Rutherford Ernest (χρόνια ζωής: 1871-08-30 - 1937-10-19) - Άγγλος φυσικός, δημιουργός του πλανητικού μοντέλου του ατόμου, ιδρυτής της πυρηνικής φυσικής. Ήταν μέλος της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου και από το 1925 έως το 1930 - και πρόεδρος της. Αυτός ο άνθρωπος είναι ο νικητής του Νόμπελ Χημείας, το οποίο έλαβε το 1908.
Ο μελλοντικός επιστήμονας γεννήθηκε στην οικογένεια του Τζέιμς Ράδερφορντ, ενός τροχογράφου, και της Μάρθα Τόμπσον, δασκάλας. Εκτός από αυτόν, η οικογένεια είχε 5 κόρες και 6 γιους.
Προπόνηση και πρώτες βραβεύσεις
Πριν η οικογένεια μετακομίσει από το Νότιο Νησί της Νέας Ζηλανδίας στο Βόρειο Νησί το 1889, ο Ράδερφορντ Έρνεστ σπούδασε στο Christchurch, στο Canterbury College. Ήδη αυτή τη στιγμή, αποκαλύφθηκαν οι λαμπρές ικανότητες του μελλοντικού επιστήμονα. Μετά την αποφοίτησή του από το 4ο έτος, ο Έρνεστ βραβεύτηκε για την καλύτερη εργασία στον τομέα των μαθηματικών και κατέλαβε επίσης την 1η θέση στις μεταπτυχιακές εξετάσεις στη φυσική και στα μαθηματικά.
Εφεύρεση του μαγνητικού ανιχνευτή
Γίνοντας κύριος των τεχνών, ο Ράδερφορντ δεν το έκανεάφησε το κολέγιο. Βυθίστηκε σε ανεξάρτητη επιστημονική εργασία για τη μαγνήτιση του σιδήρου. Ανέπτυξε και κατασκεύασε μια ειδική συσκευή - έναν μαγνητικό ανιχνευτή, που έγινε ένας από τους πρώτους δέκτες ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στον κόσμο, καθώς και το «εισιτήριο εισόδου» του Ράδερφορντ στη μεγάλη επιστήμη. Μια σημαντική αλλαγή συνέβη σύντομα στη ζωή του.
Ο Ράδερφορντ πηγαίνει στην Αγγλία
Οι πιο προικισμένοι νέοι υποκείμενοι του αγγλικού στέμματος από τη Νέα Ζηλανδία λάμβαναν υποτροφία σε αυτούς κάθε δύο χρόνια. Η Παγκόσμια Έκθεση του 1851, που κατέστησε δυνατή τη μετάβαση στην Αγγλία για σπουδές στις επιστήμες. Το 1895, αποφασίστηκε ότι δύο Νεοζηλανδοί ήταν άξιοι μιας τέτοιας τιμής - ο φυσικός Rutherford και ο χημικός Maclaurin. Ωστόσο, υπήρχε μόνο ένα μέρος και οι ελπίδες του Έρνεστ διαψεύστηκαν. Ευτυχώς, ο Maclaurin αναγκάστηκε να εγκαταλείψει αυτό το ταξίδι για οικογενειακούς λόγους και ο Rutherford Ernest έφτασε στην Αγγλία το φθινόπωρο του 1895. Εδώ άρχισε να εργάζεται στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ (στο Εργαστήριο Cavendish) και έγινε ο πρώτος διδακτορικός φοιτητής του J. Thomson, διευθυντή του (φωτογραφία παρακάτω).
Μελέτη των ακτίνων Μπεκερέλ
Ο Thomson εκείνη την εποχή ήταν ήδη ένας πολύ γνωστός επιστήμονας, ένα από τα μέλη της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου, σεβαστό από όλους. Γρήγορα εκτίμησε τις ικανότητες του Ράδερφορντ και τον προσέλκυσε να εργαστεί στη μελέτη του ιονισμού αερίων υπό την επίδραση των ακτίνων Χ, την οποία πραγματοποίησε. Ωστόσο, ήδη το 1898, το καλοκαίρι, ο Έρνεστ κάνει τα πρώτα του βήματα σε έναν άλλο τομέα έρευνας. Ενδιαφερόταν για τις «ακτίνες μπεκερέλ». Εκπομπή άλατος ουρανίου, ανοιχτήΟ Μπεκερέλ, Γάλλος φυσικός, έγινε αργότερα γνωστός ως ραδιενεργός. Ο Γάλλος επιστήμονας, καθώς και οι Curies, συμμετείχαν ενεργά στην έρευνά του. Το 1898 ο Ράδερφορντ Έρνεστ συμμετείχε στο έργο. Αυτός ο επιστήμονας ανακάλυψε ότι αυτές οι δέσμες περιλαμβάνουν ρεύματα πυρήνων ηλίου, θετικά φορτισμένα (σωματίδια άλφα), καθώς και ρεύματα ηλεκτρονίων (σωματίδια βήτα).
Περαιτέρω μελέτη των ακτίνων ουρανίου
Το έργο των Curies παρουσιάστηκε στην Ακαδημία Επιστημών του Παρισιού στις 18 Ιουλίου 1898, γεγονός που προκάλεσε μεγάλο ενδιαφέρον στον Rutherford. Σε αυτό, οι συγγραφείς επεσήμαναν ότι εκτός από το ουράνιο, υπάρχουν και άλλα ραδιενεργά (αυτός ο όρος χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά ακριβώς τότε) στοιχεία. Ο Ράδερφορντ εισήγαγε αργότερα την έννοια του χρόνου ημιζωής - ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά αυτών των στοιχείων.
Ο Έρνεστ τον Δεκέμβριο του 1897 παρέτεινε την υποτροφία της έκθεσης. Ο επιστήμονας είχε την ευκαιρία να μελετήσει περαιτέρω τις ακτίνες του ουρανίου. Ωστόσο, τον Απρίλιο του 1898, μια θέση καθηγητή στο τοπικό Πανεπιστήμιο McGill έμεινε κενή στο Μόντρεαλ και ο Έρνεστ αποφάσισε να πάει στον Καναδά. Η ώρα της μαθητείας πέρασε. Ήταν σαφές σε όλους ότι ο Ράδερφορντ ήταν έτοιμος να δουλέψει μόνος του.
Μετακίνηση στον Καναδά και νέα δουλειά
Το φθινόπωρο του 1898, μετακόμισε στον Καναδά. Στην αρχή, η διδασκαλία του Ράδερφορντ δεν ήταν πολύ επιτυχημένη: στους μαθητές δεν άρεσαν οι διαλέξεις, τις οποίες ο νεαρός καθηγητής, που δεν είχε μάθει ακόμη να αισθάνεται πλήρως το κοινό, υπερκόρεσε με λεπτομέρειες. Υπήρχαν επίσης κάποιες δυσκολίες στην επιστημονική εργασία λόγω του γεγονότος ότι η άφιξη των ραδιενεργών σκευασμάτων που παρήγγειλε ο Ράδερφορντ καθυστέρησε. Ωστόσο, όλαη τραχύτητα σύντομα εξομαλύνθηκε και ο Έρνεστ ξεκίνησε μια σειρά από καλή τύχη και επιτυχία. Ωστόσο, δεν είναι σωστό να μιλάμε για επιτυχία: τα πάντα επιτεύχθηκαν με σκληρή δουλειά, στην οποία συμμετείχαν οι νέοι φίλοι και οι ομοϊδεάτες του.
Ανακάλυψη του νόμου των ραδιενεργών μετασχηματισμών
Γύρω από το Rutherford είχε ήδη σχηματιστεί μια ατμόσφαιρα δημιουργικού ενθουσιασμού και πάθους. Το έργο ήταν χαρούμενο και έντονο, οδήγησε σε μεγάλη επιτυχία. Ο Ράδερφορντ ανακάλυψε την έκλυση θορίου το 1899. Μαζί με τον Soddy το 1902-1903, έφτασε ήδη σε έναν γενικό νόμο που ίσχυε για όλους τους ραδιενεργούς μετασχηματισμούς. Πρέπει να πούμε λίγα περισσότερα για αυτό το σημαντικό επιστημονικό γεγονός.
Επιστήμονες σε όλο τον κόσμο έμαθαν ακράδαντα εκείνη την εποχή ότι ήταν αδύνατο να μετατραπεί ένα χημικό στοιχείο σε άλλο, επομένως τα όνειρα των αλχημιστών να εξάγουν χρυσό από μόλυβδο θα έπρεπε να ταφούν για πάντα. Και τότε εμφανίστηκε ένα έργο στο οποίο υποστηρίχθηκε ότι κατά τη διάρκεια ραδιενεργών διασπάσεων, οι μετασχηματισμοί των στοιχείων όχι μόνο συμβαίνουν, αλλά δεν μπορούν ούτε να επιβραδυνθούν ούτε να σταματήσουν. Επιπλέον, διατυπώθηκαν οι νόμοι αυτών των μετασχηματισμών. Σήμερα καταλαβαίνουμε ότι είναι το φορτίο του πυρήνα που καθορίζει τις χημικές ιδιότητες του στοιχείου και τη θέση του στο περιοδικό σύστημα του Mendeleev. Όταν το φορτίο του πυρήνα μειώνεται κατά δύο μονάδες, κάτι που συμβαίνει κατά τη διάσπαση άλφα, «μετακινείται» προς τα πάνω 2 κύτταρα στον περιοδικό πίνακα. Μετατοπίζει ένα κύτταρο προς τα κάτω στην ηλεκτρονική διάσπαση βήτα και ένα κύτταρο προς τα πάνω στη διάσπαση ποζιτρονίων. Παρά το προφανές αυτού του νόμου και την φαινομενική απλότητά του, αυτή η ανακάλυψη ήταν ένα από τα πιο σημαντικά γεγονότα στην επιστήμη στις αρχές του 20ου αιώνα.αιώνα.
Γάμος με τη Mary Georgina Newton, γέννηση κόρης
Ταυτόχρονα, συνέβη ένα σημαντικό γεγονός στην προσωπική ζωή του Έρνεστ. 5 χρόνια μετά τον αρραβώνα με τη Μαίρη Τζορτζίνα Νιούτον, ο επιστήμονας Έρνεστ Ράδερφορντ την παντρεύτηκε, η βιογραφία της οποίας μέχρι τότε είχε ήδη χαρακτηριστεί από σημαντικά επιτεύγματα. Αυτό το κορίτσι ήταν η κόρη της σπιτονοικοκυράς του οικοτροφείου στο Κράιστσερτς όπου ζούσε κάποτε. Το 1901, στις 30 Μαρτίου, γεννήθηκε η μοναχοκόρη της οικογένειας Ράδερφορντ. Αυτό το γεγονός σχεδόν συνέπεσε χρονικά με τη γέννηση ενός νέου κεφαλαίου στη φυσική επιστήμη - την πυρηνική φυσική. Και μετά από 2 χρόνια, ο Ρόδερφορντ έγινε μέλος της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου.
Βιβλία του Ράδερφορντ, πειράματα σε ημιδιαφανές φύλλο με σωματίδια άλφα
Ο Έρνεστ δημιούργησε 2 βιβλία στα οποία συνόψισε τα αποτελέσματα των επιστημονικών του αναζητήσεων και επιτευγμάτων. Το πρώτο εκδόθηκε με τον τίτλο «Radioactivity» το 1904. Οι «Ραδιενεργοί μετασχηματισμοί» εμφανίστηκαν ένα χρόνο αργότερα. Ο συγγραφέας αυτών των βιβλίων ξεκίνησε νέα έρευνα εκείνη τη στιγμή. Συνειδητοποίησε ότι η ραδιενεργή ακτινοβολία προερχόταν από τα άτομα, αλλά ο τόπος εμφάνισής της παρέμενε απολύτως ασαφής. Ήταν απαραίτητο να μελετηθεί η συσκευή του πυρήνα. Και τότε ο Έρνεστ στράφηκε στην τεχνική της διαφώτισης με σωματίδια άλφα, με την οποία ξεκίνησε τη δουλειά του με τον Τόμσον. Τα πειράματα μελέτησαν πώς η ροή αυτών των σωματιδίων περνά μέσα από λεπτά φύλλα φύλλου.
Το πρώτο μοντέλο του ατόμου της Thomson
Το πρώτο μοντέλο του ατόμου προτάθηκε όταν έγινε γνωστό ότι τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο. Ωστόσο, εισέρχονται σε άτομα,είναι γενικά ηλεκτρικά ουδέτερα. Πρέπει λοιπόν να υπάρχει κάτι στη σύνθεσή του που να φέρει θετικό φορτίο. Για να λύσει αυτό το πρόβλημα, ο Thomson πρότεινε το ακόλουθο μοντέλο: ένα άτομο είναι κάτι σαν σταγόνα, θετικά φορτισμένο, με ακτίνα εκατο εκατομμυριοστό του εκατοστού. Μέσα του υπάρχουν μικροσκοπικά ηλεκτρόνια με αρνητικό φορτίο. Υπό την επίδραση των δυνάμεων του Κουλόμπ, τείνουν να πάρουν μια θέση στο κέντρο του ατόμου, αλλά αν κάτι τους αποδυναμώσει, ταλαντώνονται, συνοδευόμενο από ακτινοβολία. Αυτό το μοντέλο εξηγούσε την ύπαρξη φασμάτων εκπομπής, γεγονός γνωστό εκείνη την εποχή. Έχει γίνει ήδη σαφές από πειράματα ότι στα στερεά οι αποστάσεις μεταξύ των ατόμων είναι περίπου ίδιες με τα μεγέθη τους. Φαινόταν προφανές, επομένως, ότι τα σωματίδια άλφα δεν μπορούσαν να πετάξουν μέσα από ένα φύλλο αλουμινίου, όπως μια πέτρα δεν μπορούσε να πετάξει μέσα από ένα δάσος όπου τα δέντρα φύτρωναν σχεδόν το ένα στο άλλο. Ωστόσο, τα πρώτα πειράματα που έγιναν από τον Rutherford έπεισαν ότι αυτό δεν ήταν έτσι. Τα περισσότερα από τα σωματίδια άλφα, σχεδόν χωρίς παραμόρφωση, διείσδυσαν στο φύλλο, και μόνο μερικά εμφάνισαν εκτροπή, μερικές φορές σημαντική. Ο Έρνεστ Ράδερφορντ ενδιαφέρθηκε πολύ για αυτό. Τα ενδιαφέροντα γεγονότα απαιτούσαν περαιτέρω μελέτη.
Πλανητικό μοντέλο Rutherford
Και τότε εμφανίστηκε ξανά η διαίσθηση του Rutherford και η ικανότητα αυτού του επιστήμονα να κατανοεί τη γλώσσα της φύσης. Ο Έρνεστ απέρριψε αποφασιστικά το μοντέλο του ατόμου του Τόμσον. Τα πειράματα του Ράδερφορντ οδήγησαν στο γεγονός ότι πρότεινε το δικό του, που ονομάζεται πλανητικός. Σύμφωνα με αυτήν, στο κέντροενός ατόμου είναι ο πυρήνας, στον οποίο συγκεντρώνεται ολόκληρη η μάζα ενός δεδομένου ατόμου, παρά το σχετικά μικρό του μέγεθος. Και γύρω από τον πυρήνα, όπως οι πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο, τα ηλεκτρόνια κινούνται. Οι μάζες τους είναι ουσιαστικά μικρότερες από αυτές των σωματιδίων άλφα, και γι' αυτό τα τελευταία πρακτικά δεν αποκλίνουν όταν διεισδύουν στα νέφη ηλεκτρονίων. Και μόνο όταν ένα σωματίδιο άλφα πετά κοντά σε έναν θετικά φορτισμένο πυρήνα, η απωστική δύναμη Coulomb μπορεί να κάμψει απότομα την τροχιά της κίνησής του. Αυτή είναι η θεωρία του Rutherford. Ήταν σίγουρα μια σπουδαία ανακάλυψη.
Οι νόμοι της ηλεκτροδυναμικής και το πλανητικό μοντέλο
Η εμπειρία του Ράδερφορντ ήταν αρκετή για να πείσει πολλούς επιστήμονες για την ύπαρξη ενός πλανητικού μοντέλου. Ωστόσο, αποδείχθηκε ότι δεν είναι τόσο ξεκάθαρο. Ο τύπος του Rutherford, τον οποίο εξήγαγε με βάση αυτό το μοντέλο, ήταν συνεπής με τα δεδομένα που ελήφθησαν κατά τη διάρκεια του πειράματος. Ωστόσο, διέψευσε τους νόμους της ηλεκτροδυναμικής!
Αυτοί οι νόμοι, που θεσπίστηκαν κυρίως από τα έργα των Maxwell και Faraday, δηλώνουν ότι ένα φορτίο που κινείται με επιταχυνόμενο ρυθμό ακτινοβολεί ηλεκτρομαγνητικά κύματα και χάνει ενέργεια εξαιτίας αυτού. Στο άτομο του Ράδερφορντ, το ηλεκτρόνιο κινείται στο πεδίο Κουλόμπ του πυρήνα με επιταχυνόμενο ρυθμό και, σύμφωνα με τη θεωρία του Μάξγουελ, πρέπει να χάσει όλη του την ενέργεια σε ένα δέκα εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου και μετά να πέσει στον πυρήνα. Ωστόσο, αυτό δεν συνέβη. Κατά συνέπεια, ο τύπος του Ράδερφορντ αντέκρουσε τη θεωρία του Μάξγουελ. Ο Έρνεστ το γνώριζε αυτό όταν ήρθε η ώρα να επιστρέψει στην Αγγλία το 1907.
Μετακινηθείτε στο Μάντσεστερ και λάβετε το βραβείο Νόμπελ
Το έργο του Έρνεστ στο McGillΤο Πανεπιστήμιο συνέβαλε στο γεγονός ότι έγινε πολύ διάσημος. Ο Ράδερφορντ άρχισε να συναγωνίζεται με προσκλήσεις σε επιστημονικά κέντρα σε διάφορες χώρες. Ο επιστήμονας την άνοιξη του 1907 αποφάσισε να φύγει από τον Καναδά και έφτασε στο Μάντσεστερ, στο Πανεπιστήμιο της Βικτώριας, όπου συνέχισε την έρευνά του. Μαζί με τον H. Geiger, δημιούργησε το 1908 έναν μετρητή σωματιδίων άλφα - μια νέα συσκευή που έπαιξε σημαντικό ρόλο στην ανακάλυψη ότι τα σωματίδια άλφα είναι άτομα ηλίου, διπλά ιονισμένα. Ο Ράδερφορντ Έρνεστ, του οποίου οι ανακαλύψεις είχαν μεγάλη σημασία, έλαβε το βραβείο Νόμπελ το 1908 (στη χημεία, όχι στη φυσική!).
Συνεργασία με τον Niels Bohr
Εν τω μεταξύ, το πλανητικό μοτίβο απασχολούσε όλο και περισσότερο το μυαλό του. Και τον Μάρτιο του 1912, ο Ράδερφορντ άρχισε να συνεργάζεται και να είναι φίλος με τον Νιλς Μπορ. Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα του Bohr (η φωτογραφία του παρουσιάζεται παρακάτω) ήταν ότι εισήγαγε θεμελιωδώς νέα χαρακτηριστικά στο πλανητικό μοντέλο - την ιδέα των κβάντων.
Έβαλε «αξιώματα» που έμοιαζαν εσωτερικά αντιφατικά με την πρώτη ματιά. Σύμφωνα με αυτόν, το άτομο έχει τροχιές. Ένα ηλεκτρόνιο, που κινείται κατά μήκος τους, δεν ακτινοβολεί, αντίθετα με τους νόμους της ηλεκτροδυναμικής, αν και έχει επιτάχυνση. Αυτός ο επιστήμονας επεσήμανε έναν κανόνα με τον οποίο μπορούν να βρεθούν αυτές οι τροχιές. Ανακάλυψε ότι τα κβάντα ακτινοβολίας εμφανίζονται μόνο όταν ένα ηλεκτρόνιο κινείται από τροχιά σε τροχιά. Το μοντέλο του ατόμου Rutherford-Bohr έλυσε πολλά προβλήματα και έγινε επίσης μια σημαντική ανακάλυψη στον κόσμο των νέων ιδεών. Η ανακάλυψή του οδήγησε σε μια ριζική αναθεώρηση των ιδεών για την ύλη, για την κίνησή της.
Περαιτέρω εκτεταμένες δραστηριότητες
Το 1919Ο Ράδερφορντ έγινε καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ και διευθυντής του Εργαστηρίου Κάβεντις. Δεκάδες επιστήμονες τον θεώρησαν δικαίως τον δάσκαλό τους, συμπεριλαμβανομένων και αυτών που κέρδισαν αργότερα βραβεία Νόμπελ. Αυτοί είναι οι J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Khariton, P. L. Καπίτσα, Γ. Γκαμόφ κ.ά.. Η ροή των τιμών και των βραβείων γινόταν ολοένα και πιο άφθονη. Το 1914, ο Ρόδερφορντ έλαβε την αριστοκρατία. Έγινε Πρόεδρος της Βρετανικής Ένωσης το 1923 και από το 1925 έως το 1930 ήταν Πρόεδρος της Βασιλικής Εταιρείας. Ο Έρνεστ λαμβάνει τον τίτλο του βαρόνου το 1931 και γίνεται άρχοντας. Ωστόσο, παρά τους ολοένα μεγαλύτερους φόρτους εργασίας, και όχι μόνο επιστημονικούς, συνεχίζει να επιτίθεται στα μυστήρια του πυρήνα και του ατόμου.
Σας προσφέρουμε ένα ενδιαφέρον γεγονός που σχετίζεται με τις επιστημονικές δραστηριότητες του Rutherford. Είναι γνωστό ότι ο Έρνεστ Ράδερφορντ χρησιμοποίησε το ακόλουθο κριτήριο κατά την επιλογή των υπαλλήλων του: έδωσε στο άτομο που του ήρθε για πρώτη φορά μια εργασία και αν ένας νέος υπάλληλος ρωτούσε τι να κάνει στη συνέχεια, απολύθηκε αμέσως.
Ο επιστήμονας έχει ήδη ξεκινήσει πειράματα, τα οποία ολοκληρώθηκαν με την ανακάλυψη της τεχνητής σχάσης των ατομικών πυρήνων και τον τεχνητό μετασχηματισμό χημικών στοιχείων. Το 1920, ο Rutherford προέβλεψε την ύπαρξη του δευτερονίου και του νετρονίου και το 1933 έγινε ο εμπνευστής και ο συμμετέχων σε ένα πείραμα για να ελέγξει τη σχέση μεταξύ ενέργειας και μάζας στις πυρηνικές διεργασίες. Το 1932, τον Απρίλιο, υποστήριξε την ιδέα της χρήσης επιταχυντών πρωτονίων στη μελέτη των πυρηνικών αντιδράσεων.
Death of Rutherford
Τα έργα του Ernest Rutherford και το έργο των μαθητών του, που ανήκουν σε πολλές γενιές, είχαν τεράστιο αντίκτυπο στην επιστήμη και την τεχνολογία, στις ζωές εκατομμυρίων ανθρώπων. Ο μεγάλος επιστήμονας, φυσικά, δεν θα μπορούσε να μην σκεφτεί αν αυτή η επιρροή θα ήταν θετική. Ωστόσο, ήταν αισιόδοξος, πίστευε ιερά στην επιστήμη και στους ανθρώπους. Ο Έρνεστ Ράδερφορντ, του οποίου περιγράψαμε τη σύντομη βιογραφία, πέθανε το 1937, στις 19 Οκτωβρίου. Τάφηκε στο Αβαείο του Γουέστμινστερ.
