Ernest Rutherford ; 1st Baron Rutherford of Nelson ( Eng. Ernest Rutherford, 1st Baron Rutherford of Nelson ; 30. srpna 1871 , Spring Grove, Nový Zéland – 19. října 1937 , Cambridge ) – britský fyzik novozélandského původu. Známý jako otec jaderné fyziky . Nositel Nobelovy ceny za chemii v roce 1908.
V roce 1911 svým slavným pokusem o rozptylu částic alfa prokázal existenci kladně nabitého jádra v atomech a záporně nabitých elektronů kolem něj [7] . Na základě výsledků experimentu vytvořil planetární model atomu .
Člen (1903) a prezident (1925-1930) Royal Society of London [8] , zahraniční člen Pařížské akademie věd (1927; dopisovatel od roku 1921) [9] , zahraniční člen dopisující (1922) a čestný člen ( 1925) Ruské akademie věd [10] .
Ernest Rutherford se narodil 30. srpna 1871 na Novém Zélandu v malé vesničce Spring Grove ( angl. Spring Grove ), která se nachází na severu Jižního ostrova nedaleko města Nelson , v rodině farmáře lnu. Otec - James Rutherford, přistěhoval se z Perthu (Skotsko). Matka - Martha Thompson, původem z Hornchurch (Essex, Anglie). V té době emigrovali další Skotové do Quebecu (Kanada), ale rodina Rutherfordových neměla štěstí a vláda poskytla bezplatný lístek na parník na Nový Zéland, nikoli do Kanady.
Ernest byl čtvrtým dítětem v rodině dvanácti dětí. Měl úžasnou paměť, dobré zdraví a sílu. Základní školu absolvoval s vyznamenáním se skóre 580 z 600 a bonusem 50 liber, aby mohl pokračovat ve studiu na Nelson College. Další stipendium mu umožnilo pokračovat ve studiu na Canterbury College v Christchurch [11] . V té době to byla malá univerzita se 150 studenty a pouze 7 profesory [12] . Rutherford se začal zajímat o vědu a od prvního dne zahájil výzkumnou práci [12] .
Jeho diplomová práce napsaná v roce 1892 se jmenovala „Magnetizace železa při vysokofrekvenčních výbojích“. Práce se týkala detekce vysokofrekvenčních rádiových vln, jejichž existenci prokázal v roce 1888 německý fyzik Heinrich Hertz . Rutherford vynalezl a vyrobil zařízení – magnetický detektor, jeden z prvních přijímačů elektromagnetických vln.
Po absolvování univerzity v roce 1894 pracoval Rutherford rok jako středoškolský učitel [12] . Nejnadanějším mladým poddaným britské koruny, kteří žili v koloniích, bylo jednou za dva roky uděleno zvláštní stipendium pojmenované po Světové výstavě v roce 1851 - 150 liber ročně, což umožnilo jít do Anglie za dalším postupem v Věda. V roce 1895 bylo toto stipendium uděleno Rutherfordovi, neboť ten, kdo je získal jako první – Maclaurin, jej odmítl [13] . Na podzim téhož roku, když si Rutherford půjčil peníze na letenku do Spojeného království, přijel do Anglie do Cavendish Laboratory na Cambridge University a stal se prvním doktorandem jejího ředitele Josepha Johna Thomsona . Rok 1895 byl prvním rokem (z iniciativy J. J. Thomsona), kdy studenti, kteří absolvovali jiné univerzity, mohli pokračovat ve vědecké práci v laboratořích Cambridge. Spolu s Rutherfordem využili této příležitosti John McLennan , John Townsend a Paul Langevin a zapsali se do Cavendish Laboratory . S Langevinem pracoval Rutherford ve stejné místnosti a spřátelil se s ním, toto přátelství pokračovalo až do konce jejich života [12] .
Ve stejném roce 1895 bylo uzavřeno zasnoubení s Mary Georginou Newtonovou (1876-1945), dcerou hostitelky penzionu, ve kterém Rutherford žil. Svatba se konala v roce 1900 v anglikánském kostele v Christchurch [14] [15] [16] , 30. března 1901 se manželům narodila dcera Eileen Mary (1901-1930), která se později stala manželkou astrofyzika Ralpha Fowler .
Rutherford plánoval studovat rádiové vlny nebo Hertzovy vlny, složit zkoušky z fyziky a získat magisterský titul. Ale následující rok se ukázalo, že britská pošta přidělila Marconiho peníze na stejnou práci a odmítla je financovat v Cavendish Laboratory . Protože stipendium nestačilo ani na jídlo, byl Rutherford nucen začít pracovat jako vychovatel a asistent J. J. Thomsona na téma studia procesu ionizace plynu působením rentgenového záření . Spolu s Thomsonem objevil Rutherford fenomén saturace proudu během ionizace plynu [12] .
V roce 1898 objevil Rutherford paprsky alfa a beta . O rok později objevil Paul Villard gama záření (název tohoto typu ionizujícího záření, stejně jako prvních dvou, navrhl Rutherford).
V létě 1898 začal vědec studovat nově objevený fenomén radioaktivity uranu a thoria. Na podzim Rutherford na návrh Thomsona, překonávající konkurenci 5 lidí, nastoupil na místo profesora na McGill University v Montrealu (Kanada) s platem 500 liber št. nebo 2 500 kanadských dolarů ročně. Na této univerzitě Rutherford plodně spolupracoval s Frederickem Soddym , tehdy mladším laboratorním asistentem na katedře chemie, později (jako Rutherford) laureátem Nobelovy ceny za chemii (1921). V roce 1903 Rutherford a Soddy předložili a dokázali revoluční myšlenku transformace prvků v procesu radioaktivního rozpadu. V září 1905 přišel Otto Hahn , budoucí laureát Nobelovy ceny za chemii z Německa, do Rutherfordovy laboratoře v Montrealu na rok studovat .
Rutherford, široce známý svou prací v oblasti radioaktivity, se stal vyhledávaným vědcem a dostal mnoho pracovních nabídek ve výzkumných centrech po celém světě. Na jaře roku 1907 opustil Kanadu a zahájil profesuru na Victoria University v Manchesteru (Anglie), kde se jeho plat zvýšil asi 2,5krát.
V roce 1908 byla Rutherfordovi udělena Nobelova cena za chemii „za výzkum rozpadu prvků v chemii radioaktivních látek“.
Důležitou a radostnou událostí v jeho životě bylo zvolení vědce členem Královské společnosti v Londýně v roce 1903 a v letech 1925 až 1930 působil jako prezident společnosti. Od 1931-1933 Rutherford byl prezident Ústavu fyziky .
V roce 1914 byl Rutherfordovi udělen šlechtický titul. 12. února v Buckinghamském paláci ho král pasoval na rytíře: byl oblečen do dvorské uniformy a přepásán mečem.
Anglický vrstevník, baron Rutherford Nelson, korunoval svůj heraldický erb, schválený v roce 1931, ptákem kiwi, symbolem Nového Zélandu. Kresba státního znaku je obrazem exponentu - křivky, která charakterizuje monotónní proces snižování počtu radioaktivních atomů v čase.
V roce 1931 zajistil Rutherford 15 000 liber na stavbu a vybavení speciální laboratorní budovy pro Petera Kapitzu , kterého najal v roce 1921 v Cavendishově laboratoři [17] . Kapitza přezdívaný Rutherford „ Krokodýl “. "Toto zvíře se nikdy neotočí zpět, a proto může symbolizovat Rutherfordův vhled a jeho rychlý pokrok," vysvětlil později Kapitsa [17] . F. Kedrov v knize „Kapitsa: život a objevy“ uvádí jinou verzi [18] : „Faktem je, že Rutherford měl vysoký hlas a nevěděl, jak to zvládnout. Mohutný hlas mistra, který někoho potkal na chodbě, varoval ty, kteří byli v laboratořích, před svým přístupem a zaměstnanci měli čas „sbírat myšlenky“. To dalo Kapici důvod nazvat Rutherforda Krokodýlem. Vysvětluje to asociace s hrdinou oblíbené dětské knihy Krokodýl, který spolkl budík. Jeho tikání varovalo děti před příchodem strašlivého zvířete. V únoru 1933 byla laboratoř slavnostně otevřena v Cambridge. Na čelní stěně dvoupatrové budovy byl do kamene vytesán obrovský krokodýl, který pokrýval celou zeď. Na zakázku Kapitsy ji vyrobil tehdy známý sochař Eric Gill . Sám Rutherford vysvětlil, že to byl on. Vstupní dveře se otevíraly pozlaceným klíčem ve tvaru krokodýla [19] [17] .
Ernest Rutherford zemřel 19. října 1937, čtyři dny po nouzové operaci na neočekávanou nemoc – uškrcenou kýlu – ve věku 66 let [12] . Byl pohřben ve Westminsterském opatství , vedle hrobů Newtona, Darwina a Faradaye [20] [21] [22] .
Podle memoárů P. L. Kapitzy byl Rutherford významným představitelem anglické experimentální školy ve fyzice, která se vyznačuje touhou porozumět podstatě fyzikálního jevu a ověřit, zda jej lze vysvětlit existujícími teoriemi (na rozdíl od tzv. německá škola experimentátorů, která vychází z existujících teorií a snaží se je otestovat zkušeností). Málo používal vzorce a málo se uchyloval k matematice, ale byl skvělým experimentátorem, který v tomto ohledu připomínal Faradaye [12] . Důležitou vlastností Rutherforda jako experimentátora, kterého si Kapitsa všiml, bylo jeho pozorování. Zejména díky ní objevil emanaci thoria a všiml si rozdílů v údajích elektroskopu, který měřil ionizaci, s otevřenými a zavřenými dveřmi v zařízení, které blokovaly proudění vzduchu [12] . Dalším příkladem je Rutherfordův objev umělé transmutace prvků, kdy ozařování jader dusíku ve vzduchu částicemi alfa bylo doprovázeno výskytem vysokoenergetických částic (protonů), které měly větší dosah, ale byly velmi vzácné [12 ] .
Rutherford napsal a vydal tři svazky prací. Všechny jsou experimentální.
1904 - "Radioaktivita".
1905 - "Radioaktivní přeměny".
1930 - "Emise radioaktivních látek" (spoluautor s J. Chadwickem a C. Ellisem ).
Rutherford se nezajímal o aplikované otázky jaderné energie a její perspektivy a věřil, že pokud lidstvo využívá atomovou energii, pak na tom nebude nic překvapivého [23] [24] .
12 studentů Rutherfordu se stalo nositeli Nobelovy ceny za fyziku a chemii. Jeden z nejtalentovanějších studentů Henry Moseley , který experimentálně ukázal fyzikální význam Periodického zákona , byl odveden do britské armády pro první světovou válku jako komunikační důstojník a zemřel v roce 1915 ve věku 27 let během operace Dardanely . V Montrealu pracoval Rutherford s Frederickem Soddym , Otto Hahnem ; v Manchesteru - s Hansem Geigerem (zejména mu pomohl vyvinout počítač pro automatické počítání počtu ionizujících částic ), v Cambridge - s Nielsem Bohrem , Peterem Kapitsou a mnoha dalšími slavnými vědci v budoucnu.
Po objevu radioaktivních prvků začalo aktivní studium fyzikální podstaty jejich záření. Rutherfordovi se podařilo objevit komplexní složení radioaktivního záření .
Zkušenost byla následující. Radioaktivní přípravek byl umístěn na dno úzkého kanálu olověného válce a naproti byla umístěna fotografická deska. Magnetické pole působilo na záření vycházející z kanálu. V tomto případě byla celá instalace ve vakuu.
V magnetickém poli se paprsek rozdělí na tři části. Obě složky primárního záření se odchýlily v opačných směrech, což naznačovalo, že mají náboje opačných znamének. Třetí složka udržovala šíření rovné. Záření s kladným nábojem se nazývá paprsky alfa , paprsky negativní beta , neutrální paprsky gama .
Rutherford studoval povahu záření alfa a provedl následující experiment. Do dráhy částic alfa umístil Geigerův počítač , který měřil počet částic emitovaných za určitý čas. Poté pomocí elektrometru změřil náboj částic emitovaných za stejnou dobu. Rutherford znal celkový náboj částic alfa a jejich počet a vypočítal náboj jedné takové částice. Ukázalo se, že se rovná dvěma základním .
Vychýlením částic v magnetickém poli určil poměr jejich náboje k hmotnosti. Ukázalo se, že na jeden elementární náboj připadají dvě jednotky atomové hmotnosti .
Bylo tedy zjištěno, že s nábojem rovným dvěma elementárním má částice alfa čtyři atomové hmotnostní jednotky . Z toho vyplývá, že záření alfa je proud jader helia .
V roce 1920 Rutherford navrhl, že by měla existovat částice s hmotností rovnou hmotnosti protonu, ale bez elektrického náboje - neutron . Nepodařilo se mu však takovou částici detekovat. Jeho existenci experimentálně prokázal James Chadwick v roce 1932.
Navíc Rutherford specifikoval poměr náboje elektronu k jeho hmotnosti o 30 %.
Radioaktivní přeměnyNa základě vlastností radioaktivního thoria Rutherford objevil a vysvětlil radioaktivní přeměnu chemických prvků. Vědec zjistil, že aktivita thoria v uzavřené ampuli zůstává nezměněna, ale pokud se lék fouká i při velmi slabém proudu vzduchu, jeho aktivita se výrazně snižuje. Bylo navrženo, že současně s částicemi alfa thorium emituje radioaktivní plyn.
Výsledky společné práce Rutherforda a jeho kolegy Fredericka Soddyho byly publikovány v letech 1902-1903 v sérii článků ve Philosophical Magazine . V těchto článcích autoři po rozboru získaných výsledků došli k závěru, že je možné přeměnit některé chemické prvky na jiné.
V důsledku atomové přeměny vzniká zcela nový typ látky, zcela odlišný svými fyzikálními a chemickými vlastnostmi od původní látky.
— E. Rutherford, F. SoddyV té době dominovala myšlenka o neměnnosti a nedělitelnosti atomu, jiní významní vědci, pozorující podobné jevy, je od počátku vysvětlovali přítomností nových prvků v původní látce. Čas však ukázal mylnost takových myšlenek. Následné práce fyziků a chemiků ukázaly, v jakých případech se mohou některé prvky přeměnit v jiné a jaké přírodní zákony tyto přeměny řídí [25] .
Zákon radioaktivního rozpaduRutherford čerpáním vzduchu z nádoby s thoriem izoloval emanaci thoria (plynu nyní známého jako thoron nebo radon-220, jeden z izotopů radonu ) a zkoumal jeho ionizační schopnost. Bylo zjištěno, že aktivita tohoto plynu klesá každou minutu o polovinu.
Studiem závislosti aktivity radioaktivních látek na čase vědec objevil zákon radioaktivního rozpadu .
Protože jádra atomů chemických prvků jsou poměrně stabilní, Rutherford navrhl, že k jejich přeměně nebo zničení je zapotřebí velmi velké množství energie. Prvním jádrem podrobeným umělé transformaci je jádro atomu dusíku . Bombardováním dusíku vysokoenergetickými částicemi alfa objevil Rutherford vzhled protonů - jader atomu vodíku .
Geiger-Marsdenův experiment se zlatou fóliíRutherford je jedním z mála nositelů Nobelovy ceny, který udělal své nejslavnější dílo od doby, kdy ji dostal. Spolu s Hansem Geigerem a Ernstem Marsdenem v roce 1909 provedl experiment , který prokázal existenci jádra v atomu. Rutherford v tomto experimentu požádal Geigera a Marsdena, aby hledali částice alfa s velmi velkými úhly vychýlení, což se od Thomsonova modelu atomu v té době neočekávalo. Takové odchylky, i když vzácné, byly nalezeny a pravděpodobnost odchylky se ukázala jako plynulá, i když rychle klesající funkce úhlu odchylky.
Později Rutherford přiznal, že když svým studentům navrhl, aby provedli experiment s rozptylem částic alfa pod velkými úhly, sám nevěřil v pozitivní výsledek.
Bylo to skoro tak neuvěřitelné, jako kdybyste vypálili 15palcový projektil na kus tenkého papíru a projektil se k vám vrátil a zasáhl.
— Ernest Rutherford [26]Rutherford byl schopen interpretovat data získaná z experimentu, což ho vedlo v roce 1911 k vyvinutí planetárního modelu atomu . Podle tohoto modelu se atom skládá z velmi malého kladně nabitého jádra obsahujícího většinu hmotnosti atomu a lehkých elektronů obíhajících kolem něj.
Rutherford je jedním z nejuznávanějších vědců na světě [27] . V roce 1914 povýšil George V na rytíře Rutherforda [28] jako rytíř bakalář . V roce 1925 jej učinil [29] členem Řádu za zásluhy a v roce 1931 udělil Rutherfordovi [30] titul barona, čímž získal právo být nazýván Lord Rutherford.
Pojmenováno po Ernestu Rutherfordovi:
Tematické stránky | ||||
---|---|---|---|---|
Slovníky a encyklopedie | ||||
Genealogie a nekropole | ||||
|
Prezidenti Královské společnosti v Londýně | |
---|---|
17. století |
|
18. století |
|
19. století |
|
20. století |
|
XXI století |
|
ceny za chemii 1901-1925 | Nositelé Nobelovy|
---|---|
| |
|
ceny v roce 1908 | nositelé Nobelovy|
---|---|
Fyziologie nebo lékařství | Ilja Iljič Mečnikov (Ruská říše) Paul Ehrlich (Německo) |
Fyzika | Gabriel Lippmann (Francie) |
Chemie | Ernest Rutherford (Nový Zéland) |
Literatura | Rudolf Christoph Eiken (Německo) |
Svět | Klas Pontus Arnoldson (Švédsko) Fredrik Baier (Dánsko) |