, atviraBecquerel, prancūzų fizikas, vėliau tapo žinomas kaip radioaktyvus. Prancūzų mokslininkas, taip pat Curie, aktyviai dalyvavo jo tyrimuose. 1898 m. prie darbo prisijungė Rutherfordas Ernestas. Šis mokslininkas išsiaiškino, kad šiuose pluoštuose yra teigiamai įkrautų helio branduolių srautai (alfa dalelės), taip pat elektronų srautai (beta dalelės).
Tolesnis urano spindulių tyrimas
Kuri darbas buvo pristatytas Paryžiaus mokslų akademijai 1898 m. liepos 18 d., o tai sukėlė didelį Rutherfordo susidomėjimą. Jame autoriai atkreipė dėmesį, kad be urano yra ir kitų radioaktyvių (kaip tik tada šis terminas pirmą kartą pavartotas) elementų. Vėliau Rutherfordas pristatė pusėjimo trukmės sąvoką – vieną iš pagrindinių skiriamųjų šių elementų bruožų.
Ernestas 1897 m. gruodį pratęsė parodos stipendiją. Mokslininkas gavo galimybę toliau tirti urano spindulius. Tačiau 1898 m. balandį Monrealyje atsilaisvino profesūros vieta vietiniame McGill universitete, ir Ernestas nusprendė išvykti į Kanadą. Pameistrystės laikas praėjo. Visiems buvo aišku, kad Rutherfordas pasiruošęs dirbti savarankiškai.
Persikraustymas į Kanadą ir naujas darbas
1898 m. rudenį jis persikėlė į Kanadą. Iš pradžių Rutherfordo dėstymas nebuvo itin sėkmingas: studentams nepatiko paskaitos, kurias jaunas profesorius, dar neišmokęs pilnai pajusti auditorijos, persotino smulkmenomis. Tam tikrų sunkumų kilo ir moksliniame darbe dėl to, kad Rutherfordo užsakytų radioaktyvių preparatų atgabenimas vėlavo. Tačiau visinelygumai netrukus išsilygino, ir Ernestas pradėjo sėkmės ir sėkmės seriją. Tačiau vargu ar dera kalbėti apie sėkmę: viskas pasiekta sunkiu darbu, įtraukiant naujus draugus ir bendraminčius.
Radioaktyviųjų virsmų dėsnio atradimas
Aplink Rutherfordą jau tada susiformavo kūrybinio entuziazmo ir aistros atmosfera. Darbas buvo džiugus ir intensyvus, lėmė didelę sėkmę. Rutherfordas atrado torio emanaciją 1899 m. Kartu su Soddy 1902–1903 m. jis jau priėjo prie bendro įstatymo, taikomo visoms radioaktyviosioms transformacijoms. Apie šį svarbų mokslinį įvykį reikėtų pasakyti šiek tiek plačiau.
Tuo metu viso pasaulio mokslininkai tvirtai sužinojo, kad neįmanoma vieno cheminio elemento paversti kitu, todėl alchemikų svajonės išgauti auksą iš švino turėtų būti palaidotos amžiams. Ir tada pasirodė kūrinys, kuriame buvo teigiama, kad radioaktyvių skilimų metu elementų virsmai ne tik vyksta, bet jų negalima nei sulėtinti, nei sustabdyti. Be to, buvo suformuluoti šių transformacijų dėsniai. Šiandien suprantame, kad būtent branduolio krūvis lemia chemines elemento savybes ir jo padėtį periodinėje Mendelejevo sistemoje. Kai branduolio krūvis sumažėja dviem vienetais, kas vyksta alfa skilimo metu, jis periodinėje lentelėje „pakelia“2 ląsteles aukštyn. Elektroninio beta skilimo metu jis pasislenka viena ląstele žemyn, o pozitronų skilimo atveju – viena ląstele aukštyn. Nepaisant šio dėsnio akivaizdumo ir akivaizdaus jo paprastumo, šis atradimas buvo vienas svarbiausių mokslo įvykių XX a. pradžioje.amžiuje.
Santuoka su Mary Georgina Newton, dukters gimimas
Tuo pačiu metu Ernesto asmeniniame gyvenime įvyko svarbus įvykis. Praėjus 5 metams po sužadėtuvių su Mary Georgina Newton, ją vedė mokslininkas Ernestas Rutherfordas, kurio biografija tuo metu jau buvo pažymėta reikšmingais pasiekimais. Ši mergina buvo Kraisčerčo pensiono, kuriame jis kadaise gyveno, šeimininkės dukra. 1901 m., kovo 30 d., Rutherfordų šeimoje gimė vienintelė dukra. Šis įvykis laike beveik sutapo su naujo fizikos mokslo skyriaus – branduolinės fizikos – gimimu. Ir po 2 metų Rutherfordas tapo Londono karališkosios draugijos nariu.
Rutherfordo knygos, eksperimentai su permatoma folija su alfa dalelėmis
Ernestas sukūrė 2 knygas, kuriose apibendrino savo mokslinių ieškojimų ir pasiekimų rezultatus. Pirmasis buvo paskelbtas pavadinimu „Radioaktyvumas“1904 m. „Radioaktyvios transformacijos“pasirodė po metų. Šių knygų autorius tuo metu pradėjo naujus tyrimus. Jis suprato, kad radioaktyvioji spinduliuotė sklinda būtent iš atomų, tačiau jos atsiradimo vieta liko visiškai neaiški. Reikėjo ištirti branduolio įrenginį. Ir tada Ernestas pasuko į peršvietimo alfa dalelėmis techniką, su kuria pradėjo savo darbą su Thomsonu. Eksperimentų metu buvo tiriama, kaip šių dalelių srautas praeina per plonus folijos lakštus.
Pirmasis Thomsono atomo modelis
Pirmasis atomo modelis buvo pasiūlytas, kai tapo žinoma, kad elektronai turi neigiamą krūvį. Tačiau jie patenka į atomus,paprastai yra elektrai neutralūs. Taigi jo sudėtyje turi būti kažkas, kas turi teigiamą krūvį. Norėdami išspręsti šią problemą, Thomsonas pasiūlė tokį modelį: atomas yra kažkas panašaus į lašą, teigiamai įkrautas, kurio spindulys yra šimtas milijonų centimetrų. Jo viduje yra mažyčiai elektronai su neigiamu krūviu. Kulono jėgų įtakoje jie linkę užimti poziciją pačiame atomo centre, tačiau jei kažkas juos išbalansuoja, jie svyruoja, lydimi radiacijos. Šis modelis paaiškino emisijos spektrų egzistavimą, tuo metu žinomą faktą. Iš eksperimentų jau tapo aišku, kad kietose medžiagose atstumai tarp atomų yra maždaug tokie patys kaip ir jų dydžiai. Todėl atrodė akivaizdu, kad alfa dalelės negali skristi per foliją, kaip akmuo negali skristi per mišką, kuriame medžiai auga beveik arti vienas kito. Tačiau jau pirmieji Rutherfordo eksperimentai įtikino, kad taip nėra. Dauguma alfa dalelių, beveik be deformacijos, prasiskverbė į foliją ir tik kelios pasižymėjo deformacija, kartais reikšminga. Ernestas Rutherfordas tuo labai susidomėjo. Įdomūs faktai reikalauja tolesnio tyrimo.
Rutherfordo planetinis modelis
Ir tada vėl pasirodė Rutherfordo intuicija ir šio mokslininko sugebėjimas suprasti gamtos kalbą. Ernestas ryžtingai atmetė Tomsono atomo modelį. Rutherfordo eksperimentai lėmė tai, kad jis pasiūlė savo, vadinamą planeta. Anot jos, centreatomo branduolys, kuriame yra sutelkta visa tam tikro atomo masė, nepaisant gana mažo dydžio. O aplink branduolį, kaip aplink saulę besisukančios planetos, juda elektronai. Jų masė yra žymiai mažesnė nei alfa dalelių, todėl pastarosios prasiskverbdamos į elektronų debesis praktiškai nenukrypsta. Ir tik tada, kai alfa dalelė skrenda arti teigiamai įkrauto branduolio, Kulono atstūmimo jėga gali smarkiai pakreipti jos judėjimo trajektoriją. Tai yra Rutherfordo teorija. Tai tikrai buvo puikus atradimas.
Elektrodinamikos dėsniai ir planetinis modelis
Rutherfordo patirties pakako, kad daugelis mokslininkų įtikintų planetos modelio egzistavimą. Tačiau paaiškėjo, kad tai nėra taip vienareikšmiška. Rutherfordo formulė, kurią jis išvedė remdamasis šiuo modeliu, atitiko eksperimento metu gautus duomenis. Tačiau ji paneigė elektrodinamikos dėsnius!
Šie dėsniai, kuriuos daugiausia nustatė Maksvelo ir Faradėjaus darbai, teigia, kad pagreitintu greičiu judantis krūvis spinduliuoja elektromagnetines bangas ir dėl to praranda energiją. Rutherfordo atome elektronas branduolio Kulono lauke juda pagreitintu greičiu ir, pagal Maksvelo teoriją, per dešimt milijonąją sekundės dalį turi prarasti visą energiją, o tada nukristi į branduolį. Tačiau taip neatsitiko. Vadinasi, Rutherfordo formulė paneigė Maksvelo teoriją. Ernestas tai žinojo, kai 1907 m. atėjo laikas grįžti į Angliją.
Perkelkite į Mančesterį ir gaukite Nobelio premiją
Ernesto darbas McGillUniversitetas prisidėjo prie to, kad jis labai išgarsėjo. Rutherfordas pradėjo varžytis su kvietimais į įvairių šalių mokslo centrus. 1907 metų pavasarį mokslininkas nusprendė išvykti iš Kanados ir atvyko į Mančesterį, Viktorijos universitetą, kur tęsė savo tyrimus. Kartu su H. Geigeriu 1908 metais jis sukūrė alfa dalelių skaitiklį – naują įrenginį, suvaidinusį svarbų vaidmenį išaiškinant, kad alfa dalelės yra helio atomai, dvigubai jonizuoti. Rutherfordas Ernestas, kurio atradimai buvo labai svarbūs, 1908 m. gavo Nobelio premiją (chemijos, o ne fizikos srityje!).
Bendradarbiavimas su Niels Bohr
Tuo tarpu planetinis modelis vis labiau užėmė jo mintis. O 1912 m. kovą Rutherfordas pradėjo bendradarbiauti ir draugauti su Nielsu Bohru. Didžiausias Bohro nuopelnas (jo nuotrauka pateikta žemiau) buvo tai, kad jis į planetos modelį įvedė iš esmės naujas ypatybes – kvantų idėją.
Jis pateikė „postulatus“, kurie iš pirmo žvilgsnio atrodė prieštaringi. Anot jo, atomas turi orbitas. Išilgai jų judantis elektronas, priešingai elektrodinamikos dėsniams, nespinduliuoja, nors turi pagreitį. Šis mokslininkas nurodė taisyklę, pagal kurią galima rasti šias orbitas. Jis išsiaiškino, kad radiacijos kvantai atsiranda tik tada, kai elektronas juda iš orbitos į orbitą. Rutherfordo-Boro atomo modelis išsprendė daugybę problemų, taip pat tapo proveržiu į naujų idėjų pasaulį. Jo atradimas paskatino radikaliai peržiūrėti idėjas apie materiją, apie jos judėjimą.
Tolesnė plati veikla
1919 mRutherfordas tapo Kembridžo universiteto profesoriumi ir Cavendish laboratorijos direktoriumi. Dešimtys mokslininkų pagrįstai laikė jį savo mokytoju, įskaitant tuos, kurie vėliau laimėjo Nobelio premijas. Tai J. Chadwickas, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Kharitonas, P. L. Kapitsa, G. Gamovas ir kiti. Pagyrų ir apdovanojimų srautas vis gausėjo. 1914 m. Rezerfordas gavo bajorą. 1923 m. tapo Britų asociacijos prezidentu, o 1925–1930 m. – Karališkosios draugijos prezidentu. Ernestas 1931 metais gauna barono titulą ir tampa lordu. Tačiau nepaisant vis didesnio darbo krūvio, ir ne tik mokslinio, jis ir toliau puola į branduolio ir atomo paslaptis.
Siūlome jums vieną įdomų faktą, susijusį su Rutherfordo moksline veikla. Yra žinoma, kad Ernestas Rutherfordas rinkdamasis savo darbuotojus naudojo tokį kriterijų: pirmą kartą atėjusiam žmogui davė užduotį, o jei po to naujas darbuotojas paklausė, ką daryti toliau, jį iškart atleido.
Mokslininkas jau pradėjo eksperimentus, kurie baigėsi atradus dirbtinį atomų branduolių dalijimąsi ir dirbtiniu cheminių elementų transformavimu. 1920 metais Rutherfordas numatė deuterono ir neutrono egzistavimą, o 1933 metais tapo eksperimento, kurio tikslas buvo patikrinti energijos ir masės ryšį branduoliniuose procesuose, iniciatoriumi ir dalyviu. 1932 m. balandžio mėn. jis palaikė idėją panaudoti protonų greitintuvus tiriant branduolines reakcijas.
Rutherfordo mirtis
Ernesto Rutherfordo ir jo mokinių, priklausančių kelioms kartoms, darbai turėjo didžiulę įtaką mokslui ir technologijoms, milijonų žmonių gyvenimui. Žinoma, didysis mokslininkas negalėjo negalvoti, ar ši įtaka bus teigiama. Tačiau jis buvo optimistas, šventai tikėjo mokslu ir žmonėmis. Ernestas Rutherfordas, kurio trumpą biografiją aprašėme, mirė 1937 m., spalio 19 d. Jis buvo palaidotas Vestminsterio abatijoje.
