56. ERNEST RUTHERFORD (1871–1937) Ernest Rutherford je považovaný za najväčšieho experimentálneho fyzika 20. storočia. Je ústrednou postavou v našom poznaní rádioaktivity a mužom, ktorý bol priekopníkom jadrovej fyziky. Okrem jeho

Ako Ernest Rutherford klasifikoval vedu? Počas veľkej časti 20. storočia (od 10. do 60. rokov 20. storočia) mnohí fyzici pozerali cez prsty na svojich vedeckých kolegov v iných oblastiach vedy. Hovorí sa, že keď manželka Američana

RUTHERFORD (Rutherford, Ernest, 1871–1937), anglický fyzik 52 Vedy sa delia na fyziku a zbieranie známok. Ako sa v knihe uvádza Rutherfordov „slávny vtip“. Ernest Rutherford od J. B. Burksa v Manchestri (1962). ? Birks J. B. Rutherford v Manchestri. – Londýn, 1962, s.

BEVIN, Ernest (Bevin, Ernest, 1881–1951), britský labouristický politik, 1945–1951. Minister zahraničných vecí29Ak otvoríte túto Pandorinu skrinku, nedá sa povedať, aký druh trójskych koní vyskočí. O Rade Európy; uvedené v knihe. R. Barclay "Ernest Bevin a ministerstvo zahraničných vecí" (1975).

RENAN, Ernest (Renan, Ernest, 1823–1892), francúzsky historik23bGrécky zázrak. // Miracle grec.„Modlitba k Akropole“ (1888) „Dlho som už neveril v zázrak v doslovnom zmysle; a jedinečný osud židovského národa, smerujúci k Ježišovi a kresťanstvu, sa mi zdal niečo

Prvá strana článku E. Rutherforda vo Philosophical Magazine, 6, 21 (1911), v ktorom bol prvýkrát predstavený pojem „atómové jadro“.

Atómové jadro, ktoré pred 100 rokmi objavil E. Rutherford, je viazaný systém interagujúcich protónov a neutrónov. Každé atómové jadro je svojím spôsobom jedinečné. Na popis atómových jadier boli vyvinuté rôzne modely, ktoré popisujú jednotlivé špecifické vlastnosti atómových jadier. Štúdium vlastností atómových jadier otvorilo nový svet - subatomárny kvantový svet a viedlo k zavedeniu nových zákonov zachovania a symetrie. Poznatky získané v jadrovej fyzike sú široko využívané v prírodných vedách od štúdia živých systémov až po astrofyziku.

1. 1911 Rutherford objavuje atómové jadro.

Vo vydaní Philosophical Magazine z júna 1911 bola publikovaná práca E. Rutherforda „Rozptyľovanie α- a β-častíc hmotou a štruktúrou atómu“, v ktorej bol koncept tzv. "atómové jadro".
E. Rutherford analyzoval výsledky práce G. Geigera a E. Marsdena o rozptyle α-častíc na tenkej zlatej fólii, v ktorej sa neočakávane zistilo, že malý počet α-častíc je vychýlených o uhol väčší ako 90°. Tento výsledok bol v rozpore s vtedajším dominantným modelom atómu od J. J. Thomsona, podľa ktorého atóm pozostával zo záporne nabitých elektrónov a rovnakého množstva kladnej elektriny rovnomerne rozloženej v sfére s polomerom R ≈ 10 - 8 cm. Na vysvetlenie získaných výsledkov Geiger a Marsden, Rutherford vyvinul model rozptylu bodového elektrického náboja iným bodovým nábojom na základe Coulombovho zákona a Newtonových pohybových zákonov a získal závislosť pravdepodobnosti rozptylu α-častíc pod uhlom θ od energie E. dopadajúcej α-častice

Uhlové rozloženie častíc α namerané Geigerom a Marsdenom by sa dalo vysvetliť iba vtedy, ak by sme predpokladali, že atóm má centrálny náboj rozložený v oblasti veľkosti<10 -12 см. Результирующий заряд ядра приблизительно равен Ae/2, где A - вес атома в атомных единицах массы, e - фундаментальная единица заряда. Точность определения величины заряда ядра золота составила ≈ 20%. Так возникла планетарная модель атома, согласно которой атом состоит из массивного положительно заряженного атомного ядра и вращающихся вокруг него электронов. Так как в целом атом электрически нейтрален - положительный заряд ядра компенсировался отрицательным зарядом электронов. Число электронов в атоме определялось величиной заряда ядра Z.

V roku 1910 prišiel do Rutherfordovho laboratória pracovať mladý vedec Marsden. Požiadal Rutherforda, aby mu dal nejaký veľmi jednoduchý problém. Rutherford mu dal pokyn, aby spočítal alfa častice prechádzajúce hmotou a našiel ich rozptyl. Rutherford zároveň poznamenal, že podľa jeho názoru by Marsden nenašiel nič nápadné. Rutherford založil svoje úvahy na Thomsonovom modeli atómu, ktorý bol v tom čase prijatý. V súlade s týmto modelom bol atóm reprezentovaný guľou s veľkosťou 10 -8 cm s rovnomerne rozloženým kladným nábojom, v ktorom boli rozptýlené elektróny. Harmonické vibrácie posledne menovaného určovali emisné spektrá. Je ľahké ukázať, že alfa častice by mali ľahko prechádzať cez takúto guľu a nebolo možné očakávať špeciálny rozptyl. Alfa častice minuli všetku energiu na svojej ceste na vyvrhnutie elektrónov, ktoré ionizovali okolité atómy.
Marsden pod vedením Geigera začal robiť svoje pozorovania a čoskoro si všimol, že väčšina častíc alfa prechádza hmotou, ale stále je tu viditeľný rozptyl a zdá sa, že niektoré častice sa odrazia späť. Keď sa o tom Rutherford dozvedel, povedal:
— Toto je nemožné. To je rovnako nemožné, ako je nemožné, aby sa guľka odrazila od papiera.
Táto fráza ukazuje, ako konkrétne a obrazne videl tento jav.
Marsden a Geiger publikovali svoju prácu a Rutherford okamžite rozhodol, že existujúca myšlienka atómu je nesprávna a je potrebné ju radikálne revidovať.
Štúdiom zákona o distribúcii odrazených α-častíc sa Rutherford pokúsil určiť, aké rozloženie poľa vo vnútri atómu bolo potrebné, aby sa určil zákon disperzie, podľa ktorého by sa α-častice mohli dokonca vrátiť späť. Dospel k záveru, že je to možné, keď celý náboj nie je sústredený v celom objeme atómu, ale v strede. Veľkosť tohto centra, ktoré nazval jadrom, je veľmi malá: 10 -12 —10 -13 cm v priemere. Ale kam by sme potom mali umiestniť elektróny? Rutherford sa rozhodol, že negatívne nabité elektróny by mali byť rozmiestnené v kruhu – mohli by sa držať rotáciou, ktorej odstredivá sila vyrovnáva príťažlivú silu kladného náboja jadra. V dôsledku toho model atómu nie je nič iné ako určitá slnečná sústava pozostávajúca z jadra - Slnka a elektrónov - planét. Tak vytvoril svoj model atómu.
Tento model sa stretol s úplným zmätením, pretože bol v rozpore s niektorými vtedajšími, zdanlivo neotrasiteľnými, základmi fyziky..

P.L. Kapitsa. "Spomienky na profesora E. Rutherforda"

1909-1911 Pokusy G. Geigera a E. Marsdena

G. Geiger a E. Marsden videli, že pri prechode cez tenkú zlatú fóliu väčšina častíc α podľa očakávania preletela bez vychýlenia, ale neočakávane sa zistilo, že niektoré častice α boli vychýlené pod veľmi veľkými uhlami. Niektoré častice alfa boli dokonca rozptýlené v opačnom smere. Výpočty intenzity elektrického poľa atómov v modeloch Thomson a Rutherford ukazujú významný rozdiel medzi týmito modelmi. Intenzita poľa kladného náboja rozloženého po povrchu atómu v prípade Thomsonovho modelu je ~1013 V/m. V Rutherfordovom modeli kladný náboj umiestnený v strede atómu v oblasti R< 10 -12 см создаёт напряженности поля на 8 порядков больше. Только такое сильное электрического поле массивного заряженного тела может отклонить α-частицы на большие углы, в то время как в слабом электрическом поле модели Томсона это было невозможно.

E. Rutherford, 1911 „To je dobre známeα - Aβ -častice pri zrážke s atómami látky zažijú odchýlku od priamej dráhy. Tento rozptyl je oveľa zreteľnejší vβ -častice nežα -častice, pretože majú výrazne nižšie impulzy a energie. Nie je teda pochýb o tom, že takéto rýchlo sa pohybujúce častice prenikajú do atómov, s ktorými sa stretávajú, a že pozorované odchýlky sú spôsobené silným elektrickým poľom pôsobiacim v rámci atómového systému. Zvyčajne sa predpokladalo, že rozptyl lúčovα - aleboβ -lúče prechádzajúce tenkou platňou hmoty sú výsledkom početných malých rozptylov pri prechode atómov látky. Pozorovania Geigera a Marsdena však ukázali, že určité množstvoα -častice sa pri jedinej zrážke vychýlia o viac ako 90°. Jednoduchý výpočet ukazuje, že v atóme musí existovať silné elektrické pole, aby sa pri jedinej zrážke vytvorilo také veľké vychýlenie.“

1911 E. Rutherford. Atómové jadro

α + 197 Au → α + 197 Au

Ernest Rutherford (1891-1937)

Na základe planetárneho modelu atómu Rutherford odvodil vzorec opisujúci rozptyl častíc α na tenkej zlatej fólii, v súlade s výsledkami Geigera a Marsdena. Rutherford predpokladal, že častice α a atómové jadrá, s ktorými interagujú, možno považovať za bodové hmoty a náboje a že medzi kladne nabitými jadrami a časticami α pôsobia iba elektrostatické odpudivé sily a že jadro je v porovnaní s časticami α také ťažké, že áno. nepohybovať sa počas interakcie. Elektróny rotujú okolo atómového jadra v charakteristickej atómovej mierke ~10-8 cm a vzhľadom na svoju nízku hmotnosť neovplyvňujú rozptyl α-častíc.

Najprv Rutherford získal závislosť uhla rozptylu θ α-častice s energiou E od nárazového parametra b zrážky s bodovým masívnym jadrom. b - parameter nárazu - minimálna vzdialenosť, na ktorú by sa α-častica priblížila k jadru, ak by medzi nimi neboli odpudivé sily, θ - uhol rozptylu α-častice, Z 1 e - elektrický náboj α-častice, Z 2 e - jadrá elektrického náboja.
Rutherford potom vypočítal, aký podiel lúča častíc α s energiou E je rozptýlený o uhol θ v závislosti od náboja jadra Z 2 e a náboja častice α Z 1 e. Tak sa na základe klasických Newtonových a Coulombových zákonov získal známy vzorec Rutherfordovho rozptylu. Hlavnou vecou pri odvodzovaní vzorca bol predpoklad, že atóm obsahuje masívne kladne nabité centrum, ktorého rozmery sú R< 10 -12 см.

E. Rutherford, 1911: „Najjednoduchším predpokladom je, že atóm má centrálny náboj distribuovaný vo veľmi malom objeme a že veľké jednotlivé odchýlky sú spôsobené centrálnym nábojom ako celkom, a nie jeho jednotlivými časťami. Experimentálne údaje zároveň nie sú dostatočne presné na to, aby vyvrátili možnosť existencie malej časti kladného náboja vo forme satelitov nachádzajúcich sa v určitej vzdialenosti od stredu... Treba poznamenať, že nájdené približné hodnota centrálneho náboja atómu zlata (100e) sa približne zhoduje so zistenou hodnotou, ktorá by mala atóm zlata pozostávajúci zo 49 atómov hélia, z ktorých každý nesie náboj 2e. Možno je to len náhoda, ale je to veľmi lákavé z hľadiska emisie atómov hélia nesúcich dve jednotky náboja rádioaktívnou látkou.“

J. J. Thomson a E. Rutherford

E. Rutherford, 1921:„Koncept jadrovej štruktúry atómu pôvodne vznikol z pokusov vysvetliť rozptyl častíc α pod veľkými uhlami pri prechode cez tenké vrstvy hmoty. Keďže častice α majú veľkú hmotnosť a vysokú rýchlosť, tieto významné odchýlky boli mimoriadne pozoruhodné; naznačovali existenciu veľmi elektricky intenzívnych! alebo magnetické polia vo vnútri atómov. Na vysvetlenie týchto výsledkov bolo potrebné predpokladať, že atóm pozostáva z nabitého masívneho jadra, ktorého veľkosť je veľmi malá v porovnaní s obvykle akceptovanou hodnotou priemeru atómu. Toto kladne nabité jadro obsahuje väčšinu hmotnosti atómu a je v určitej vzdialenosti obklopené negatívnymi elektrónmi distribuovanými určitým spôsobom; ktorých počet sa rovná celkovému kladnému náboju jadra. Za takýchto podmienok by malo v blízkosti jadra existovať veľmi intenzívne elektrické pole a α-častice, keď sa stretnú s jednotlivým atómom, prechádzajúcim blízko jadra, sú vychýlené pod významnými uhlami. Za predpokladu, že elektrické sily sa menia nepriamo so štvorcom vzdialenosti v oblasti susediacej s jadrom, autor získal vzťah spájajúci počet α-častíc rozptýlených pod určitým uhlom s nábojom jadra a energiou α. - častica.
Otázka, či je atómové číslo prvku platnou mierou jeho jadrového náboja, je taká dôležitá, že na jej vyriešenie je potrebné použiť všetky možné metódy. V Cavendish Laboratory v súčasnosti prebieha niekoľko štúdií na testovanie presnosti tohto vzťahu. Dve najpriamejšie metódy sú založené na štúdiu rozptylu rýchlych α- a β-lúčov. Prvú metódu používa Chadwick, ktorý používa nové techniky, poslednú používa Crowthar. Doteraz získané výsledky Chadwicka plne potvrdzujú identitu atómového čísla s jadrovým nábojom v medziach možnej presnosti experimentu, ktorá je pre Chadwicka asi 1 %.

Napriek skutočnosti, že kombinácia dvoch protónov a dvoch neutrónov je extrémne stabilná formácia, v súčasnosti sa verí, že častice α nie sú zahrnuté v jadre ako nezávislá štruktúrna formácia. V prípade α-rádioaktívnych prvkov je väzbová energia častice α väčšia ako energia potrebná na samostatné odstránenie dvoch protónov a dvoch neutrónov z jadra, takže častica α môže byť emitovaná z jadra, hoci nie je prítomná v jadre. jadro ako samostatné vzdelávanie.
Rutherfordov predpoklad, že atómové jadro môže pozostávať z určitého počtu atómov hélia alebo z kladne nabitých satelitov jadra, bol úplne prirodzeným vysvetlením jeho objavu. α rádioaktivita. Názor, že častice môžu vzniknúť ako výsledok rôznych interakcií, v tom čase ešte neexistoval.
Objav atómového jadra E. Rutherfordom v roku 1911 a následné štúdium jadrových javov radikálne zmenilo naše chápanie sveta okolo nás. Obohatila vedu o nové pojmy a bola začiatkom štúdia subatomárnej štruktúry hmoty.

Anglický fyzik Ernest Rutherford sa narodil na Novom Zélande neďaleko Nelsonu. Bol jedným z 12 detí kolára a stavebného robotníka Jamesa Rutherforda, Škóta, a Marthy (Thompson) Rutherfordovej, učiteľky angličtiny. Rutherford najprv navštevoval miestne základné a stredné školy a potom sa stal štipendistom na súkromnej vysokej škole Nelson College, kde sa ukázal ako talentovaný študent, najmä v matematike. Vďaka akademickým úspechom získal Rutherford ďalšie štipendium, ktoré mu umožnilo navštevovať Canterbury College v Christchurch, jednom z najväčších miest Nového Zélandu.

Na vysokej škole Rutherforda výrazne ovplyvnili jeho učitelia: učiteľ fyziky a chémie E. W. Bickerton a matematik J. H. H. Cook. Po tom, čo Rutherford získal v roku 1892 titul bakalár umenia, zostal na Canterbury College a pokračoval v štúdiu vďaka štipendiu z matematiky. Nasledujúci rok sa stal magistrom umenia, keď najlepšie zložil skúšky z matematiky a fyziky. Jeho diplomová práca sa týkala detekcie vysokofrekvenčných rádiových vĺn, ktorých existencia bola dokázaná asi pred desiatimi rokmi. Na štúdium tohto javu skonštruoval rádiový prijímač (niekoľko rokov pred Guglielmom Marconim) a s jeho pomocou prijímal signály prenášané kolegami zo vzdialenosti pol míle.

V roku 1894 získal Rutherford titul bakalár vied. Na Canterbury College bolo tradíciou, že každý študent, ktorý ukončil magisterský titul a zostal na vysokej škole, musel absolvovať ďalšie štúdium a získať titul bakalár prírodných vied. Rutherford potom krátky čas učil na jednej z chlapčenských škôl v Christchurchi. Pre svoje mimoriadne nadanie pre vedu získal Rutherford štipendium na University of Cambridge v Anglicku, kde študoval v Cavendish Laboratory, jednom z popredných svetových centier vedeckého výskumu.

V Cambridge pracoval Rutherford pod dohľadom anglického fyzika J. J. Thomsona. Na Thomsona hlboko zapôsobil Rutherfordov výskum rádiových vĺn a v roku 1896 navrhol spoločne študovať vplyv röntgenových lúčov (objavených o rok skôr Wilhelmom Roentgenom) na elektrické výboje v plynoch. Ich spolupráca viedla k významným výsledkom, vrátane Thomsonovho objavu elektrónu, atómovej častice, ktorá nesie záporný elektrický náboj. Thomson a Rutherford na základe svojho výskumu predpokladali, že keď röntgenové lúče prechádzajú plynom, zničia atómy tohto plynu a uvoľnia rovnaký počet kladne a záporne nabitých častíc. Tieto častice nazvali ióny. Po tejto práci začal Rutherford študovať atómovú štruktúru.

V roku 1898 Rutherford prijal profesúru na McGill University v Montreale v Kanade, kde začal sériu dôležitých experimentov týkajúcich sa rádioaktívnej emisie prvku urán. Čoskoro objavil dva druhy tohto žiarenia: emisiu alfa lúčov, ktoré prenikajú len na krátku vzdialenosť, a beta lúčov, ktoré prenikajú na oveľa väčšiu vzdialenosť. Rutherford potom zistil, že rádioaktívne tórium uvoľňuje plynný rádioaktívny produkt, ktorý nazval „emanácia“ (emisia).

Ďalší výskum ukázal, že emanáciu produkujú aj dva ďalšie rádioaktívne prvky – rádium a aktínium. Na základe týchto a ďalších objavov dospel Rutherford k dvom dôležitým záverom pre pochopenie podstaty žiarenia: všetky známe rádioaktívne prvky vyžarujú lúče alfa a beta, a čo je dôležitejšie, rádioaktivita akéhokoľvek rádioaktívneho prvku po určitom špecifickom čase klesá. Tieto zistenia dali dôvod predpokladať, že všetky rádioaktívne prvky patria do rovnakej skupiny atómov a že ich klasifikácia môže byť založená na období poklesu ich rádioaktivity.

Na základe ďalšieho výskumu uskutočneného na McGill University v rokoch 1901-1902 Rutherford a jeho kolega Frederick Soddy načrtli hlavné princípy teórie rádioaktivity, ktorú vytvorili. Podľa tejto teórie k rádioaktivite dochádza, keď atóm stratí vlastnú časticu, ktorá je vymrštená veľkou rýchlosťou, a táto strata premení atóm jedného chemického prvku na atóm iného. Teória, ktorú predložili Rutherford a Soddy, bola v rozpore s mnohými predtým existujúcimi myšlienkami, vrátane dlho akceptovaného konceptu, že atómy sú nedeliteľné a nemenné častice. Rutherford uskutočnil ďalšie experimenty, aby získal výsledky, ktoré potvrdili jeho teóriu. V roku 1903 dokázal, že častice alfa nesú kladný náboj. Pretože tieto častice majú merateľnú hmotnosť, ich „vysunutie“ z atómu je rozhodujúce pre premenu jedného rádioaktívneho prvku na iný. Výsledná teória tiež umožnila Rutherfordovi predpovedať rýchlosť, akou sa rôzne rádioaktívne prvky premenia na to, čo nazval dcérskym materiálom. Vedec bol presvedčený, že častice alfa sú na nerozoznanie od jadra atómu hélia. Potvrdilo sa to, keď Soddy v spolupráci s anglickým chemikom Williamom Ramsayom zistil, že rádiové emanácie obsahujú hélium, údajnú alfa časticu.

V roku 1907 Rutherford, ktorý sa snažil byť bližšie k centru vedeckého výskumu, zaujal miesto profesora fyziky na univerzite v Manchestri (Anglicko). S pomocou Hansa Geigera, ktorý sa neskôr preslávil ako vynálezca Geigerovho počítača, založil Rutherford v Manchestri školu pre štúdium rádioaktivity.

V roku 1908 dostal Rutherford Nobelovu cenu za chémiu „za výskum rozpadu prvkov v chémii rádioaktívnych látok“. C. B. Hasselberg vo svojom otváracom prejave v mene Kráľovskej švédskej akadémie vied poukázal na prepojenie medzi prácou, ktorú vykonal Rutherford, a prácou J. J. Thomsona, Henriho Becquerela, Pierra a Marie Curieových. "Objavy viedli k úžasnému záveru: chemický prvok... je schopný transformovať sa na iné prvky," povedal Hasselberg. Rutherford vo svojej Nobelovej prednáške poznamenal: „Existujú všetky dôvody domnievať sa, že častice alfa, ktoré sú tak voľne vyvrhované z väčšiny rádioaktívnych látok, majú rovnakú hmotnosť a zloženie a musia pozostávať z jadier atómov hélia. Nemôžeme sa preto ubrániť záveru, že atómy základných rádioaktívnych prvkov, ako je urán a tórium, musia byť skonštruované aspoň čiastočne z atómov hélia.“

Po získaní Nobelovej ceny začal Rutherford študovať jav pozorovaný, keď bola doska tenkej zlatej fólie bombardovaná alfa časticami vyžarovanými rádioaktívnym prvkom, akým je urán. Ukázalo sa, že pomocou uhla odrazu alfa častíc je možné študovať štruktúru stabilných prvkov, ktoré tvoria dosku. Podľa vtedy akceptovaných predstáv bol model atómu ako hrozienkový puding: kladné a záporné náboje boli vo vnútri atómu rovnomerne rozložené, a preto nemohli výrazne zmeniť smer pohybu častíc alfa. Rutherford si však všimol, že určité alfa častice sa odchýlili od očakávaného smeru v oveľa väčšej miere, než dovoľovala teória. V spolupráci s Ernestom Marsdenom, študentom na univerzite v Manchestri, vedec potvrdil, že pomerne veľký počet častíc alfa sa odklonil ďalej, než sa očakávalo, niektoré pod uhlom väčším ako 90 stupňov.

Na základe tohto javu Rutherford v roku 1911 navrhol nový model atómu. Podľa jeho teórie, ktorá sa dnes stala všeobecne akceptovanou, sa kladne nabité častice sústreďujú v ťažkom strede atómu a záporne nabité častice (elektróny) sú na obežnej dráhe okolo jadra, v dosť veľkej vzdialenosti od neho. Tento model, podobne ako malý model slnečnej sústavy, predpokladá, že atómy sa skladajú väčšinou z prázdneho priestoru. Široké uznanie Rutherfordových teórií sa začalo v roku 1913, keď sa dánsky fyzik Niels Bohr pripojil k práci vedca na univerzite v Manchestri. Bohr ukázal, že z hľadiska štruktúry, ktorú navrhol Rutherford, sa dajú vysvetliť dobre známe fyzikálne vlastnosti atómu vodíka, ako aj atómov niekoľkých ťažších prvkov.

Keď vypukla prvá svetová vojna, Rutherford bol menovaný do civilného výboru Úradu pre vynálezy a výskum britskej admirality a študoval problém lokalizácie ponoriek pomocou akustiky. Po vojne sa vrátil do manchesterského laboratória a v roku 1919 urobil ďalší zásadný objav. Keď študoval štruktúru atómov vodíka bombardovaním vysokorýchlostnými časticami alfa, všimol si na svojom detektore signál, ktorý by sa dal vysvetliť ako výsledok jadra atómu vodíka, ktorý sa dal do pohybu zrážkou s časticou alfa. Presne rovnaký signál sa však objavil, keď vedec nahradil atómy vodíka atómami dusíka. Rutherford vysvetlil dôvod tohto javu tým, že bombardovanie spôsobuje rozpad stabilného atómu. Tie. V procese podobnom prirodzene sa vyskytujúcemu rozpadu spôsobenému žiarením alfa častica vyradí jeden protón (jadro atómu vodíka) z normálne stabilného jadra atómu dusíka a udelí mu obrovskú rýchlosť. Ďalší dôkaz v prospech tejto interpretácie tohto javu bol získaný v roku 1934, keď Frédéric Joliot a Irène Joliot-Curie objavili umelú rádioaktivitu.

V roku 1919 sa Rutherford presťahoval na univerzitu v Cambridge, kde nahradil Thomsona ako profesora experimentálnej fyziky a riaditeľa Cavendish Laboratory a v roku 1921 nastúpil na post profesora prírodných vied na Royal Institution v Londýne. V roku 1930 bol Rutherford vymenovaný za predsedu vládneho poradného zboru Úradu pre vedecký a priemyselný výskum. Keďže bol vedec na vrchole svojej kariéry, prilákal mnoho talentovaných mladých fyzikov, aby pracovali v jeho laboratóriu v Cambridge, vrátane. P. M. Blackett, John Cockcroft, James Chadwick a Ernest Walton. Hoci samotný Rutherford mal menej času na aktívny výskum, jeho hlboký záujem o výskum a jasné vedenie pomohli udržať vysokú úroveň práce vykonávanej v jeho laboratóriu. Študenti a kolegovia spomínali na vedca ako na milého, milého človeka. Spolu s darom predvídavosti, ktorý mal ako teoretik, mal Rutherford aj praktické rysy. Práve vďaka nej bol vždy presný vo vysvetľovaní pozorovaných javov, nech by sa na prvý pohľad zdali akokoľvek nezvyčajné.

Rutherford, znepokojený politikou nacistickej vlády Adolfa Hitlera, sa v roku 1933 stal prezidentom Akademickej rady pre pomoc, ktorá bola vytvorená na pomoc tým, ktorí utekali z Nemecka. V roku 1900 sa Rutherford počas krátkej cesty na Nový Zéland oženil s Mary Newtonovou, ktorá mu porodila dcéru. Takmer do konca života sa tešil dobrému zdraviu a po krátkej chorobe v roku 1937 zomrel v Cambridge. Rutherford je pochovaný vo Westminsterskom opátstve neďaleko hrobov Isaaca Newtona a Charlesa Darwina.

Rutherfordove ocenenia zahŕňajú Rumfordovu medailu (1904) a Copleyho medailu (1922) Kráľovskej spoločnosti v Londýne, ako aj Britský rád za zásluhy (1925). V roku 1931 bol vedcovi udelený šľachtický titul. Rutherfordovi boli udelené čestné tituly z univerzít Nového Zélandu, Cambridge, Wisconsin, Pennsylvánia a McGill. Bol členom korešpondentom Kráľovskej spoločnosti v Göttingene, ako aj členom Novozélandského filozofického inštitútu a Americkej filozofickej spoločnosti. Akadémia vied v St. Louis, Kráľovská spoločnosť v Londýne a Britská asociácia pre rozvoj vedy.

(1871-1937) Anglický fyzik, zakladateľ jadrovej fyziky

Ernest Rutherford sa narodil v Spring Grove (teraz Brightwater) na Novom Zélande v jednoduchej škótskej rodine. Jeho otec James Rutherford bol kolár a matka Martha Thomsonová bola učiteľkou. Ernest bol štvrtým dieťaťom z dvanástich detí. Od detstva to bol veľmi pozorný a pracovitý chlapec. Po ukončení základnej školy ako najlepší študent dostal Ernest štipendium na pokračovanie vo vzdelávaní na Nelson Provincial College, kde v roku 1887 nastúpil do piatej triedy. Už tu sa prejavili jeho výnimočné schopnosti pre matematiku; bol dobrý aj vo fyzike, chémii, literatúre, latinčine a francúzštine. Ernest ako dieťa rád navrhoval rôzne mechanizmy: staval modely vodných mlynov, áut, dokonca aj fotoaparát.

Po ukončení vysokej školy navštevoval Canterbury College na Novozélandskej univerzite v Christchurch. Tu Rutherford začína vážnejšie študovať fyziku a chémiu, pracuje v študentských kruhoch a dokonca je jedným z iniciátorov vzniku vedeckej študentskej spoločnosti na univerzite.

Po prečítaní článku nemeckého fyzika Heinricha Hertza o objave elektromagnetických vĺn sa Rutherford rozhodol preskúmať ich vlastnosti. Problém však nastal pri detekcii prichádzajúcich elektromagnetických vĺn. Dokázal zistiť, že ich prítomnosť možno posúdiť demagnetizáciou železa. Toto bol prvý skutočný objav dvadsaťtriročného Rutherforda.

V roku 1894 Ernest ukončil vysokú školu s vyznamenaním a získal magisterský titul z fyziky a matematiky. Stal sa stredoškolským učiteľom fyziky, no v tejto oblasti neuspel. V roku 1895 mu bolo udelené najväčšie štipendium - „štipendium z roku 1851“, ktoré poskytovalo príležitosť na stáže v najlepších laboratóriách v krajine. Na jeseň roku 1895 prišiel Rutherford do Cambridge, vedeckého centra Anglicka, a začal pracovať v Cavendish Laboratory pod vedením vynikajúceho anglického fyzika Josepha Johna Thomsona (1856-1940).

Ernest pokračuje vo výskume v oblasti elektromagnetických vĺn a v roku 1896 sa mu podarí nadviazať rádiové spojenie na vzdialenosť asi 3 kilometrov. Praktická stránka rádiových komunikácií ho zaujímala málo, a preto svoju prácu v tejto oblasti zastavil a vysielač daroval talianskemu inžinierovi G. Marconimu, ktorý ho použil pri svojom výskume. V tomto čase Rutherford spolu s J. J. Thomsonom začali pracovať na štúdiu ionizácie plynov a vzduchu pomocou rôznych metód, vrátane röntgenových lúčov. Ale po Becquerelovom objave rádioaktivity v roku 1896 začal Rutherford porovnávať lúče Roentgena a Becquerela.

V roku 1898 získal miesto profesora fyziky na McGill University v Montreale a v septembri toho istého roku prišiel do Kanady. Na McGill University pôsobil 9 rokov – do roku 1907 – a urobil veľa dôležitých objavov. V roku 1898 začal Rutherford skúmať uránové žiarenie, ktorého výsledky boli publikované v roku 1899 v článku „Radiation of Uranium and Electrical Conductivity Created by It“. Štúdiom uránového žiarenia v magnetickom poli Rutherford zistil, že sa skladá z dvoch zložiek. Prvú zložku, ktorá sa odchyľuje jedným smerom a ľahko ju absorbuje list papiera, nazval alfa lúčmi a druhú, ktorá sa odchyľuje v opačnom smere a má väčšiu prenikavú silu, nazval lúčmi beta.

V roku 1900 objavil Villard v žiarení uránu ďalšiu zložku, ktorá sa nevychyľovala v magnetickom poli a mala najväčšiu prenikavú silu, nazývala sa gama lúče. V roku 1900 Rutherford pri štúdiu rádioaktivity tória objavil nový plyn, neskôr nazvaný radón. Spolu s anglickým fyzikom a chemikom Frederickom Soddym v rokoch 1902-1903 vypracoval teóriu rádioaktívneho rozpadu a zaviedol zákon rádioaktívnych premien. Rutherford predpovedal existenciu transuránových prvkov. Výsledkom deväťročnej práce vedca v Montreale je viac ako 50 publikovaných vedeckých článkov a kniha „Rádioaktivita“, v ktorej sú zhrnuté všetky vedecké poznatky o tomto fenoméne.

Rutherfordovo meno sa stáva slávnym a dostáva pozvanie na miesto profesora na katedre fyziky na Univerzite v Manchestri a riaditeľa fyzikálneho laboratória. 24. mája 1907 sa Ernest Rutherford vrátil do Európy a začal pracovať na objasňovaní podstaty častíc alfa a ich prechodu hmotou, ktorých štúdium začal v Kanade. Za výskum premeny prvkov a chémie rádioaktívnych látok získal v roku 1908 Nobelovu cenu za chémiu.

V Manchestri vytvoril Rutherford tím vynikajúcich výskumníkov z celého sveta, medzi ktorými boli nemecký fyzik Hans Geiger (1882-1945), anglický fyzik Henry Moseley (1887-1915), novozélandský fyzik, vtedy študent posledného ročníka. , Ernest Marsden (1889- 1970) a ďalší vedci. V atmosfére kolektívnej vedeckej tvorivosti sa uskutočnili Rutherfordove hlavné vedecké objavy. V roku 1908 spolu s Geigerom navrhli zariadenie na zaznamenávanie jednotlivých nabitých častíc, nazývané Geigerov počítač. V roku 1909 objavil podstatu alfa častíc: sú to dvakrát ionizované atómy hélia. V roku 1911 na základe výsledkov experimentov, ktoré uskutočnili jeho študenti Marsden a Geiger, stanovil zákon rozptylu častíc alfa atómami rôznych prvkov, čo ho v máji 1911 priviedlo k vytvoreniu nového modelu atómu - planetárne. Podľa tohto modelu je atóm podobný slnečnej sústave: v strede je masívne kladné jadro s priemerom asi 10 12 cm, okolo ktorého rotujú negatívne elektróny po kruhových dráhach. Počet elementárnych kladných nábojov obsiahnutých v atómovom jadre sa zhoduje so sériovým číslom prvku v tabuľke D.I. Mendelejeva; jeho obal obsahuje rovnaký počet elektrónov, pretože atóm ako celok je elektricky neutrálny.

Predtým, ako mohol Rutherford zvolať: „Teraz už viem, ako vyzerá atóm!“, Marsden a Geiger museli odhaliť a spočítať viac ako 2 milióny sotva viditeľných scintilácií (zábleskov) alfa častíc.

V roku 1912 prišiel do Manchestru vynikajúci dánsky fyzik Niels Bohr. Podarilo sa mu odstrániť rozpory v planetárnom modeli atómu, ktorý navrhol Rutherford. Jeho práca vyústila do Rutherford-Bohrovho modelu atómu, ktorý položil základy kvantovej a jadrovej fyziky.

V roku 1914 Rutherford predložil myšlienku umelej transformácie atómových jadier. Vypuknutie prvej svetovej vojny však výskum prerušilo a priateľský tím rozptýlil po rôznych krajinách, ktoré medzi sebou bojovali. Sám Rutherford sa podieľal na vojenskom výskume a vyvíjal akustické metódy boja proti nemeckým ponorkám. Na fronte v roku 1915 vo veku 28 rokov zahynul Henry Moseley, jeden z jeho najlepších študentov, ktorý preslávil svoje meno veľkým objavom v röntgenovej spektroskopii. James Chadwick bol v nemeckom zajatí, Marsden bojoval vo Francúzsku a Niels Bohr sa vrátil do Kodane. Až po vojne bol Rutherford schopný obnoviť svoj výskum.

V roku 1919 sa presťahoval do Cambridge, kde nastúpil na miesto profesora na Cambridgeskej univerzite a nahradil svojho učiteľa J. J. Thomsona a stal sa riaditeľom Cavendish Laboratory. Vedec zastával tento post až do konca svojho života. Pokračujúci výskum prináša skvelé výsledky: uskutočnila sa umelá jadrová reakcia premieňajúca dusík na kyslík, ktorá položila základy modernej jadrovej fyziky. V roku 1920 Rutherford predpovedal existenciu neutrónu, neutrálnej častice rovnajúcej sa hmotnosti jadra vodíka. Takúto časticu objavil v roku 1932 jeho študent a spolupracovník Chadwick, ktorý sa v súvislosti s tým stal laureátom Nobelovej ceny. Cavendishovo laboratórium pod vedením Rutherforda sa stalo vedeckou Mekkou pre fyzikov zo všetkých krajín.

K svojim študentom sa správal mimoriadne starostlivo, láskavo ich oslovoval „chlapci“ a nedovolil im pracovať v laboratóriu dlhšie ako šesť hodín večer a cez víkendy im nedovolil pracovať vôbec. Svojich študentov viedol ako „dobrotivý otec rodiny“ a svojho učiteľa s láskou nazývali „otec“. Každý deň zhromažďoval Rutherford svojich zamestnancov pri šálke čaju, aby diskutovali nielen o vedeckých problémoch a výsledkoch experimentov, ale aj o otázkach politiky, umenia a literatúry. Veľký vedec bol úplne zbavený akejkoľvek strnulosti, snobstva a túžby vytvoriť okolo seba atmosféru obdivu.

Študovali u neho aj sovietski fyzici Yu. B. Khariton, A. I. Leipunsky, K. D. Sinelnikov, L. D. Landau a ďalší. V roku 1921 prišiel do Rutherfordu v Cambridge mladý sovietsky fyzik Pyotr Leonidovič Kapitsa (1894-1984) a pôsobil tam 13 rokov. Stal sa aktívnym spolupracovníkom a priateľom Rutherforda, naplnil nádeje svojho učiteľa a dosiahol vynikajúce vedecké výsledky. V roku 1971 bola z iniciatívy P. L. Kapitsa k 100. výročiu narodenia vedca u nás vydaná pamätná Rutherfordova medaila a vydaný súbor jeho prác.

Bol členom všetkých akadémií vied sveta, od roku 1925 - zahraničným členom Akadémie vied Sovietskeho zväzu; od roku 1903 členom Kráľovskej spoločnosti v Londýne a od roku 1925 do roku 1930 jej prezidentom. V roku 1931 bol ustanovený za baróna a stal sa lordom Nelsonom. Veľký experimentátor bol za svoje vedecké úspechy ocenený všetkými cenami vedeckého sveta.

Ernest Rutherford zomrel 19. októbra 1937 vo veku 66 rokov. Jeho smrť bola obrovskou stratou pre vedu, početných študentov a celé ľudstvo. Veľký fyzik je pochovaný vo Westminsterskom opátstve – v Katedrále sv. Pavla, vedľa hrobov I. Newtona, M. Faradaya, C. Darwina, W. Herschela, v jednej z lodí katedrály, nazývanej „Science Corner“. “.

Ernest Rutherford je považovaný za najväčšieho experimentálneho fyzika dvadsiateho storočia. Je ústrednou postavou v našom poznaní rádioaktivity a mužom, ktorý bol priekopníkom jadrovej fyziky. Okrem obrovského teoretického významu mali jeho objavy širokú škálu aplikácií, vrátane: jadrových zbraní, jadrových elektrární, rádioaktívneho počtu a výskumu radiácie. Vplyv Rutherfordovej tvorby na svet je obrovský. Pokračuje v raste a zdá sa, že v budúcnosti sa bude ďalej zvyšovať.

Rutherford sa narodil a vyrastal na Novom Zélande. Tam vstúpil na Canterbury College a vo veku dvadsiatich troch rokov získal tri tituly (bakalár umenia, bakalár vied, magister umenia). Nasledujúci rok mu bolo udelené miesto na štúdium na University of Cambridge v Anglicku, kde strávil tri roky ako študent výskumu pod vedením J. J. Thomsona, jedného z popredných vedcov tej doby. V dvadsiatich siedmich rokoch sa Rutherford stal profesorom fyziky na McGill University v Kanade. Pracoval tam deväť rokov a v roku 1907 sa vrátil do Anglicka, aby viedol katedru fyziky na univerzite v Manchestri. V roku 1919 sa Rutherford vrátil do Cambridge, tentoraz ako riaditeľ Cavendish Laboratory, na pozícii, v ktorej zostal po zvyšok svojho života.

Rádioaktivitu objavil v roku 1896 francúzsky vedec Antoine Henri Becquerel, keď experimentoval so zlúčeninami uránu. Becquerel však čoskoro stratil záujem o túto tému a väčšina našich základných vedomostí o rádioaktivite pochádza z Rutherfordovho rozsiahleho výskumu. (Marie a Pierre Curie objavili dva ďalšie rádioaktívne prvky, polónium a rádium, ale neurobili objavy zásadného významu.)

Jedným z prvých Rutherfordových objavov bolo, že rádioaktívne žiarenie z uránu pozostáva z dvoch rôznych zložiek, ktoré vedec nazval alfa a beta lúče. Neskôr demonštroval povahu každej zložky (pozostávajú z rýchlo sa pohybujúcich častíc) a ukázal, že existuje aj tretia zložka, ktorú nazval gama lúče.

Dôležitou vlastnosťou rádioaktivity je energia s ňou spojená. Becquerel, Curieovci a mnohí ďalší vedci považovali energiu za vonkajší zdroj. Ale Rutherford dokázal, že táto energia - ktorá je oveľa silnejšia ako energia uvoľnená chemickými reakciami - pochádza z jednotlivých atómov uránu! Týmto položil základ pre dôležitý koncept atómovej energie.

Vedci vždy predpokladali, že jednotlivé atómy sú nedeliteľné a nemenné. Ale Rutherford (s pomocou veľmi talentovaného mladého asistenta Fredericka Soddyho) dokázal ukázať, že keď atóm vyžaruje lúče alfa alebo beta, premení sa na iný druh atómu. Chemici tomu spočiatku nemohli uveriť. Rutherford a Soddy však vykonali celú sériu experimentov s rádioaktívnym rozpadom a premenili urán na olovo. Rutherford tiež zmeral rýchlosť rozpadu a sformuloval dôležitý koncept „polčasu rozpadu“. Čoskoro to viedlo k technike rádioaktívneho počtu, ktorá sa stala jedným z najdôležitejších vedeckých nástrojov a našla široké uplatnenie v geológii, archeológii, astronómii a mnohých ďalších oblastiach.

Táto úžasná séria objavov priniesla Rutherfordovi Nobelovu cenu v roku 1908 (Soddy neskôr získal Nobelovu cenu), ale jeho najväčší úspech mal ešte len prísť. Všimol si, že rýchlo sa pohybujúce častice alfa boli schopné prejsť cez tenkú zlatú fóliu (bez zanechania viditeľných stôp!), ale boli mierne vychýlené. Predpokladalo sa, že atómy zlata, tvrdé, nepreniknuteľné, ako „malé biliardové gule“ – ako vedci predtým verili – boli vo vnútri mäkké! Vyzeralo to, akoby menšie, tvrdšie alfa častice mohli prejsť cez atómy zlata ako vysokorýchlostná guľka cez želé.

Ale Rutherford (spolupracujúci s Geigerom a Marsdenom, jeho dvoma mladými asistentmi) zistil, že niektoré častice alfa sa pri prechode cez zlatú fóliu veľmi silno odchyľujú. Dokonca, niektorí lietajú aj dozadu! Vedec, ktorý mal pocit, že je za tým niečo dôležité, starostlivo spočítal počet častíc letiacich každým smerom. Potom pomocou komplexnej, ale celkom presvedčivej matematickej analýzy ukázal jediný spôsob, ako možno vysvetliť výsledky experimentov: atóm zlata pozostával takmer výlučne z prázdneho priestoru a takmer všetka atómová hmota bola sústredená v strede, v malom „jadre“ atómu!

Nejlepšie z dňa

Jednou ranou Rutherfordova práca navždy otriasla naším konvenčným pohľadom na svet. Ak čo i len kúsok kovu – zdanlivo najtvrdší zo všetkých predmetov – bol v podstate prázdny priestor, potom všetko, čo sme považovali za podstatné, sa zrazu rozpadlo na drobné zrnká piesku pobehujúce v obrovskej prázdnote!

Rutherfordov objav atómových jadier je základom všetkých moderných teórií atómovej štruktúry. Keď Niels Bohr o dva roky neskôr publikoval svoju slávnu prácu, opisujúcu atóm ako miniatúrnu slnečnú sústavu riadenú kvantovou mechanikou, ako východiskový bod pre svoj model použil Rutherfordovu jadrovú teóriu. Rovnako tak Heisenberg a Schrödinger, keď skonštruovali zložitejšie modely atómov pomocou klasickej a vlnovej mechaniky.

Rutherfordov objav tiež viedol k vzniku nového odvetvia vedy: štúdia atómového jadra. V tejto oblasti bol Rutherford tiež predurčený stať sa priekopníkom. V roku 1919 sa mu podarilo premeniť jadrá dusíka na jadrá kyslíka tým, že prvé z nich bombardoval rýchlo sa pohybujúcimi časticami alfa. Bol to úspech, o ktorom starí alchymisti snívali.

Čoskoro sa ukázalo, že jadrové premeny môžu byť zdrojom energie zo Slnka. Okrem toho je transformácia atómových jadier kľúčovým procesom v atómových zbraniach a jadrových elektrárňach. V dôsledku toho má Rutherfordov objav oveľa viac ako len akademický záujem.

Rutherfordova osobnosť neustále udivovala každého, kto sa s ním stretol. Bol to veľký muž s vysokým hlasom, bezhraničnou energiou a citeľným nedostatkom skromnosti. Keď kolegovia poznamenali Rutherfordovu neskutočnú schopnosť byť vždy "na vrchole vlny" vedeckého výskumu, okamžite odpovedal: "Prečo nie? Veď som tú vlnu spôsobil ja, nie?" Len málo vedcov by s týmto tvrdením polemizovalo.