Rutherford Ernest: biografija, eksperimenti, otkrića

Rutherford Ernest (godina života: 30.08.1871. - 19.10.1937.) - engleski fizičar, tvorac planetarnog modela atoma, utemeljitelja nuklearne fizike. Bio je član Kraljevskog društva Londona, a od 1925. do 1930. - i njegov predsjednik. Ova je osoba vlasnik Nobelova nagrada u kemiji,

Budući znanstvenik rođen je u obitelji Jamesa Rutherforda, majstora kotača i Marthe Thompsona, učitelja. Pored njega, obitelj je imala 5 kćeri i 6 sina.

Trening i prve nagrade

Prije nego što se obitelj preselila s južnog otoka Novog Zelanda na Sjever 1889. godine, Rutherford je studirao u Christchurchu, na Canterbury Collegeu. Već tada su otkrivane sjajne sposobnosti budućeg znanstvenika. Nakon završetka 4. godine, Ernest je nagrađen za najbolji rad na polju matematike, a također je dobio i prvo mjesto u majstorskih ispita iz fizike i matematike.

Izum magnetnog detektora

Postajući majstor umjetnosti, Rutherford nije napustio fakultet. Ušao je u samostalni znanstveni rad na magnetizaciji željeza. Dizajniran je i izradio specijalni uređaj - magnetski detektor, koji je postao jedan od prvih prijemnika elektromagnetskih valova u svijetu, kao i Rutherfordova ulaznica u veliku znanost. U svom životu je ubrzo došlo do važne promjene.

Rutherford ide u Englesku

Najnadareniji mladi subjekti engleske krune iz Novog Zelanda dobili su svake dvije godine stipendiju za njih. Svjetska izložba iz 1851. godine, koja je omogućila pohađanje znanosti u Engleskoj. Godine 1895. odlučeno je da dva nova Zelanda zaslužuju takvu čast - fizičar Rutherford i kemičar Maclaurin. Međutim, postojalo je samo jedno mjesto, a Ernestove nade padale su. Srećom, MacLaurin bio je prisiljen obiteljskim okolnostima napustiti ovaj put, a Rutherford Ernest u jesen 1895. stigao je u Englesku. Ovdje je započeo rad na Sveučilištu u Cambridgeu (u Laboratoriju Cavendish) i postao prvi doktorski student J. Thomsona, svog redatelja (na slici dolje).

Proučavanje zraka Becquerela

Thomson je bio već tada poznati znanstvenik, jedan od članova uglednog Royal London Society-a. Vrlo brzo je ocijenio sposobnosti Rutherforda i privukao ga na rad na proučavanju ionizacije plinova pod utjecajem rendgenskih zraka, koje je proveo. Međutim, već 1898. ljeti, Ernest je poduzimao prve korake u drugom području istraživanja. Bio je zainteresiran za Becquerelove zrake. Radijacija urana soli, koju je otkrio Becquerel, fizičar iz Francuske, kasnije je postao poznat kao radioaktivan. Francuski znanstvenik, kao i par Curie, bili su aktivno uključeni u njegovo istraživanje. Godine 1898. Rutherford Ernest se pridružio radu. Taj je znanstvenik otkrio da ove zrake uključuju struje jezgre helija, pozitivno nabijene (alfa čestice) i elektronske flukse (beta čestice).

Daljnja studija urana

Na Pariškoj akademiji znanosti 18. srpnja 1898. predstavljen je rad parova Curie, koji je izazvao veliki interes Rutherforda. U njoj su autori istaknuli da pored urana ima i drugih radioaktivnih elemenata (prvi je put korišten ovaj element). Rutherford je kasnije uveo pojam Poluživot - jedna od glavnih obilježja ovih elemenata.

Ernest je u prosincu 1897. produžio izložbenu stipendiju. Znanstveniku je pružena prilika za daljnje proučavanje zraka urana. Međutim, u travnju 1898. mjesto je profesora lokalnog McGill sveučilišta napustilo Montrealu, a Ernest je odlučio otići u Kanadu. Vrijeme je za učeništvo. Sve je bilo jasno da je Rutherford već bio spreman samostalno raditi.

Prijelaz u Kanadu i novi posao

U jesen 1898. došlo je do prijenosa u Kanadu. U početku, Rutherfordovo poučavanje nije dobro prošlo: studenti nisu voljeli predavanje koje je mlada profesorica, koja još nije naučila kako u potpunosti osjetiti publiku, zasititi detalje. U znanstvenom radu bilo je i nekih poteškoća zbog činjenice da je dolazak radioaktivnih pripravaka koji je naručio Rutherford bio odgođen. Međutim, sve grubosti su uskoro usmrćene, a za Ernest je započeo niz uspjeha i uspjeha. Međutim, teško je govoriti o uspjehu: sve je postignuto teškim radom, uključivši nove prijatelje i istomišljenike.

Otkrivanje zakona radioaktivnih transformacija

Oko Rutherforda, čak i tada, formirana je atmosfera kreativnog entuzijazma i entuzijazma. Rad je bio radostan i napet, to je dovelo do velikog uspjeha. Rutherford 1899. godine otkrio je emocija trijuma. Zajedno s Soddyjem 1902.-1903. Došao je do općeg zakona koji je bio primjenjiv na sve radioaktivne transformacije. Moramo reći nešto više o ovom važnom znanstvenom događaju.

Znanstvenici širom svijeta čvrsto su shvatili u to vrijeme da je nemoguće pretvoriti neke kemijske elemente u druge, pa je potrebno zauvijek pokapati snove alkemičara za izvlačenje zlata iz olova. A sada je postojao i rad u kojem se tvrdi da se u slučaju radioaktivnog raspadanja transformacije elemenata ne pojavljuju samo, ali se ni oni ne mogu usporiti niti zaustaviti. Štoviše, formulirani su zakoni tih transformacija. Danas razumijemo da je to naboj jezgre koji određuje kemijska svojstva elementa i njegov položaj u periodičkom sustavu Mendelejeva. Kada se dvije jedinice smanji naboj jezgre, koji se javlja kod alfa propadanja, "pomiče" prema gore na 2 ćelije u periodičnom stolu. Jedna stanica dolje je pomaknuta elektroničkim beta raspadom, a na stanici prema gore - s pozitronom. Unatoč očiglednosti ovog zakona i njegove prividne jednostavnosti, ovo je otkriće bilo jedno od najvažnijih događaja u znanosti početkom 20. stoljeća.

Brak Mary Georgine Newton, rođenje njezine kćeri

U isto vrijeme, važan događaj dogodio se u Ernestovom osobnom životu. Pet godina nakon angažmana s Maryom Georginom Newtonom, oženio se je znanstvenik Ernest Rutherford, čija je biografija bila obilježena značajnim postignućima tog vremena. Ova djevojka bila je kći domaćice pansiona u Christchurchu, gdje je nekoć živio. Godine 1901., 30. ožujka, rođena je jedina kći u obitelji Rutherfordsa. Ovaj se događaj gotovo podudarao vremenom s rođenjem u fizici novog poglavlja - fizici jezgre. I dvije godine kasnije, Rutherford je postao član Londonskog društva.

Rutherfordove knjige, pokuse na translucenciji folije alfa česticama

Ernest je stvorio dvije knjige u kojima je rezimirao rezultate svojih znanstvenih istraživanja i postignuća. Prvi je izašao pod nazivom "Radioaktivnost" 1904. godine. "Radioaktivne transformacije" pojavile su se godinu dana kasnije. Autor ovih knjiga počeo je u ovom trenutku nova istraživanja. Shvatio je da iz atoma dolazi zračenje radioaktivnog zračenja, no mjesto njenog podrijetla ostalo je apsolutno nejasno. Bilo je potrebno proučiti strukturu jezgre. A onda se Ernest okrenuo načinu prijenosa alfa česticama, s kojim je započeo svoj rad s Thomsonom. U pokusima smo proučavali kako protok tih čestica prolazi kroz tanke listove folije.

Prvi model atoma koji je predložio Thomson

Predložen je prvi model atoma, kada je postalo poznato da su elektroni negativno nabijeni. Međutim, oni ulaze u atome koji su općenito električki neutralni. Dakle, mora postojati nešto u sastavu koji nosi pozitivnu naboj. Da bi riješio taj problem, Thomson je predložio sljedeći model: atom je nešto poput pozitivnog naboja, čiji je polumjer stotinu milijunti dio centimetra. Unutar njega nalaze se sitni elektroni s negativnim nabojem. Oni imaju tendenciju zauzeti položaj u samom središtu atoma pod utjecajem Coulombovih sila, ali ako im nešto poremeti, osciliraju ih, uz zračenje. Ovaj model objasnio je postojanje spektra zračenja - činjenicu koja je bila poznata u to vrijeme. Iz eksperimenata je postalo jasno da su u čvrstim tijelima udaljenosti između atoma jednako kao i njihove dimenzije. Činilo se, dakle, očito da alfa čestice ne mogu letjeti kroz foliju, baš kao što kamen ne prolazi kroz šumu u kojoj stabla rastu jedna prema drugoj. Međutim, prvi pokusi koje je proveo Rutherford uvjerili su da to nije tako. Većina alfa čestica, skoro odstupajući, prožela je foliju, a samo u nekim slučajevima došlo je do odstupanja, ponekad značajnih. Ovo je jako zainteresirano za Ernesta Rutherforda. Zanimljive činjenice potrebne su daljnje studije.

Planetarni model Rutherforda

A onda se pojavila Rutherfordova intuicija i sposobnost ovog znanstvenika da razumije jezik prirode. Ernest je odlučno napustio predloženi model Thomsona atoma. Rutherfordovi eksperimenti doveli su do činjenice da je iznijela svoje vlastite, zove planetare. Prema njemu postoji jezgra u središtu atoma, u kojoj se cijela masa određenog atoma koncentrira unatoč svojoj maloj veličini. I oko jezgre, poput planeta koji se okreću oko sunca, elektroni se kreću. Njihove su mase znatno manje nego kod alfa čestica, i zbog toga potonji praktički ne odstupaju kada se elektronički oblaci probiju. I samo kada alfa-čestica leti preko jezgre, pozitivno nabijena, Coulombova odbojna sila sposobna je oštro zakriviti putanju njenog gibanja. Ovo je teorija Rutherforda. Bez sumnje, to je bilo veliko otkriće.

Zakoni elektrodinamike i planetarni model

Rutherfordovo iskustvo bilo je dovoljno za uvjeravanje mnogih znanstvenika o postojanju planetarnog modela. Međutim, pokazalo se da nije tako nedvosmislena. Rutherfordova formula, koja je izvedena na temelju ovog modela, bila je u skladu s podacima dobivenim tijekom eksperimenta. Međutim, odbacila je zakone elektrodinamike!

Ovi zakoni, koji su uglavnom utemeljeni Maxwellovim i Faradayovim djelima, tvrde da naboj, ubrzano kretanje, emitira elektromagnetne valove i zbog toga gubi energiju. U atomu Rutherford, elektron se kreće u Coulombovu polju jezgre ubrzanom i, prema Maxwellovoj teoriji, mora izgubiti svu energiju u deset milijuna sekundi, a onda pasti na jezgru. Međutim, to se nije dogodilo. Slijedom toga, Rutherfordova formula odbacila je Maxwellovu teoriju. Ernest je znao o tome kad je 1907. došlo vrijeme da se vrati u Englesku.

Premještanje u Manchester i primanje Nobelove nagrade

Djela Ernesta u Mac Gilskom Sveučilište pridonijela činjenica da je postao vrlo poznat. Rutherford se počeo baviti pozivanjem u znanstvene centre različitih zemalja. Znanstvenik proljeće 1907. odlučio napustiti Kanadu i stigao u Manchester, University of Victoria, gdje je nastavio studij. Uz H.Geygerom je izrađen u 1908 brojaču alfa čestica - novi uređaj, koji je odigrao važnu ulogu u objašnjavanju činjenicu da alfa čestice - helij atoma dvaput ionizira. Ernest Rutherford, čije se otvaranje bili od velike važnosti, 1908. dobio je Nobelovu nagradu (u kemiji, a ne fizika!).

Suradnja s Nielsom Bohrom

U međuvremenu, planetarni model zaokupio je svoje misli sve više i više. U ožujku 1912. Rutherford je počeo surađivati ​​i družiti se s Nielsom Bohrom. Najveća zasluga Bohra (njegova slika prikazana je u nastavku) bila je da je uveo temeljno nove značajke u planetarni model - ideju kvantu.

Izlagao je "postulati", koji su na prvi pogled izgledali interno proturječni. Po njegovom mišljenju, u atomu postoje orbite. Electron, kretanje po njima, ne zrači, suprotno zakonima elektrodinamike, iako ima ubrzanje. Ovaj je znanstvenik istaknuo pravilo kojim možete pronaći ove orbite. Otkrivao je da se zračenje kvage pojavljuje samo kad elektron prođe od orbite do orbite. Model atoma Rutherford-Bora riješio mnoge probleme, a također postao proboj u svijetu novih ideja. Njegovo otkriće dovelo je do radikalne revizije ideja materije, njezina kretanja.

Daljnje opsežne aktivnosti

Godine 1919. Rutherford je postao profesor na Sveučilištu Cambridge, kao i ravnatelj Laboratorija Cavendish. Deseci znanstvenika s pravom su ga smatrali njegovim učiteljem, uključujući naknadno dodjelu Nobelovih nagrada. To su J. Chadwick, G. Mosley, M. Oliphant, J. Cockroft, O. Gan, W. Geithler, Yu.B. Khariton, P.L. Kapitsa, G. Gamow i drugima. Tijek priznanja i nagrada postao je obilniji. Godine 1914. Rutherford prima plemstvo. Postao je predsjednik britanske udruge 1923., a od 1925. do 1930. bio je predsjednik Kraljevskog društva. Naslov baruna Ernesta prima 1931. godine i postaje gospodar. Međutim, unatoč sve većim pritiscima, a ne samo znanstvenim, on nastavlja napadati tajne jezgre i atoma.

Nudimo Vam jednu zanimljivu činjenicu koja se odnosi na znanstveni rad Rutherforda. Poznato je da je Ernest Rutherford koristiti sljedeće kriterije pri odabiru osoblja: on je dao čovjeku koji je došao s njim po prvi put, posao, i ako je novi zaposlenik onda pitali što i kako dalje, odmah je dobio otkaz.

Znanstvenici su već počeli eksperimentirati, koji je završio u otkrivanju njihove umjetne cijepanje atomske jezgre i umjetne transmutacije kemijskih elemenata. Godine 1920. Rutherford je predvidio postojanje deuteron i neutrona, a 1933. postaje inicijator i sudionik u eksperimentu potvrditi postojeći odnos u nuklearnim procesima energije i mase. Godine 1932., u travnju je podržao ideju koristeći protona akceleratori u proučavanju nuklearnih reakcija.

Smrt Rutherforda

Veliki utjecaj na znanost i tehnologiju na živote milijuna ljudi imali djela Ernest Rutherford i rad njegovih učenika iz nekoliko generacija. Veliki znanstvenik, naravno, nije mogao pomoći, ali mislim o tome da li je taj utjecaj je pozitivan. Međutim, bio je optimist, čvrsto vjerovali u znanost i ljude. Ernest Rutherford, kratka biografija koju je opisao nam je umro 1937. godine, 19. listopada. Pokopan je u Westminster Abbey.