Ръдърфорд Ърнест (години на живот: 30.08.1871 - 19.10.1937) - английски физик, създател на планетарния модел на атома, основател на ядрената физика. Той е член на Лондонското кралско общество, а от 1925 до 1930 г. - и негов президент. Този човек е носител на Нобеловата награда за химия, която получава през 1908 г.
Бъдещият учен е роден в семейството на Джеймс Ръдърфорд, майстор на колела, и Марта Томпсън, учител. Освен него семейството има 5 дъщери и 6 сина.
Обучение и първи награди
Преди семейството да се премести от Южния остров на Нова Зеландия на Северния остров през 1889 г., Ръдърфорд Ърнест учи в Крайстчърч, в колежа Кентърбъри. Още по това време се разкриха блестящите способности на бъдещия учен. След като завършва 4-та година, Ърнест е награден за най-добра работа в областта на математиката, а също така заема 1-во място на магистърските изпити по физика и математика.
Изобретението на магнитния детектор
Ставайки майстор на изкуствата, Ръдърфорд не го направинапуснал колеж. Той се потопи в независима научна работа върху намагнитването на желязото. Той разработи и произведе специално устройство - магнитен детектор, който стана един от първите в света приемници на електромагнитни вълни, както и "входния билет" на Ръдърфорд за великата наука. Скоро в живота му настъпи важна промяна.
Ръдърфорд отива в Англия
Най-надарените млади поданици на английската корона от Нова Зеландия получават стипендия за тях на всеки две години. Световното изложение от 1851 г., което дава възможност да се отиде в Англия за изучаване на науките. През 1895 г. е решено, че двама новозеландци са достойни за такава чест - физикът Ръдърфорд и химикът Маклорин. Обаче имаше само едно място и надеждите на Ърнест бяха разбити. За щастие Маклорин е принуден да изостави това пътуване по семейни причини и Ръдърфорд Ърнест пристига в Англия през есента на 1895 г. Тук той започва работа в университета в Кеймбридж (в лабораторията Кавендиш) и става първият докторант на Дж. Томсън, неговия директор (на снимката по-долу).
Изследване на лъчите на Бекерел
Томсън по това време вече е известен учен, един от членовете на Лондонското кралско общество, уважаван от всички. Той бързо оценява способностите на Ръдърфорд и го привлича да работи върху изследването на йонизацията на газовете под въздействието на рентгеновите лъчи, което извършва. Въпреки това, още през 1898 г., през лятото, Ърнест прави първите си стъпки в друга област на изследване. Интересуваше се от "бекереловите лъчи". Емисия на уранова сол, отворенаБекерел, френски физик, по-късно става известен като радиоактивен. Френският учен, както и семейство Кюри, се занимават активно с неговите изследвания. През 1898 г. Ръдърфорд Ърнест се присъединява към работата. Този учен открива, че тези лъчи включват потоци от хелиеви ядра, положително заредени (алфа частици), както и потоци от електрони (бета частици).
По-нататъшно изследване на урановите лъчи
Работата на Кюри е представена на Парижката академия на науките на 18 юли 1898 г., което предизвиква голям интерес на Ръдърфорд. В него авторите изтъкват, че освен уран, има и други радиоактивни (този термин е използван за първи път точно тогава) елементи. По-късно Ръдърфорд въвежда концепцията за полуживот - една от основните отличителни черти на тези елементи.
Ърнест през декември 1897 г. удължава изложбената стипендия. Ученият получи възможност да изучава допълнително лъчите на урана. Въпреки това през април 1898 г. професорска длъжност в местния университет Макгил се освободи в Монреал и Ърнест решава да замине за Канада. Времето за чиракуване мина. За всички беше ясно, че Ръдърфорд е готов да работи сам.
Преместване в Канада и нова работа
През есента на 1898 г. той се премества в Канада. Първоначално преподаването на Ръдърфорд не беше много успешно: студентите не харесваха лекциите, които младият професор, който все още не се беше научил да усеща напълно аудиторията, пренасища с подробности. Имаше и известни трудности в научната работа поради факта, че пристигането на радиоактивните препарати, поръчани от Ръдърфорд, беше забавено. Въпреки това, всичкиграпавостта скоро се изглади и Ърнест започна поредица от късмет и успех. Едва ли е уместно обаче да се говори за успех: всичко е постигнато с упорита работа, в която участват новите му приятели и съмишленици.
Откриване на закона за радиоактивните трансформации
В района на Ръдърфорд вече тогава се формира атмосфера на творчески ентусиазъм и страст. Работата беше радостна и интензивна, доведе до голям успех. Ръдърфорд открива еманацията на торий през 1899 г. Заедно със Соди през 1902-1903 г. той вече достига до общ закон, приложим за всички радиоактивни трансформации. Трябва да се каже малко повече за това важно научно събитие.
Учените от цял свят твърдо научиха по това време, че е невъзможно да се превърне един химичен елемент в друг, така че мечтите на алхимиците да извличат злато от олово трябва да бъдат погребани завинаги. И тогава се появи работа, в която се твърди, че по време на радиоактивни разпада, трансформациите на елементите не само се случват, но те не могат нито да бъдат забавени, нито спрени. Освен това бяха формулирани законите на тези трансформации. Днес разбираме, че зарядът на ядрото е този, който определя химичните свойства на елемента и неговото положение в периодичната система на Менделеев. Когато зарядът на ядрото намалее с две единици, което се случва по време на алфа разпада, то се "премества" с 2 клетки нагоре в периодичната таблица. Той измества една клетка надолу при електронен бета разпад и една клетка нагоре при позитронен разпад. Въпреки очевидността на този закон и неговата привидна простота, това откритие е едно от най-важните събития в науката в началото на 20-те години на ХХ век.век.
Брак с Мери Джорджина Нютън, раждане на дъщеря
В същото време се случи важно събитие в личния живот на Ърнест. 5 години след годежа с Мери Джорджина Нютън ученият Ърнест Ръдърфорд се жени за нея, чиято биография по това време вече е белязана от значителни постижения. Това момиче беше дъщеря на хазяйката на пансиона в Крайстчърч, където някога е живял. През 1901 г., на 30 март, се ражда единствената дъщеря в семейство Ръдърфорд. Това събитие почти съвпадна по време с раждането на нова глава във физическата наука - ядрената физика. И след 2 години Ръдърфорд става член на Лондонското кралско общество.
Книги на Ръдърфорд, експерименти върху полупрозрачно фолио с алфа частици
Ърнест създава 2 книги, в които обобщава резултатите от своите научни търсения и постижения. Първият е публикуван под заглавието "Радиоактивност" през 1904 г. „Радиоактивни трансформации“се появяват година по-късно. По това време авторът на тези книги започва нови изследвания. Той разбра, че радиоактивното излъчване е от атомите, но мястото на възникването му остава абсолютно неясно. Беше необходимо да се проучи устройството на ядрото. И тогава Ърнест се обърна към техниката на трансилюминация с алфа частици, с която започна работата си с Томсън. Експериментите изследвали как потокът от тези частици преминава през тънки листове фолио.
Първият модел на атома на Томсън
Първият модел на атома беше предложен, когато стана известно, че електроните имат отрицателен заряд. Те обаче влизат в атомите,обикновено са електрически неутрални. Така че в състава му трябва да има нещо, което носи положителен заряд. За да разреши този проблем, Томсън предложи следния модел: атомът е нещо като капка, положително заредена, с радиус от сто милионна част от сантиметъра. Вътре в него има малки електрони с отрицателен заряд. Под въздействието на кулоновите сили те са склонни да заемат позиция в самия център на атома, но ако нещо ги дисбалансира, те осцилират, придружени от радиация. Този модел обяснява съществуването на емисионни спектри, факт, известен по това време. От експерименти вече стана ясно, че в твърдите тела разстоянията между атомите са приблизително същите като техните размери. Следователно изглеждаше очевидно, че алфа-частиците не могат да летят през фолио, точно както камъкът не може да лети през гора, където дърветата растяха почти близо едно до друго. Въпреки това, още първите експерименти, направени от Ръдърфорд, убедиха, че това не е така. Повечето от алфа частиците, почти без отклонение, проникнаха през фолиото и само няколко показаха отклонение, понякога значително. Ърнест Ръдърфорд беше много заинтересован от това. Интересни факти изискват допълнително проучване.
Ръдърфорд планетарен модел
И тогава отново се появи интуицията на Ръдърфорд и способността на този учен да разбира езика на природата. Ърнест решително отхвърли модела на Томсън за атома. Експериментите на Ръдърфорд доведоха до факта, че той предложи свой собствен, наречен планетарен. Според нея в центърана атом е ядрото, в което е концентрирана цялата маса на даден атом, въпреки доста малкия му размер. И около ядрото, подобно на планетите, които се въртят около слънцето, се движат електроните. Масите им са значително по-малки от тези на алфа-частиците и затова последните практически не се отклоняват, когато проникнат в електронни облаци. И само когато алфа частица лети близо до положително заредено ядро, кулоновата отблъскваща сила може рязко да извие траекторията на движението си. Това е теорията на Ръдърфорд. Със сигурност беше страхотно откритие.
Законите на електродинамиката и планетарният модел
Опитът на Ръдърфорд беше достатъчен, за да убеди много учени в съществуването на планетарен модел. Оказа се обаче, че не е толкова еднозначно. Формулата на Ръдърфорд, която той изведе въз основа на този модел, е в съответствие с данните, получени по време на експеримента. Тя обаче опроверга законите на електродинамиката!
Тези закони, които са установени главно от работите на Максуел и Фарадей, твърдят, че заряд, движещ се с ускорена скорост, излъчва електромагнитни вълни и губи енергия поради това. В атома на Ръдърфорд електронът се движи в кулоновото поле на ядрото с ускорена скорост и според теорията на Максуел той трябва да загуби цялата си енергия за десет милионна част от секундата и след това да падне върху ядрото. Това обаче не се случи. Следователно формулата на Ръдърфорд опроверга теорията на Максуел. Ърнест знаеше това, когато дойде време да се върне в Англия през 1907 г.
Преместете се в Манчестър и вземете Нобеловата награда
Работа на Ърнест в McGillУниверситетът допринесе за това, че той стана много известен. Ръдърфорд започва да се бори с покани за научни центрове в различни страни. Ученият през пролетта на 1907 г. решава да напусне Канада и пристига в Манчестър, в Университета на Виктория, където продължава изследванията си. Заедно с Х. Гайгер създава през 1908 г. брояч на алфа частици – ново устройство, което изиграва важна роля за установяване, че алфа частиците са хелиеви атоми, двойно йонизирани. Ръдърфорд Ърнест, чиито открития са от голямо значение, получава Нобелова награда през 1908 г. (по химия, а не по физика!).
Сътрудничество с Niels Bohr
Междувременно планетарният модел занимаваше ума му все повече и повече. И през март 1912 г. Ръдърфорд започва да си сътрудничи и да бъде приятел с Нилс Бор. Най-голямата заслуга на Бор (неговата снимка е представена по-долу) беше, че той въведе фундаментално нови характеристики в планетарния модел - идеята за квантите.
Той изложи „постулати“, които на пръв поглед изглеждаха вътрешно противоречиви. Според него атомът има орбити. Електронът, движещ се по тях, не излъчва, противно на законите на електродинамиката, въпреки че има ускорение. Този учен посочи правило, чрез което тези орбити могат да бъдат намерени. Той откри, че квантите на излъчване се появяват само когато електрон се движи от орбита в орбита. Моделът на атома на Ръдърфорд-Бор реши много проблеми и също така се превърна в пробив в света на новите идеи. Откриването му доведе до радикална ревизия на идеите за материята, за нейното движение.
Допълнителни обширни дейности
През 1919гРъдърфорд става професор в университета в Кеймбридж и директор на Кавендишката лаборатория. Десетки учени с право го смятаха за свой учител, включително и тези, които по-късно спечелиха Нобелови награди. Това са J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Харитон, П. Л. Капица, Г. Гъмов и др. Потокът от отличия и награди ставаше все по-обилен. През 1914 г. Ръдърфорд получава благородството. Той става президент на Британската асоциация през 1923 г., а от 1925 до 1930 г. е президент на Кралското общество. Ърнест получава титлата барон през 1931 г. и става лорд. Въпреки все по-високите натоварвания, и не само научните, той продължава да атакува мистериите на ядрото и атома.
Предлагаме ви един интересен факт, свързан с научната дейност на Ръдърфорд. Известно е, че Ърнест Ръдърфорд е използвал следния критерий при избора на служители: той е дал задача на човека, който дойде при него за първи път, и ако нов служител след това попита какво да прави по-нататък, той незабавно е уволнен.
Ученият вече започна експерименти, които завършиха с откриването на изкуственото делене на атомни ядра и изкуствената трансформация на химичните елементи. През 1920 г. Ръдърфорд предсказва съществуването на деутрона и неутрона, а през 1933 г. става инициатор и участник в експеримент за тестване на връзката между енергията и масата в ядрените процеси. През 1932 г., през април, той подкрепя идеята за използване на протонни ускорители в изследването на ядрените реакции.
Смъртта на Ръдърфорд
Произведенията на Ърнест Ръдърфорд и работата на неговите ученици, принадлежащи на няколко поколения, оказаха огромно влияние върху науката и технологиите, върху живота на милиони хора. Великият учен, разбира се, не можеше да не се замисли дали това влияние ще бъде положително. Той обаче беше оптимист, свещено вярваше в науката и в хората. Ърнест Ръдърфорд, чиято кратка биография описахме, умира през 1937 г., на 19 октомври. Погребан е в Уестминстърското абатство.
