Rutherford Ernest (elinvuodet: 30.8.1871 - 19.10.1937) - englantilainen fyysikko, atomin planeettamallin luoja, ydinfysiikan perustaja. Hän oli Lontoon kuninkaallisen seuran jäsen ja vuosina 1925-1930 - ja sen presidentti. Tämä mies on voittanut Nobelin kemianpalkinnon, jonka hän sai vuonna 1908.
Tuleva tiedemies syntyi pyöräntekijä James Rutherfordin ja opettaja Martha Thompsonin perheeseen. Perheeseen kuului hänen lisäksi 5 tytärtä ja 6 poikaa.
Koulutus ja ensimmäiset palkinnot
Ennen kuin perhe muutti Uuden-Seelannin Eteläsaarelta North Islandille vuonna 1889, Rutherford Ernest opiskeli Christchurchissa Canterbury Collegessa. Jo tällä hetkellä tulevan tiedemiehen loistavat kyvyt paljastettiin. Valmistuttuaan 4. luokasta Ernest palkittiin parhaasta työstä matematiikan alalla ja saavutti myös 1. sijan fysiikan ja matematiikan maisterikokeissa.
Magneettisen ilmaisimen keksintö
Rutherfordista ei tullut taiteen mestarijätti yliopiston. Hän sukeltaa itsenäiseen tieteelliseen työhön raudan magnetoinnista. Hän kehitti ja valmisti erityisen laitteen - magneettisen ilmaisimen, josta tuli yksi maailman ensimmäisistä sähkömagneettisten a altojen vastaanottimista sekä Rutherfordin "sisäänpääsylippu" suureen tieteeseen. Hänen elämässään tapahtui pian tärkeä muutos.
Rutherford lähtee Englantiin
Englannin kruunun lahjakkaimmat nuoret tutkijat Uudesta-Seelannista saivat stipendin kahden vuoden välein. Vuoden 1851 maailmannäyttely, joka mahdollisti lähtemisen Englantiin opiskelemaan tieteitä. Vuonna 1895 päätettiin, että kaksi uusiseelantilaista ansaitsevat tällaisen kunnian - fyysikko Rutherford ja kemisti Maclaurin. Paikkoja oli kuitenkin vain yksi, ja Ernestin toiveet pettyivät. Onneksi Maclaurin joutui jättämään tämän matkan perhesyistä, ja Rutherford Ernest saapui Englantiin syksyllä 1895. Täällä hän aloitti työt Cambridgen yliopistossa (Cavendishin laboratoriossa) ja hänestä tuli sen johtajan J. Thomsonin ensimmäinen tohtoriopiskelija (kuvassa alla).
Becquerel-säteiden tutkimus
Thomson oli siihen aikaan jo tunnettu tiedemies, yksi Lontoon kuninkaallisen seuran jäsenistä, jota kaikki kunnioittivat. Hän arvosti nopeasti Rutherfordin kykyjä ja houkutteli hänet tutkimaan kaasujen ionisaatiota röntgensäteiden vaikutuksen alaisena, minkä hän suoritti. Kuitenkin jo vuonna 1898, kesällä, Ernest ottaa ensimmäiset askeleensa toisella tutkimusalueella. Hän oli kiinnostunut "becquerel-säteistä". Uraanisuolan päästö, avoinBecquerel, ranskalainen fyysikko, tuli myöhemmin tunnetuksi radioaktiivisena. Ranskalainen tiedemies, samoin kuin Curiet, osallistuivat aktiivisesti hänen tutkimukseensa. Vuonna 1898 Rutherford Ernest liittyi työhön. Tämä tiedemies havaitsi, että nämä säteet sisältävät heliumytimien virtoja, positiivisesti varautuneita (alfahiukkasia) sekä elektronivirtoja (beetahiukkasia).
Uraanisäteiden lisätutkimus
Curieiden työ esiteltiin Pariisin tiedeakatemialle 18. heinäkuuta 1898, mikä herätti Rutherfordin suurta kiinnostusta. Siinä kirjoittajat huomauttivat, että uraanin lisäksi on muita radioaktiivisia (tätä termiä käytettiin juuri silloin) alkuaineita. Rutherford esitteli myöhemmin puoliintumisajan käsitteen, joka on yksi näiden alkuaineiden pääpiirteistä.
Ernest joulukuussa 1897 jatkoi näyttelystipendiä. Tiedemies sai mahdollisuuden tutkia edelleen uraanin säteitä. Huhtikuussa 1898 professuuri paikallisessa McGill-yliopistossa vapautui Montrealissa, ja Ernest päätti mennä Kanadaan. Oppisopimusten aika on ohi. Kaikille oli selvää, että Rutherford oli valmis työskentelemään yksin.
Muutto Kanadaan ja uusi työpaikka
Syksyllä 1898 hän muutti Kanadaan. Aluksi Rutherfordin opetus ei ollut kovin onnistunut: opiskelijat eivät pitäneet luennoista, joita nuori professori, joka ei ollut vielä oppinut täysin tuntemaan yleisöä, ylikyllästyi yksityiskohdilla. Tieteellisessä työssä oli myös vaikeuksia, mikä johtui siitä, että Rutherfordin tilaamien radioaktiivisten valmisteiden saapuminen viivästyi. Kuitenkin kaikkiepätasaisuus tasoittui pian, ja Ernest aloitti onnen- ja menestyksen sarjan. Menestyksestä ei kuitenkaan kannata puhua: kaikki saavutettiin kovalla työllä, johon osallistuivat hänen uudet ystävänsä ja samanhenkiset ihmiset.
Radioaktiivisten muutosten lain löytäminen
Rutherfordin ympärillä muodostui jo silloin luovan innostuksen ja intohimon ilmapiiri. Työ oli iloista ja intensiivistä, se johti suureen menestykseen. Rutherford löysi toriumin emanaation vuonna 1899. Yhdessä Soddyn kanssa vuosina 1902-1903 hän päätyi jo yleiseen lakiin, joka koskee kaikkia radioaktiivisia muutoksia. Tästä tärkeästä tieteellisestä tapahtumasta pitäisi kertoa hieman enemmän.
Tutkijat ympäri maailmaa oppivat tuolloin lujasti, että yhtä kemiallista alkuainetta oli mahdotonta muuttaa toiseksi, joten alkemistien unelmat kullan erottamisesta lyijystä tulisi haudata ikuisesti. Ja sitten ilmestyi teos, jossa väitettiin, että radioaktiivisten hajoamisen aikana elementtien muunnoksia ei vain tapahdu, vaan niitä ei voida hidastaa eikä pysäyttää. Lisäksi näiden muunnosten lait muotoiltiin. Nykyään ymmärrämme, että ytimen varaus määrittää alkuaineen kemialliset ominaisuudet ja sen sijainnin Mendelejevin jaksollisessa järjestelmässä. Kun ytimen varaus pienenee kahdella yksiköllä, mikä tapahtuu alfa-hajoamisen aikana, se "liikkuu" 2 solua ylöspäin jaksollisessa taulukossa. Se siirtää yhden solun alaspäin elektronisessa beeta-hajoamisessa ja yhden solun ylöspäin positronihajoamisessa. Huolimatta tämän lain ilmeisyydestä ja ilmeisestä yksinkertaisuudesta, tämä löytö oli yksi tieteen tärkeimmistä tapahtumista 20-luvun alussa.vuosisadalla.
Avioliitto Mary Georgina Newtonin kanssa, tyttären syntymä
Samaan aikaan Ernestin henkilökohtaisessa elämässä tapahtui tärkeä tapahtuma. 5 vuotta kihlauksen jälkeen Mary Georgina Newtonin kanssa tiedemies Ernest Rutherford meni naimisiin hänen kanssaan, jonka elämäkerta oli jo tähän mennessä leimannut merkittäviä saavutuksia. Tämä tyttö oli Christchurchissa, jossa hän kerran asui, täysihoitolan vuokraemäntä tytär. Vuonna 1901, 30. maaliskuuta, syntyi Rutherfordin perheen ainoa tytär. Tämä tapahtuma osui melkein samaan aikaan fysiikan tieteen uuden luvun - ydinfysiikan - syntymisen kanssa. Ja kahden vuoden kuluttua Rutherfordista tuli Lontoon Royal Societyn jäsen.
Rutherfordin kirjat, kokeita läpikuultavalla kalvolla alfahiukkasilla
Ernest loi 2 kirjaa, joissa hän tiivisti tieteellisten hakujensa ja saavutustensa tulokset. Ensimmäinen julkaistiin nimellä "Radioactivity" vuonna 1904. "Radioaktiiviset muutokset" ilmestyivät vuotta myöhemmin. Näiden kirjojen kirjoittaja aloitti uuden tutkimuksen tähän aikaan. Hän tajusi, että radioaktiivinen säteily oli peräisin atomeista, mutta sen esiintymispaikka jäi täysin epäselväksi. Oli tarpeen tutkia ytimen laitetta. Ja sitten Ernest kääntyi alfahiukkasten läpivalaisutekniikkaan, jolla hän aloitti työnsä Thomsonin kanssa. Kokeissa tutkittiin, kuinka näiden hiukkasten virtaus kulkee ohuiden kalvolevyjen läpi.
Thomsonin ensimmäinen atomin malli
Ensimmäistä atomin mallia ehdotettiin, kun tiedettiin, että elektroneilla on negatiivinen varaus. Ne kuitenkin siirtyvät atomeihin,ovat yleensä sähköisesti neutraaleja. Joten sen koostumuksessa täytyy olla jotain, joka kantaa positiivista varausta. Tämän ongelman ratkaisemiseksi Thomson ehdotti seuraavaa mallia: atomi on positiivisesti varautunut pisara, jonka säde on senttimetrin sadasmiljoonasosa. Sen sisällä on pieniä elektroneja, joilla on negatiivinen varaus. Coulombin voimien vaikutuksesta ne pyrkivät asettumaan aivan atomin keskelle, mutta jos jokin epätasapainottaa niitä, ne värähtelevät säteilyn mukana. Tämä malli selitti emissiospektrien olemassaolon, mikä tuolloin tiedettiin. Kokeissa on jo käynyt selväksi, että kiinteissä aineissa atomien väliset etäisyydet ovat suunnilleen samat kuin niiden koko. Sen vuoksi vaikutti ilmeiseltä, etteivät alfahiukkaset voisi lentää kalvon läpi, kuten kivi ei voinut lentää metsän läpi, jossa puut kasvoivat lähes lähellä toisiaan. Kuitenkin aivan ensimmäiset Rutherfordin tekemät kokeet vakuuttivat, että näin ei ollut. Suurin osa alfa-hiukkasista, lähes ilman taipumaa, tunkeutui kalvon läpi, ja vain muutama osoitti taipumaa, joskus merkittävää. Ernest Rutherford oli erittäin kiinnostunut tästä. Mielenkiintoiset tosiasiat vaativat lisätutkimusta.
Rutherfordin planeettamalli
Ja sitten Rutherfordin intuitio ja tämän tiedemiehen kyky ymmärtää luonnon kieltä ilmestyi jälleen. Ernest hylkäsi päättäväisesti Thomsonin atomimallin. Rutherfordin kokeet johtivat siihen, että hän esitti omansa, nimeltään planetaari. Hänen mukaansa keskustassaatomin ydin on ydin, johon tietyn atomin koko massa on keskittynyt sen melko pienestä koosta huolimatta. Ja ytimen ympärillä, kuten aurinkoa kiertävät planeetat, elektronit liikkuvat. Niiden massat ovat oleellisesti pienemmät kuin alfahiukkasten, ja siksi viimeksi mainitut eivät käytännössä poikkea tunkeutuessaan elektronipilvien läpi. Ja vain kun alfahiukkanen lentää lähellä positiivisesti varautunutta ydintä, Coulombin hylkivä voima voi taivuttaa jyrkästi sen liikkeen lentorataa. Tämä on Rutherfordin teoria. Se oli varmasti hieno löytö.
Sähködynamiikan lait ja planeettamalli
Rutherfordin kokemus riitti vakuuttamaan monet tiedemiehet planeettamallin olemassaolosta. Kävi kuitenkin ilmi, että asia ei ole niin yksiselitteinen. Rutherfordin kaava, jonka hän johti tämän mallin perusteella, oli yhdenmukainen kokeen aikana saatujen tietojen kanssa. Hän kuitenkin kiisti sähködynamiikan lait!
Nämä lait, jotka pääosin Maxwellin ja Faradayn teosten perusteella vahvistivat, väittävät, että kiihdytetyllä nopeudella liikkuva varaus säteilee sähkömagneettisia a altoja ja menettää tämän vuoksi energiaa. Rutherfordin atomissa elektroni liikkuu ytimen Coulombin kentässä kiihtyvällä nopeudella ja Maxwellin teorian mukaan sen täytyy menettää kaikki energiansa kymmenessä miljoonasosassa sekunnissa ja pudota sitten ytimeen. Näin ei kuitenkaan käynyt. Näin ollen Rutherfordin kaava kumosi Maxwellin teorian. Ernest tiesi tämän, kun oli aika palata Englantiin vuonna 1907.
Muuta Manchesteriin ja vastaanota Nobel-palkinto
Ernestin työ McGillissäYliopisto vaikutti siihen, että hänestä tuli erittäin kuuluisa. Rutherford alkoi kilpailla kutsujen kanssa eri maiden tiedekeskuksiin. Tiedemies keväällä 1907 päätti lähteä Kanadasta ja saapui Manchesteriin, Victorian yliopistoon, missä hän jatkoi tutkimustaan. Yhdessä H. Geigerin kanssa hän loi vuonna 1908 alfahiukkaslaskurin - uuden laitteen, jolla oli tärkeä rooli sen selvittämisessä, että alfahiukkaset ovat heliumatomeja, kaksinkertaisesti ionisoituja. Rutherford Ernest, jonka löydöt olivat erittäin tärkeitä, sai Nobel-palkinnon vuonna 1908 (kemiassa, ei fysiikassa!).
Yhteistyö Niels Bohrin kanssa
Samaan aikaan planeettakuvio v altasi hänen mielensä yhä enemmän. Ja maaliskuussa 1912 Rutherford alkoi tehdä yhteistyötä ja olla ystäviä Niels Bohrin kanssa. Bohrin (hänen valokuvansa on esitetty alla) suurin ansio oli se, että hän toi planeettamalliin perustavanlaatuisia uusia piirteitä - idean kvantista.
Hän esitti "postulaatteja", jotka vaikuttivat sisäisesti ristiriitaisilta ensi silmäyksellä. Hänen mukaansa atomilla on kiertoradat. Niitä pitkin liikkuva elektroni ei säteile sähködynamiikan lakien vastaisesti, vaikka sillä on kiihtyvyys. Tämä tiedemies esitti säännön, jolla nämä kiertoradat voidaan löytää. Hän havaitsi, että säteilykvantit ilmestyvät vain, kun elektroni liikkuu kiertorad alta toiselle. Rutherford-Bohrin atomin malli ratkaisi monia ongelmia, ja siitä tuli myös läpimurto uusien ideoiden maailmaan. Sen löytö johti aineesta ja sen liikkeestä annettujen ajatusten radikaaliin tarkistamiseen.
Edelleen laajaa toimintaa
Vuonna 1919Rutherfordista tuli Cambridgen yliopiston professori ja Cavendish-laboratorion johtaja. Kymmenet tiedemiehet pitivät häntä oikeutetusti opettajanaan, mukaan lukien ne, jotka myöhemmin voittivat Nobel-palkinnon. Nämä ovat J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Khariton, P. L. Kapitsa, G. Gamov ym. Kunnia- ja palkintojen virtaus tuli yhä runsaammaksi. Vuonna 1914 Rutherford sai aateliston. Hänestä tuli British Associationin puheenjohtaja vuonna 1923, ja vuosina 1925–1930 hän oli Royal Societyn puheenjohtaja. Ernest saa paronin arvonimen vuonna 1931 ja hänestä tulee lordi. Huolimatta yhä suuremmista työkuormista, ei vain tieteellisistä, hän kuitenkin jatkaa hyökkäämistä ytimen ja atomin mysteereitä vastaan.
Tarjoamme sinulle mielenkiintoisen faktan, joka liittyy Rutherfordin tieteelliseen toimintaan. Tiedetään, että Ernest Rutherford käytti työntekijöitään valitessaan seuraavaa kriteeriä: hän antoi hänen luokseen ensimmäistä kertaa tulleelle henkilölle tehtävän, ja jos uusi työntekijä kysyi, mitä tehdä seuraavaksi, hänet erotettiin välittömästi.
Tutkija on jo aloittanut kokeita, jotka päättyivät atomiytimien keinotekoisen fission ja kemiallisten alkuaineiden keinotekoisen muuntamisen löytämiseen. Vuonna 1920 Rutherford ennusti deuteronin ja neutronin olemassaolon, ja vuonna 1933 hänestä tuli alullepanija ja osallistuja kokeessa, jossa testattiin energian ja massan suhdetta ydinprosesseissa. Vuonna 1932, huhtikuussa, hän kannatti ajatusta protonikiihdyttimien käytöstä ydinreaktioiden tutkimuksessa.
Rutherfordin kuolema
Ernest Rutherfordin teoksilla ja hänen useiden sukupolvien opiskelijoiden työllä oli v altava vaikutus tieteeseen ja teknologiaan, miljoonien ihmisten elämään. Suuri tiedemies ei tietenkään voinut olla ajattelematta, olisiko tämä vaikutus myönteinen. Hän oli kuitenkin optimisti, uskoi pyhästi tieteeseen ja ihmisiin. Ernest Rutherford, jonka lyhyt elämäkerta olemme kuvanneet, kuoli vuonna 1937 19. lokakuuta. Hänet haudattiin Westminster Abbeyyn.
