Эрнест Резерфорд (1871-1937) - английский физик, один из создателей учения о радиоактивности и строении атома, основатель научной школы, иностранный член-корреспондент РАН (1922) и почетный член АН СССР (1925). Директор Кавендишской лаборатории (с 1919). Открыл (1899) альфа-лучи, бета-лучи и установил их природу. Создал (1903, совместно с Фредериком Содди) теорию радиоактивности. Предложил (1911) планетарную модель атома. Осуществил (1919) первую искусственную ядерную реакцию. Предсказал (1921) существование нейтрона. Нобелевская премия (1908).
Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 года, в Спринг Гроуве, близ Брайтуотера, Южный остров, Новая Зеландия. Уроженец Новой Зеландии, основоположник ядерной физики, автор планетарной модели атома, член (в 1925-30 президент) Лондонского Королевского общества, член всех академий наук мира, в том числе (с 1925) иностранный член АН СССР, лауреат Нобелевской премии по химии (1908), создатель большой научной школы.
Детство
Резерфорд Эрнест
Эрнест родился в семье колесного мастера Джеймса Резерфорда и его жены учительницы Марты Томпсон. Кроме Эрнеста в семье было еще 6 сыновей и 5 дочерей. До 1889 года, когда семья переселилась в Пунгареху (Северный остров), Эрнест поступил в Кентерберийский колледж Новозеландского университета (город Крайстчерч, Южный остров); до этого он успел поучиться в Фоксхилле и в Хэйвлокке, в Нельсоновском колледже для мальчиков.
Блестящие способности Эрнеста Резерфорда обнаружились уже в годы учебы. После окончания IV курса он удостаивается награды за лучшую работу по математике и занимает первое место на магистерских экзаменах, причем не только по математике, но и по физике. Но, став магистром искусств, он не покинул колледжа. Резерфорд погрузился в свою первую самостоятельную научную работу. Она имела название: «Магнетизация железа при высокочастотных разрядах». Был придуман и изготовлен прибор - магнитный детектор, один из первых приемников электромагнитных волн, который стал его «входным билетом» в мир большой науки. И вскоре в его жизни произошла важнейшая перемена.
Наиболее одаренным молодым заморским подданным британской короны один раз в два года предоставлялась особая Стипендия имени Всемирной выставки 1851, дававшая возможность поехать для усовершенствования в науках в Англию. В 1895 году было решено, что ее достойны двое новозеландцев - химик Маклорен и физик Резерфорд. Но место было одно, и надежды Резерфорда рухнули. Но семейные обстоятельства заставили Маклорена отказаться от поездки, и осенью 1895 года Эрнест Резерфорд прибывает в Англию, в Кавендишевскую лабораторию Кембриджского университета и становится первым докторантом ее директора Джозефа Джона Томсона.
В Кавендишевской лаборатории
молодой физик: Я работаю с утра до вечера.
Резерфорд: А когда же вы думаете?
Резерфорд Эрнест
Джозеф Джон Томсон был уже к тому времени известным ученым, членом Лондонского королевского общества. Он быстро оценил выдающиеся способности Резерфорда и привлек его к своей работе по изучению процессов ионизации газов под действием рентгеновских лучей. Но уже летом 1898 Резерфорд делает первые шаги в исследовании и других лучей - лучей Беккереля. Открытое этим французским физиком излучение урановой соли позже получило название радиоактивного. Его изучением активно занимался сам А. А. Беккерель и супруги Кюри - Пьер и Мария. В это исследование в 1898 активно включился Э. Резерфорд. Именно он обнаружил, что в лучи Беккереля входят потоки положительно заряженных ядер гелия (альфа-частиц) и потоки бета-частиц - электронов. (При бета-распаде некоторых элементов испускаются позитроны, а не электроны; позитроны имеют такую же массу, как электроны, но положительный электрический заряд). Через два года, в 1900 французский физик Виллар (1860-1934) открыл, что испускаются еще и не несущие электрического заряда гамма-лучи - электромагнитное излучение, более коротковолновое, чем рентгеновское.
18 июля 1898 года в Парижскую академию наук была представлена работа Пьера Кюри и Марии Кюри-Склодовской, вызвавшая исключительный интерес Резерфорда. В этой работе авторы указывали, что кроме урана, существуют и другие радиоактивные (этот термин был употреблен впервые) элементы. Позже именно Резерфорд ввел понятие об одном из основных отличительных признаков таких элементов - периоде полураспада.
В декабре 1897 года Резерфорду продлили выставочную стипендию, и он получил возможность продолжить исследования лучей урана. Но в апреле 1898 года освободилось место профессора Мак-Гиллского университета в Монреале, и Резерфорд решил переехать в Канаду. Пора ученичества прошла. Всем, и, в первую очередь, ему самому было ясно, что он уже готов к самостоятельной работе.
Девять лет в Канаде
Счастливец Резерфорд, вы всегда на волне!
- Это правда, но разве не я создаю волну?
Резерфорд Эрнест
Переезд в Канаду совершился осенью 1898 года. Преподавание Эрнеста Резерфорда на первых порах шло не слишком успешно: студентам не понравились лекции, которые молодой и еще не вполне научившийся чувствовать аудиторию профессор, перенасыщал деталями. Некоторые затруднения возникли вначале и в научной работе из-за того, что задерживалось прибытие заказанных радиоактивных препаратов. Но все шероховатости быстро сгладились, и началась полоса успехов и удач. Впрочем, говорить об удачах вряд ли уместно: все достигалось трудом. И в этот труд вовлекались новые единомышленники и друзья.
Вокруг Резерфорда и тогда, и в более поздние годы всегда быстро формировалась атмосфера увлеченности и творческого энтузиазма. Труд был напряженным и радостным, и он приводил к важным открытиям. В 1899 Эрнест Резерфорд открывает эманацию тория, а в 1902-03 одах он совместно с Ф. Содди уже приходит к общему закону радиоактивных превращений. Об этом научном событии нужно сказать подробнее.
Все химики мира твердо усвоили, что превращение одних химических элементов в другие невозможно, что мечты алхимиков делать золото из свинца следует похоронить навеки. И вот появляется работа, авторы которой утверждают, что превращения элементов при радиоактивных распадах не только происходят, но и что даже ни прекратить, ни замедлить их невозможно. Более того, формулируются законы таких превращений. Мы теперь понимаем, что положение элемента в периодической системе Дмитрия Менделеева, а, значит, и его химические свойства, определяются зарядом ядра. При альфа-распаде, когда заряд ядра уменьшается на две единицы (за единицу принимается «элементарный» заряд - модуль заряда электрона), элемент «перемещается» на две клеточки вверх в таблице Менделеева, при электронном бета-распаде - на одну клеточку вниз, при позитронном - на клеточку вверх. Несмотря на кажущуюся простоту и даже очевидность этого закона, его открытие стало одним из важнейших научных событий начала нашего века.
Это время знаменательно и важным событием в личной жизни Резерфорда: через 5 лет после помолвки состоялась его свадьба с Мэри Джорджине Ньютон, дочерью хозяйки того пансиона в Крайстчерче, в котором он некогда жил. З0 марта 1901 родилась единственная дочь четы Резерфордов. По времени это почти совпало с рождением новой главы в физической науке - физики ядра. Важным и радостным событием явилось и избрание Резерфорда в 1903 членом Лондонского королевского общества.
Планетарная модель атома
Если учёный не может объяснить уборщице, которая убирается у него в лаборатории, смысл своей работы, то он сам не понимает, что он делает.
Резерфорд Эрнест
Итоги научных поисков и открытий Резерфорда составили содержание двух его книг. Первая из них называлась «Радиоактивность» и вышла в 1904. Через год вышла вторая - «Радиоактивные превращения». А их автор уже начинал новые исследования. Он уже понял, что радиоактивное излучение исходит из атомов, но место его возникновения оставалось абсолютно неясным. Нужно было исследовать устройство атома. И здесь Эрнест Резерфорд обратился к методике, с которой он начинал работу у Дж. Дж. Томсона - к просвечиванию альфа-частицами. В опытах исследовалось, как поток таких частиц проходит через листочки тонкой фольги.
Первая модель атома была предложена, когда стало известно, что электроны имеют отрицательный электрический заряд. Но они входят в атомы, которые в целом электронейтральны; что же является носителем положительного заряда? Дж. Дж.Томсон предложил для решения этой проблемы такую модель: атом - нечто вроде положительно заряженной капли радиусом в стомиллионную долю (10) сантиметра, внутри которой находятся крохотные отрицательно заряженные электроны. Под действием кулоновских сил они стремятся занять положение в центре атома, но если что-то выведет их из этого положения равновесия, они начинают совершать колебания, что сопровождается излучением (таким образом, модель объясняла и известный тогда факт существования спектров излучения). Из опытов уже было известно, что расстояния между атомами в твердых телах примерно такие же, как и размеры атомов. Поэтому казалось очевидным, что альфа-частицы почти не могут пролететь даже сквозь тонкую фольгу, подобно тому, как камень не пролетит сквозь лес, деревья в котором растут почти вплотную друг к другу. Но первые же опыты Резерфорда убеждали, что это не так. Подавляющее большинство альфа-частиц пронизывало фольгу, даже почти не отклоняясь, и лишь у некоторых это отклонение наблюдалось, порой даже весьма значительное.
И здесь вновь проявилась исключительная интуиция Эрнеста Резерфорда и его умение понимать язык природы. Он решительно отказывается от модели Томсона и выдвигает принципиально новую модель. Она получила название планетарной: в центре атома, подобно Солнцу в Солнечной системе - ядро, в котором, несмотря на его относительно малые размеры, сосредоточена вся масса атома. А вокруг него, подобно планетам, двигающимся вокруг Солнца, вращаются электроны. Их массы значительно меньше, чем у альфа-частиц, которые поэтому почти не откланяются, пронизывая электронные облака. И только когда альфа-частица пролетает близко от положительно заряженного ядра, кулоновская сила отталкивания может резко искривить ее траекторию.
Формула, которую вывел Резерфорд, опираясь на эту модель, прекрасно согласовалась с данными эксперимента. В 1903 году идею планетарной модели атома доложил в Токийском физико-математическом обществе японский теоретик Хантаро Нагаока, назвавшей эту модель «сатурноподобной», но его работа (о которой Резерфорд не знал) не получила дальнейшего развития.
Но планетарная модель не согласовывалась с законами электродинамики! Эти законы, установленные, в основном, трудами Майкла Фарадея и Джеймса Максвелла, утверждают, что ускоренно движущийся заряд излучает электромагнитные волны и поэтому теряет энергию. Электрон в атоме Э.Резерфорда движется ускоренно в кулоновском поле ядра и, как показывает теория Максвелла, должен был бы, потеряв примерно за десятимиллионную долю секунды всю энергию, упасть на ядро. Это называется проблемой радиационной неустойчивости резерфордовской модели атома, и Эрнест Резерфорд ее отчетливо понимал, когда в 1907 пришло время его возвращения в Англию.
Возвращение в Англию
Теперь вы видите, что ничего не видно. А почему ничего не видно, вы сейчас увидите.
Резерфорд Эрнест
Труды Резерфорда в Мак-Гилльском университете принесли ему такую известность, что его стали наперебой приглашать на работу в научные центры различных стран. Весной 1907 года он принял решение оставить Канаду и прибыл в университет Виктории в Манчестере. Работы тут же были продолжены. Уже в 1908 вместе с Хансом Гейгером Резерфорд создает новый замечательный прибор - счетчик альфа-частиц, что сыграло важную роль для выяснения того, что они представляют собой дважды ионизованные атомы гелия. В 1908 Резерфорду была присуждена Нобелевская премия (но не по физике, а по химии).
Планетарная модель атома тем временем все больше занимала его мысли. И вот в марте 1912 года начинается дружба и сотрудничество Резерфорда с датским физиком Нильсом Бором. Бор - и это явилось его величайшей научной заслугой - внес в планетарную модель Резерфорда принципиально новые черты - идею квантов. Эта идея возникла еще в начале века благодаря работам великого Макса Планка, понявшего, что для объяснения законов теплового излучения нужно допустить, что энергия уносится дискретными порциями - квантами. Идея дискретности была органически чужда всей классической физике, в частности, теории электромагнитных волн, но вскоре Альберт Эйнштейн, а затем и Артур Комптон показали, что эта квантовость проявляется и при поглощении, и при рассеянии.
Нильс Бор выдвинул «постулаты», которые на первый взгляд выглядели внутренне противоречивыми: в атоме существуют такие орбиты, двигаясь по которым электрон, вопреки законам классической электродинамики, не излучает, хотя и имеет ускорение; Бор указал правило нахождения таких стационарных орбит; кванты излучения появляются (или поглощаются) только при переходе электрона с одной орбиты на другую, в соответствии с законом сохранения энергии. Атом Бора - Резерфорда, как его по праву начали называть, не только принес решение многих проблем, он ознаменовал прорыв в мир новых идей, что вскоре привело к радикальному пересмотру многих представлений о материи и ее движении. Работу Нильса Бора «О структуре атомов и молекул» направил в печать Резерфорд.
Алхимия 20 века
И в это время, и позже, когда Эрнест Резерфорд в 1919 году принимает пост профессора Кембриджского университета и директора Кавендишевской лаборатории, он становится центром притяжения для физиков всего мира. Его справедливо считали своим учителем десятки ученых, в том числе, и удостоенные впоследствии Нобелевских премий: Генри Мозли, Джеймс Чедвик, Джон Дуглас Кокрофт, М. Олифант, В. Гейтлер, Отто Ган, Петр Леонидович Капица, Юлий Борисович Харитон, Георгий Антонович Гамов.
Три стадии признания научной истины: первая - «это абсурд», вторая - «в этом что-то есть», третья - «это общеизвестно»
Резерфорд Эрнест
Все обильнее становился поток наград и почестей. В 1914 Резерфор дполучает дворянство, в 1923 становится Президентом Британской ассоциации, с 1925 по 1930 - президент Королевского общества, в 1931 он получает титул барона и становится лордом Резерфордом оф Нельсон. Но, несмотря на все возрастающие нагрузки, в том числе - и не только научные, Резерфорд продолжает таранные атаки на тайны атома и ядра. Он уже приступил к экспериментам, завершившимся открытием искусственного превращения химических элементов и искусственного расщепления атомных ядер, предсказал в 1920 существование нейтрона и дейтрона, в 1933 был инициатором и непосредственным участником экспериментальной проверки взаимосвязи массы и энергии в ядерных процессах. В апреле 1932 Эрнест Резерфорд активно поддержал идею использования ускорителей протонов при изучении ядерных реакций. Его можно причислить и к числу основоположников ядерной энергетики.
Труды Эрнеста Резерфорда, которого нередко справедливо называют одним из титанов физики нашего века, работы нескольких поколений его учеников оказали огромное влияние не только на науку и технику нашего вера, но и на жизнь миллионов людей. Конечно, Резерфорд, особенно в конце жизни не мог не задумываться, останется ли это влияние благотворным. Но он был оптимистом, верил в людей и в науку, которой посвятил всю жизнь.
Эрнест Резерфорд скончался 19 октября 1937, в Кембридже и похоронен в Вестминстерском аббатстве
Эрнест Резерфорд - цитаты
Все науки делятся на физику и коллекционирование марок.
молодой физик: Я работаю с утра до вечера.
Резерфорд: А когда же вы думаете?
Счастливец Резерфорд, вы всегда на волне!
- Это правда, но разве не я создаю волну?
Если учёный не может объяснить уборщице, которая убирается у него в лаборатории, смысл своей работы, то он сам не понимает, что он делает.
Теперь вы видите, что ничего не видно. А почему ничего не видно, вы сейчас увидите. - из лекции с демонстрацией распада радия
Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 г. в деревне Спринг Гроув (известной также под названием Брайтуотер) близ г. Нельсона, Новая Зеландия, в семье фермера Джеймса Резерфорда и его жены Марты Томсон (уроженки г. Хорнчёрч, графство Эссекс, Англия).
При рождении, Эрнеста, по ошибке, записали под именем Ёрнест (от англ. “earnest” – «серьёзный»). В детстве Эрнест ходит в школу г. Хэвлок, по окончании которой продолжает учёбу в колледже в г. Нельсоне. Он усердно трудится, чтобы поступить в Кентерберийский колледж, бывший подразделением Университета Новой Зеландии. В колледже Эрнест Резерфорд становится главой дискуссионного клуба и принимает активное участие в студенческой жизни.
В Кентерберийском колледже Резерфорд получает высшее образование, защищая звания бакалавра и магистра в области гуманитарных наук, а также бакалавра естественных наук, после чего, на протяжении двух лет, увлечённо занимается исследованиями в области электротехники. В 1895 г. он отправляется в Англию для повышения уровня образования, где с 1895 г. по 1898 г. трудится в Кавендишской лаборатории при Кембриджском университете. Он совершает значительный прорыв (и некоторое время держит рекорд) в обнаружении расстояния, которое определяет длину электромагнитной волны.
Труды, исследования и вклад в науку
В 1898 г. Резерфорд меняет Хью Лонгборна Каллендара на должности профессора физики, основанной благодаря покровительству Уильяма МакДональда, в Университете МакГилла. Именно здесь Резерфорд достигнет высот своей исследовательской деятельности. Его работа в Университете МакГилла увенчается получением в 1908 г. Нобелевской премии в области химии.
Резерфорд занимается глубинными исследованиями и практическим изучением явления радиоактивности. В этот период, в 1899 г., он вводит понятия альфа- и бета-частиц. Этот тип радиационного излучения учёный описывает как два отчётливых (легко различаемых) вида излучения потока частиц элементами торием и ураном. Основываясь на их проникающей способности, Резерфорд чётко излагает различия этих радиационных лучей.
В 1900 г. в Университете Новой Зеландии он получает степень доктора наук. С 1900 г. по 1903 г. к исследовательскому проекту Резерфорда на тему трансмутации элементов в Университете МакГилла присоединяется юный исследователь Фредерик Содди.
Резерфорд открывает и точно описывает, что радиация является следствием спонтанного разложения атомов. Учёный в мельчайших подробностях наблюдает, а в последствие и описывает, что образцу радиоактивного материала требуется определенное время для уменьшения его радиоактивности в 2 раза. Это время Резерфорд называет «периодом полураспада».
Это открытие в дальнейшем получит практическое применение: взяв за единицу измерения равномерную скорость распада вещества, будет определён возраста планеты Земля, оказавшейся намного старше, чем возраст, предполагаемый учёными того времени.
В 1903 г. Резерфорд обнаруживает, что радиация (уже открытая), излучаемая ещё безымянным радием (открытым в 1900 г. французским химиком Полом Виллардом) обладает отличительной чертой (от альфа- и бета-излучений), не описанной прежде. Он также замечает, что новый вид излучения обладает большой проникающей способность, и, не теряя времени, даёт ему самостоятельное название «гамма-излучение». В 1907 г. Резерфорда назначают на должность профессора физики Манчестерского университета. В Манчестере учёный продолжает работать с альфа-излучением. Совместно с Гансом Гейгером, он разрабатывает цинк-сульфидный отражающий экран и ионизационную камеру, предназначенную для подсчёта количества альфа-частиц.
В 1907 г. Резерфорд, вместе с Томасом Ройдсом, проводит химический опыт, заключающийся в прохождении альфа-лучей через узкое окно в вакуумную трубку. Лучи неизменно порождают в трубке искровой разряд, в результате чего образовывается спектр, меняющий свою природу аналогично альфа-лучам, накопившимся в трубке. Далее эксперимент показывает, как начинает образовываться чистый спектр газа гелия. Из этого следует, что альфа-лучи почти не ионизируют атомы, а точнее – ядра атомов, гелия.
В 1909 г. объединяет усилия с Гансом Гейгером и Эрнестом Марсденом и проводит опыт Гейгера-Марсдена, нацеленный на обнаружение и наглядную демонстрацию истинной ядерной природы атомов. Эксперимент проводится для получения чётко сформулированных результатов относительно свойств альфа-частиц. Резерфорд предлагает Гейгеру и Марсдену получить отклонение альфа-частиц на большие углы (предрешённых результатов опыта не было, поскольку, на момент его проведения, не существовало ни малейших теорий на этот счёт). Искомые отклонения были найдены, но носили единичный характер и ровную, чётко-организованную функцию угла отклонения. Истолкование и результаты этого эксперимента в 1911 г. выливаются в представление модели атома Резерфорда. Согласно его теории, даже маленькое положительно заряженное ядро имеет вращающиеся вокруг него электроны. В 1919 г. Резерфорд отправляется в Кавендишскую лабораторию, где проводит (первым в истории) опыт по трансмутации одного вещества в другое, превратив с помощью ядерной реакции азот в кислород. Этот опыт он осуществляет совместно с Нильсом Бором, выдвигая при этом теорию о существовании нейтронов и об их предположительном свойстве возмещать отталкивающее свойство положительно заряженных протонов, порождая силу ядерного притяжения, удерживающую ядро от распада.
В 1932 г. эту теорию существования нейтронов доказывает Джеймс Чедвик, получивший в 1935 г. Нобелевскую премию в области физики за это открытие.
Личная жизнь
В 1900 г. Резерфорд женится на Марии Георгине Ньютон. У них рождается дочь, Эйлин Мария.
Награды и почести
В 1908 г. Резерфорд получает Нобелевскую премию за революционные открытия и успешные исследования процесса распада веществ и следующих из него химических свойств радиоактивных веществ. В 1914 г. Резерфорда посвящают в рыцари. В 1916 г. учёного награждают медалью имени сэра Джеймса Гектора. В 1919 г. Резерфорд возвращается в Кавендишскую лабораторию при Кембриджском университете, где его назначают на пост руководителя лаборатории. В это время он становится научным наставником ряда исследователей – Джеймса Чедвика, Джона Дугласа Коккрофта, Эдварда Виктора Эпплтона и Томаса Синтона Уолтона, каждый из которых получил Нобелевскую премию за работы в области атомных реакций, открытия нейтрона, наглядных демонстраций и химических опытов по вопросам элементарных частиц и ионосферы. В 1925 г. Резерфорда награждают почётным орденом «За заслуги» перед Великобританией. В 1931 г. он получает почётный титул барона Резерфорда Нельсонского и Кембриджского в графстве Кембридж.
После смерти, Резерфорда удостаивают чести быть похороненным в Вестминстерском аббатстве, рядом с Дж. Дж. Томсоном и сэром Исааком Ньютоном.
Смерть
Эрнест Резерфорд страдал пупочной грыжей, и оперировать его, в знак особой чести (как носителю британского ордена «За заслуги»), надлежало только титулованному хирургу. Из-за долгих поисков подходящей кандидатуры, время было упущено, и 19 октября 1937 г. в больнице Резерфорд внезапно скончался.
Оценка по биографии
Новая функция! Средняя оценка, которую получила эта биография. Показать оценку
Английский физик, первым осуществил искусственное превращение элементов. Характерно его высказывание в 1933 году: «Каждый, кто надеется, что преобразования атомных ядер станут источником энергии, исповедует вздор». Историки науки считают, что это - единственная крупная ошибка учёного…
Эрнст Резерфорд - лауреат Нобелевской премии по химии за 1908 год «за проведённые исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ». Он был членом всех Академий наук мира.
Эрнест Резерфорд родился в Новой Зеландии, но как учёный состоялся в Великобритании.
«Среди любимых поговорок Эрнста Резерфорда была такая: «Хорош тот экспериментатор, чьи результаты бесят теоретиков!» Сам Резерфорд был очень хорош в этом смысле. Сперва он ухитрился превратить один атом в другой. Потом он обнаружил атомы с разной массой, но одинаковыми химическими свойствами - Изотопы. Наконец, Резерфорд обнаружил, что большая часть объёма атома - пустая; только в центре присутствует заряженное ядро огромной плотности».
Смирнов С.Г., Лекции по истории науки, М., Изд-во МЦНМО, 2012 г., с.118.
«Одно из первых открытий Резерфорда заключалось в том, что радиоактивное излучение урана состоит из двух различных компонентов, которые учёный назвал альфа- и бета-лучи. Позже он продемонстрировал природу каждого компонента (они состоят из быстродвижущихся частиц) и показал, что существует ещё и третий компонент, который назвал гамма-лучами. Важная черта радиоактивности - это связанная с ней энергия. Беккерель, супруги Кюри и множество других ученых считали энергию внешним источником. Но Резерфорд доказал, что данная энергия - которая намного мощнее, чем освобождаемая при химических реакциях, - исходит изнутри отдельных атомов урана! Этим он положил начало важной концепции атомной энергии. Учёные всегда предполагали, будто отдельные атомы неделимы и неизменяемы. Но Резерфорд (с помощью очень талантливого молодого помощника Фредерика Содди ) смог показать, что когда атом испускает альфа- или бета-лучи, он преобразуется в атом иного сорта. Сначала химики не могли в это поверить. Однако Резерфорд и Содди провели целую серию экспериментов с радиоактивным распадом и трансформировали уран в свинец.
Также Резерфорд измерил скорость распада и сформулировал важную концепцию «полураспада». Это вскоре привело к технике радиоактивного исчисления, которое стало одним из важнейших научных инструментов и нашло широкое применение в геологии, археологии, астрономии и во многих других областях. Эта ошеломляющая серия открытий принесла Резерфорду в 1908 году Нобелевскую премию (позже Нобелевскую премию получил и Содди ), но его величайшее достижение было ещё впереди. Он заметил, что быстродвижущиеся альфа-частицы способны проходить сквозь тонкую золотую фольгу (не оставляя видимых следов!), но при этом слегка отклоняются. Возникло предположение, что атомы золота, твёрдые, непроницаемые, как «крошечные бильярдные шары» - как ранее считали учёные, - были мягкими внутри! Всё выглядело так, будто меньшие и более твердые альфа-частицы могут проходить сквозь атомы золота как высокоскоростная пуля через желе.
Но Резерфорд (работая с Гейгером и Марсденом , своими двумя молодыми помощниками) обнаружил, что некоторые альфа-частицы, проходя сквозь золотую фольгу, отклоняются очень сильно. Фактически некоторые вообще отлетают назад! Почувствовав, что за этим кроется нечто важное, учёный тщательно посчитал количество частиц, полетевших в каждом направлении. Затем путём сложного, но вполне убедительного математического анализа он показал единственный путь, которым можно было объяснить результаты экспериментов: атом золота состоял почти полностью из пустого пространства, а практически вся атомная масса была сконцентрирована в центре, в маленьком «ядре» атома!
Одним ударом труд Резерфорда навсегда потряс наше привычное видение мира. Если даже кусок металла - кажущийся самым твёрдым из всех предметов - являлся в основном пустым пространством, значит, всё, что мы считали вещественным, вдруг развалилось на крошечные песчинки, бегающие в необъятной пустоте! Открытие Резерфордом атомных ядер является основой всех современных теорий строения атома. Когда Нильс Бор через два года опубликовал знаменитый труд, описывающий атом как миниатюрную солнечную систему, управляемую квантовой механикой, он использовал для своей модели в качестве отправной точки ядерную теорию Резерфорда. Так же поступили Гейзенберг и Шрёдингер , когда они сконструировали более сложные атомные модели, используя классическую и волновую механику.
Открытие Резерфорда также привело к появлению новой ветви науки: изучение атомного ядра. В этой области Резерфорду тоже было суждено стать пионером. В 1919 году он добился успеха при трансформировании ядер азота в ядра кислорода, обстреливая первые быстродвижущимися альфа-частицами. Это было достижение, о котором мечтали древние алхимики. Вскоре стало ясно, что ядерные трансформации могут быть источником энергии Солнца. Более того, трансформация атомных ядер является ключевым процессом в атомном оружии и на атомных электростанциях. Следовательно, открытие Резерфорда вызывает гораздо больший интерес, чем просто академический.
Личность Резерфорда постоянно поражала всех, кто с ним встречался. Он был крупным человеком с громким голосом, беспредельной энергией и заметным недостатком скромности. Когда коллеги отмечали сверхъестественную способность Резерфорда всегда находиться «на гребне волны» научных исследований, он сразу отвечал: «А почему бы и нет? Ведь это я вызвал волну, не так ли?» Немногие учёные стали бы возражать против этого утверждения».
Майкл Харт, 100 великих людей, М., «Вече», 1998 г., с. 293-295.
«11 сентября 1933 г. на съезде Британской ассоциации содействия развитию науки (аналог нашего общества «Знание») выступил Резерфорд, как известно, открывший атомные ядра и их расщепление. Резерфорд в своей речи заявил, однако (это было широко освещено в газетах), что «всякий, кто ожидает получения энергии в результате трансформации атомов, говорит вздор». Иными словами, Резерфорд отрицал реальность использования атомной (ядерной) энергии. В этом он был не одинок и совершенно прав в том смысле, что в 1933 г. действительно не было видно никакого пути для использования ядерной энергии. Однако всего через пять лет ситуация полностью изменилась - было открыто деление урана, а через девять лет (в 1942 г.) заработал первый атомный котёл».
Эрнест Резерфорд
родился 30 августа 1871 года в Брайтуотере, живописном местечке Новой Зеландии. Он был четвертым ребенком в семье выходцев из Шотландии Джеймса Резерфорда и Марты Томсон, и из двенадцати детей он оказался наиболее одаренным. Эрнест блестяще закончил начальную школу, получив 580 баллов из 600 возможных и премию в 50 фунтов стерлингов для продолжения образования.
В колледже в Нельсоне, где Эрнеста Резерфорда приняли в пятый класс, учителя обратили внимание на его исключительные математические способности. Но математиком Эрнест не стал. Не стал он и гуманитарием, хотя проявлял недюжинные способности к языкам и литературе. Судьбе угодно было распорядиться, чтобы Эрнест увлёкся естественными науками -- физикой и химией.
После окончания колледжа Резерфорд поступил в Кентерберийский университет, и уже на втором курсе он выступил с докладом "Эволюция элементов", в котором высказал предположение, что химические элементы представляют собой сложные системы, состоящие из одних и тех же элементарных частиц. Студенческий доклад Эрнеста не был должным образом оценён в университете, однако его экспериментальные работы, например, создание приёмника электромагнитных волн, удивили даже крупных учёных. Спустя всего несколько месяцев ему была присуждена "стипендия 1851 года", которой отмечались самые талантливые выпускники провинциальных английских университетов.
После этого Резерфорд в течение трёх лет работал в Кембридже, в Кавендишской лаборатории, под руководством известного физика Джозефа-Джона Томсона. В 1898 г. он начал изучать радиоактивность. Первое же фундаментальное открытие Резерфорда в этой области - обнаружение неоднородности излучения, испускаемого ураном -- сделало его имя известным в научном мире; благодаря ему в науку вошло понятие об альфа- и бета-излучении.
В том же году 26-летнего Резерфорда пригласили в Монреаль в качестве профессора Мак-Гиллского университета -- лучшего в Канаде. Этот университет получил название по имени своего основателя -- переселенца из Шотландии, которому под конец жизни удалось разбогатеть. Перед отъездом Резерфорда в Канаду Дж. Томсон вручил ему рекомендательное письмо, где было написано: "В моей лаборатории ещё никогда не было молодого учёного с таким энтузиазмом и способностями к оригинальным исследованиям, как господин Резерфорд, и я уверен, что, если он будет избран, то создаст выдающуюся школу физиков в Монреале…". Предсказание Томсона сбылось. Резерфорд проработал в Канаде 10 лет и действительно создал там научную школу.
В 1903 г. 32-летний ученый был избран членом Лондонского Королевского общества -- британской Академии наук.
В 1907 г. Резерфорд вместе с семьей переезжает из Канады в Англию, чтобы занять должность профессора кафедры физики Манчестерского университета. Сразу же после приезда Резерфорд занялся экспериментальными исследованиями радиоактивности. Вместе с ним работал его помощник и ученик, немецкий физик Ханс Гейгер (1882-1945), разработавший ионизационный метод измерения интенсивности излучения - широко известный счетчик Гейгера. Резерфорд произвел серию опытов, подтвердивших, что альфа-частицы представляют собой дважды ионизованные атомы гелия. Вместе с другим своим учеником, Эрнестом Марсденом (1889-1970), он исследовал особенности прохождения альфа-частиц через тонкие металлические пластинки. На основании этих опытов ученый предложил планетарную модель атома: в центре атома - ядро, вокруг которого вращаются электроны. Резерфорд предсказал открытие нейтрона, возможность расщепления атомных ядер легких элементов и искусственных ядерных превращений.
В течение 18 лет - с 1919 года и до конца своей жизни - Резерфорд возглавлял основанную в 1874 году Кавендишскую лабораторию. До него ею руководили великие английские физики Максвелл, Релей и Томсон. Резерфорд не дожил всего нескольких лет до того, как немецкие физики Отто Ган (1879-1968) и Лизе Майтнер (Мейтнер) (1878-1968) открыли деление урана.
По словам Патрика Блэкетта, одного из ближайших сотрудников Резерфорда, это открытие "в известном смысле явилось последним из великих открытий в ядерной физике, отличающейся от физики элементарных частиц. Резерфорд не дожил до кульминационного пункта развития направления, которое фактически было областью его научной деятельности
".
Эрнест Резерфорд
Резерфорд Эрнест (1871-1937), английский физик, один из создателей учения о радиоактивности и строении атома, основатель научной школы, иностранный член-корреспондент РАН (1922) и почетный член АН СССР (1925). Директор Кавендишской лаборатории (с 1919). Открыл (1899) альфа- и бета-лучи и установил их природу. Создал (1903, совместно с Ф. Содди) теорию радиоактивности. Предложил (1911) планетарную модель атома. Осуществил (1919) первую искусственную ядерную реакцию. Предсказал (1921) существование нейтрона. Нобелевская премия (1908).
Английский физик
Резерфорд, Эрнест (Rutherford, Ernest) (1871–1937), английский физик. Родился 30 августа 1871 в Спринг-Гроуве (Новая Зеландия). Окончил Новозеландский университет в Крайстчёрче. В 1895–1898 занимался исследованиями в Кавендишской лаборатории в Кембридже под руководством Дж.Томпсона. В 1898 стал профессором физики Макгильского университета в Монреале. В 1907 Резерфорд вернулся в Англию. В 1907–1919 – профессор физики Манчестерского университета, с 1919 – профессор Кембриджского университета и директор Кавендишской лаборатории, в 1920 – профессор физики Королевского института в Лондоне.
Исследования Резерфорда посвящены радиоактивности, атомной и ядерной физике. В 1899 он открыл a- и b-излучение, в 1900 ввел понятие периода полураспада. В 1903 Резерфорд вместе с Ф.Содди разработал теорию радиоактивного распада и установил закон радиоактивных превращений элементов, в 1911 предложил планетарную модель атома с массивным центральным ядром и обращающимися вокруг него электронами, установил распределение электрического заряда в атоме. В 1919 первым осуществил искусственную ядерную реакцию, бомбардируя быстрыми a-частицами атомы азота. Это открытие почти 20 лет спустя привело к созданию атомной бомбы. В 1903 Резерфорд был избран членом Лондонского королевского общества, с 1925 по 1930 был его президентом. В 1908 был удостоен Нобелевской премии по химии, награжден «Орденом за заслуги». В 1931 Резерфорд стал пэром Англии, получив титул лорда Нельсона. Резерфорд создал большую школу физиков. У него учились П.Л.Капица , Ю.Б.Харитон, А.И.Лейпунский. Умер Резерфорд в Кембридже 19 октября 1937.
Использованы материалы энциклопедии "Мир вокруг нас"
Член палаты лордов
Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 года вблизи города Нелсон (Новая Зеландия) в семье переселенца из Шотландии . Окончив школу в Хавелоке, он поступил в колледж провинции Нельсон в 1887 году. Через два года Эрнест сдал экзамен в Кентерберийский колледж - филиал Новозеландского университета в Крайчестере. В 1892 году Резерфорду была присуждена степень бакалавра гуманитарных наук. На следующий год он стал магистром гуманитарных наук, лучше всех сдав экзамены по математике и физике. Его магистерская работа касалась обнаружения высокочастотных радиоволн. В 1894 году появилась его первая печатная работа "Намагничение железа высокочастотными разрядами". В 1895 году Резерфорд приехал в Англию, где получил приглашение Дж.Дж. Томсона работать в Кембридже в лаборатории Кавендиша.
В 1896 году появляется совместная работа Томсона и Резерфорда "О прохождении электричества через газы, подвергнутые действию лучей Рентгена". В следующем году выходит в свет статья Резерфорда "Магнитный детектор электрических волн и некоторые его применения". В 1897 году появляется и его новая работа "Об электризации газов, подверженных действию рентгеновских лучей, и о поглощении рентгеновского излучения газами и парами".
Томсон и Резерфорд выдвинули предположение, что, когда рентгеновские лучи проходят через газ, они разрушают атомы этого газа, высвобождая одинаковое число положительно и отрицательно заряженных частиц. Эти частицы они назвали ионами. В 1898 году Резерфорд стал профессором Макгиллского университета в Монреале, где начал серию важных экспериментов, касающихся радиоактивного излучения элемента урана.
В Канаде совместно с Содди он открыл радиоактивный распад и его закон. Здесь им была написана книга "Радиоактивность".
В своей работе Резерфорд и Содди коснулись вопроса об энергии радиоактивных превращений. Подсчитывая энергию испускаемых радием к-частиц, они приходят к выводу, что "энергия радиоактивных превращений, по крайней мере, в 20 000 раз, а может, и в миллион раз превышает энергию любого молекулярного превращения". Эта огромная энергия, по их мнению, должна учитываться "при объяснении явлений космической физики". В частности, постоянство солнечной энергии можно объяснить тем, "что на Солнце идут процессы субатомного превращения".
В 1908 году Резерфорду была присуждена Нобелевская премия по химии. После получения Нобелевской премии Резерфорд занялся изучением явления, которое наблюдалось при бомбардировке пластинки тонкой золотой фольги альфа-частицами, излучаемыми таким радиоактивным элементом, как уран. В 1911 году Резерфорд предложил новую модель атома. Согласно его теории, положительно заряженные частицы сосредоточены в тяжелом центре атома, а отрицательно заряженные (электроны) находятся на орбите ядра, на довольно большом расстоянии от него. Эта модель, подобна крошечной модели Солнечной системы, подразумевает, что атомы состоят главным образом из пустого пространства.
Во время войны английское правительство назначило Резерфорда членом "адмиральского штаба изобретений и исследований" - организации, созданной для изыскания средств борьбы с подводными лодками противника. После войны он вернулся в манчестерскую лабораторию. В 1919 он году Резерфорду удалось провести искусственным путем первую реакцию превращения атомов. Бомбардируя атомы азота к-частицами, Резерфорд открыл, что при этом образуются атомы кислорода.
В 1919 году Резерфорд стал профессором экспериментальной физики и директором Кавендишской лаборатории. В 1921-м он занял должность профессора естественных наук в Королевском институте в Лондоне. В 1925 году ученый был награжден британским орденом "За заслуги". В 1930 году Резерфорд был назначен председателем правительственного консультативного совета Управления научных и промышленных исследований. В 1931 году он получил звание лорда и стал членом палаты лордов английского парламента.
Почти до конца жизни он отличался крепким здоровьем и умер в Кембридже 20 октября 1937 года после непродолжительной болезни.
Использованы материалы сайта http://100top.ru/encyclopedia/
Литература:
Резерфорд Э. Избранные научные труды. Радиоактивность. М., 1971
Резерфорд Э. Избранные научные труды. Строение атома и искусственное превращение элементов. М., 1972
Резерфорд – ученый и учитель. К 100-летию со дня рождения. Под ред. П.Л.Капицы. М., 1973