Кто такой резерфорд и что он открыл кратко
Эрнест Резерфорд
английский физик, «отец» ядерной физики, создатель планетарной модели атома
Эрнест Резерфорд
Эрнест Резерфорд (англ. Ernest Rutherford) родился 30 августа 1871 года в Спринг-Грув (Новая Зеландия). Окончил Кентерберийский колледж и к 23 годам получил степени бакалавра гуманитарных и естественных наук, магистра гуманитарных наук. А через год был направлен на обучение в Кембриджском университете в Англии, где он провел 3 года как студент-исследователь под руководством Дж.Томсона, одного из ведущих ученых того времени.
В 1898 году Резерфорд стал профессором физики Макгильского университета в Канаде, а в 1907 году вернулся в Англию, чтобы возглавить физический факультет Манчестерского университета. В 1919 году Резерфорд вернулся в Кембридж, на этот раз как директор Кавендишской лаборатории, и оставался на этом посту до конца жизни.
В 1899 году он открыл Альфа– и Бета-излучения, и через год ввел понятие периода полураспада. В 1903 году вместе с Ф.Содди разработал теорию радиоактивного распада, которую обосновал экспериментально, и установил закон превращений радиоактивных элементов. Доказал, что Альфа-излучение – это поток положительно заряженных частиц, а затем установил закон рассеяния Альфа-частиц на атомах различных элементов (формула Резерфорда).
Эти эксперименты привели его в 1911 году к созданию новой модели строения атома – планетарной. Вскоре Резерфорд выдвинул идею об искусственном превращении атомных ядер, которую в 1919 году первым подтвердил экспериментально.
Резерфорд – лауреат Нобелевской премии по химии (1908) за исследования по превращению элементов и химии радиоактивных веществ, член многих академий наук и научных обществ, член Лондонского королевского общества и его президент в 1925-1930 годах.
Эрнест создал большую школу физиков, среди его учеников О.Ган, Г.Мозли, Дж.Червик, Д.Хевеши. У него учились известные советские физики П.Капица, Ю.Харитон и др. Награжден «Орденом за заслуги», медалями Румфорда и Копли, в 1931 году стал пэром Англии, получив титул лорда Нельсона.
Умер Эрнест Резерфорд 19 октября 1937 года в Кембридже, не дожив всего нескольких лет до открытия деления урана немецкими физиками О.Ганом и Л.Майтнером. Был похоронен в Вестминстерском аббатстве неподалеку от могил И.Ньютона и Ч.Дарвина.
Эрнест Резерфорд
Эрнест Резерфорд, 1-й барон Резерфорд Нельсонский (1871-1937) – британский физик новозеландского происхождения. Известен как «отец» ядерной физики. Создатель планетарной модели атома. Лауреат Нобелевской премии по химии 1908 г.
В биографии Эрнеста Резерфорда есть множество интересных фактов, о которых мы расскажем в данной статье.
Итак, перед вами краткая биография Резерфорда.
Биография Резерфорда
Эрнест Резерфорд появился на свет 30 августа 1871 г. в поселке Спринг-Грув (Новая Зеландия). Он рос и воспитывался в семье фермера, Джеймса Резерфорда, и его супруги, Марты Томпсон, которая работала учителем в школе.
Помимо Эрнеста, в семье Резерфорд родилось еще 11 детей.
Детство и юность
С ранних лет Эрнест отличался любознательностью и трудолюбием. Он обладал феноменальной памятью, а также был здоровым и крепким ребенком.
Будущий ученый с отличием окончил начальную школу, после чего поступил в колледж Нельсона. Его следующим учебным заведением стал Кентербери-колледж, расположенный в Крайстчерче.
В данный период биографии Резерфорд с большим интересом изучал химию и физику.
В 21-летнем возрасте Эрнест удостоился награды за написание лучшей работы по математике и физике. В 1892 г. ему присвоили звание магистра искусств, после чего он начал проводить научные исследования и ставить эксперименты.
Первая работа Резерфорда называлась – «Магнетизация железа при высокочастотных разрядах». В ней рассматривалось поведение высокочастотных радиоволн.
Интересен факт, что Эрнест Резерфорд первым собрал радиоприемник, опередив его официального создателя Маркони. Данный прибор оказался первым в мире магнитным детектором.
Посредством детектора, Резерфорду удалось получить сигналы, которые ему подавали коллеги, находившиеся от него на расстоянии около километра.
В 1895- г. Эрнесту вручили грант на обучение в Великобритании. В результате, ему посчастливилось отправиться в Англию и поработать в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета.
Научная деятельность
В Британии научная биография Эрнеста Резерфорда складывалась как нельзя лучше.
В университете ученый стал первым докторантом его ректора Джозефа Томсона. В это время парень занимался исследованием ионизации газов под воздействием рентгена.
Эрнест Резерфорд в молодости
В 27-летнем возрасте Резерфорд увлекся изучением уранового радиоактивного излучения – «лучи Беккереля». Любопытно, что вместе с ним опыты по радиоактивному излучению также проводили Пьер и Мария Кюри.
Позже Эрнест начал глубоко исследовать период полураспада, который уточнял характеристику веществ, открыв тем самым процесс полураспада.
В 1898 г. Резерфорд перешел работать в университет Макгилла, находившейся в Монреале. Там он начал тесно сотрудничать с английским радиохимиком Фредериком Содди, который на то время был простым лаборантом химфакультета.
В 1903 г. Эрнест и Фредерик представили научному миру революционную идею о преобразовании элементов в процессе радиоактивного распада. Вскоре они также сформулировали законы превращений.
Позже их идеи дополнил Дмитрий Менделеев с помощью периодической системы. Таким образом стало ясно, что химические свойства вещества зависят от заряда ядра его атома.
В период биографии 1904-1905 гг. Резерфорд опубликовал два труда – «Радиоактивность» и «Радиоактивные превращения».
В своих работах ученый заключил, что атомы представляют собой источник радиоактивного излучения. Он провел немало экспериментов по просвечиванию золотой фольги альфа-частицами, наблюдая за потоками частиц.
Эрнест Резерфорд был первым, кто выдвинул идею о строении атома. Он предположил, что атом имеет форму капли с положительным зарядом, с находящимся внутри него отрицательно заряженными электронами.
Позже физик сформулировал планетарную модель атома. Однако данная модель шла вразрез с законами электродинамики, выведенными Джеймсом Максвеллом и Майклом Фарадеем.
Ученым удалось доказать, что ускоренно движущийся заряд лишается энергии вследствие электромагнитного излучения. По этой причине, Резерфорду пришлось продолжить усовершенствовать свои идеи.
В 1907 г. Эрнест Резерфорд обосновался в Манчестере, где устроился работать в университете Виктории. В следующем году он совместно с Хансом Гейгером изобрел счетчик альфа-частиц.
Эрнест Резерфорд за работой
Позже Резерфорд начал сотрудничать с Нильсом Бором, который являлся автором теории квантов. Физики пришли к выводу, что электроны движутся вокруг ядра по орбите.
Их новаторская модель атома стала прорывом в науке, побудив все научное сообщество пересмотреть свои взгляды на материю и движение.
В возрасте 48 лет Эрнест Резерфорд стал профессором Кембриджского университета. На тот момент биографии он пользовался большим авторитетом в обществе и имел множество престижных наград.
В 1931 г. Резерфорд удостоился звания барона. В то время он ставил опыты по расщеплению ядра атома и превращению химических элементов. Кроме этого, он исследовал взаимосвязь массы и энергии.
Личная жизнь
В 1895 г. между Эрнестом Резерфордом и Мэри Ньютон была заключена помолвка. Стоит заметить, что девушка была дочерью хозяйки пансиона, в котором тогда жил физик.
Молодые люди сыграли свадьбу спустя 5 лет. В скором времени у супругов родилась единственная дочь, которую они назвали Эйлин Мэри.
Смерть
Эрнест Резерфорд умер 19 октября 1937 г., спустя 4 дня после срочной операции по причине неожиданного заболевания – ущемления грыжи. На момент смерти великому ученому было 66 лет.
Резерфорд был похоронен со всеми почестями в Вестминстерском аббатстве. Интересен факт, что его похоронили рядом с могилами Ньютона, Дарвина и Фарадея.
Фото Эрнеста Резерфорда
Эрнест Резерфорд на Сольвеевском конгрессе
Сэр Эрнест Резерфорд и его открытия
Как лауреат премии в области химии, физик Резерфорд, открывший так называемые альфа- и бета- излучения радиоактивных элементов, понимал, что в названии его Нобелевской лекции должно быть слово “химический”, и он придумал такое название: “О химической природе альфа-частиц радиоактивных веществ”.
Но в своем тосте на банкете в королевском дворце в Стогольме не удержался и сказал: “Я имел дело со многими разнообразными превращениями, которые изучал в разные годы, но самым замечательным превращением было то, что я в один миг из физика превратился в химика”.
То, что Резерфорд получил Нобелевскю премию не по физики, а по химии, по-видимому, задевало его. Известно его высказывание тех времен:
All science is either physics or stamp collecting,
что можно перевести так:
Наука либо физика, либо собирание марок.
Как-то представляя аудитории своего молодого друга, голландского ученого Петера Дебая(1884-1966), блестяще работающего на стыке физики и химии твердых тел и газов, Резерфорд сказал:
— Хотя он химик, он неплохой парень.
С 1909 года сотрудники Резерфорда, Ханс Гейгер(1882-1945), который до этого изобрел счетчик заряженных частиц, в том числе альфа-частиц, и Эрнест Марсден(1889-1970), по подсказке шефа начали прощупывать структуру атома, облучая пластинки из золота и других материалов альфа-частицами и регистрируя прохождение последних. Результатом этих экспериментов стало эпохальное открытие существования сверхплотного положительно заряженного точечного атомного ядра, а затем умозрительное построение Резерфордом планетарной модели атома, значительно более близкое к истине, чем модель атома, предложенная до этого, другим мастером английской школы физического эксперимента, Дж.Дж. Томсоном(1856-1940), открывшим электрон.
Казалось бы, что Резерфорд должен был быть удостоен второй Нобелевской премии, уже по физике, тем более, что прецедент в лице Марии Кюри(1867-1934), дважды награжденной Нобелевской премией(по физике в 1903г. и по химии в 1911г.) призывал к награждению.
Но нобелевский комитет, с самого начала своего основания, был склонен «проверять временем» открытия, в которые, сначала, просто надо было уверовать.
Более того, уже к 20-ому году соотечественникам Резерфорда, Френсису Астону(1877-1945) и Артуру Эддингтону(1882-1944) стало ясно, что колоссальное тепловое излучение Солнца обусловлено непрерывным образованием в его центре ядер гелия из ядер водорода. При таком синтезе, из-за «жесткой упаковки», часть массы ядер водорода превращается в энергию, согласно знаменитой формуле Эйнштейна. Эта энергия, путем конвекции, достигает поверхности Солнца и непрерывно излучается уже миллиарды лет.
С другой стороны, перегруженные атомные ядра последних естественных элементов таблицы Менделеева,проявляющие себя в феномене радиоактивности, таили в себе, уже в результате распада ядер, возможность цепной реакции также с выходом колоссальной энергии.
Как это не покажется странным, но Резерфорд, следя за развитием своего открытия атомного ядра, стал на позицию недоступности ядерной энергии для практического использования и в своих публичных выступлениях, до конца жизни, жестко отстаивал эту позицию, называя противоположную точку зрения чушью.
Резерфорд Эрнест: биография, открытия и интересные факты
Эрнест Резерфорд (фото размещено далее в статье), барон Резерфорд Нельсона и Кембриджа (родился 30.08.1871 в Спринг-Груве, Новая Зеландия — умер 19.10.1937 в Кембридже, Англия) – британский физик родом из Новой Зеландии, которого считают самым великим экспериментатором со времен Майкла Фарадея (1791-1867). Он был центральной фигурой в области изучения радиоактивности, а его концепция строения атома доминировала в ядерной физике. Стал лауреатом Нобелевской премии в 1908 году, был президентом Королевского общества (1925–1930) и Британской ассоциации содействия развитию науки (1923). В 1925 году был принят в члены Ордена заслуг и в 1931 году был удостоен звания пэра, получил титул лорда Нельсона.
Эрнест Резерфорд: краткая биография в ранние годы жизни
Эрнест учился в бесплатных государственных учебных заведениях до 1886 г., когда он выиграл стипендию для учебы в частной средней школе Нельсона. Одаренный ученик преуспел почти в каждом предмете, но особенно в математике. Другая стипендия помогла Резерфорду поступить в 1890 году в Кентербери-колледж, один из четырех кампусов университета Новой Зеландии. Это было небольшое учебное заведение, в штате составе которого числилось всего восемь преподавателей, студентов же было менее 300. Юному дарованию посчастливилось иметь прекрасных учителей, которые разожгли в нем интерес к научным исследованиям, подкрепленным надежными доказательствами.
По завершении трехлетнего учебного курса Эрнест Резерфорд стал бакалавром и выиграл стипендию для года учебы в аспирантуре в Кентербери. Завершив ее в конце 1893 года, он получил степень магистра искусств – первую ученую степень в области физики, математики и математической физики. Ему было предложено остаться еще на один год в Крайстчерче для проведения независимых экспериментов. Исследование Резерфорда способности высокочастотного электрического разряда, например, от конденсатора, намагничивать железо в конце 1894 года принесло ему степень бакалавра наук. В этот период он полюбил Мэри Ньютон, дочь женщины, в чьем доме он поселился. Они поженились в 1900 г. В 1895-м Резерфорд получил стипендию имени Всемирной выставки 1851 г. в Лондоне. Он решил продолжать свои исследования в Кавендишской лаборатории, которую Дж. Дж. Томсон, ведущий европейский эксперт в области электромагнитного излучения, возглавил в 1884 г.
Кембридж
В знак признания растущей важности науки Кембриджский университет изменил свои правила, позволив выпускникам других вузов получать диплом после двух лет обучения и выполнения приемлемой научной работы. Первым студентом-исследователем стал Резерфорд. Эрнест, кроме демонстрации намагничивания колебательным разрядом железа, установил, что игла теряет часть своей намагниченности в магнитном поле, создаваемом переменным током. Это позволило создать детектор недавно открытых электромагнитных волн. В 1864 г. шотландский физик-теоретик Джеймс Клерк Максвелл предсказал их существование, а в 1885–1889 гг. немецкий физик Генрих Герц обнаружил их в своей лаборатории. Прибор Резерфорда для детекции радиоволн был проще и имел коммерческий потенциал. Следующий год молодой ученый провел в Кавендишской лаборатории, увеличивая диапазон и чувствительность прибора, который мог принимать сигналы на расстоянии полумили. Однако Резерфорду не хватило межконтинентального видения и предпринимательских навыков итальянца Гульельмо Маркони, который изобрел беспроводной телеграф в 1896 г.
Исследования ионизации
Рентгеновские лучи были открыты в Германии Вильгельмом Конрадом Рентгеном лишь через несколько месяцев после появления Резерфорда в Кавендише. Способность производить снимки костей живого человека всех очень интересовала. Ученые хотели больше узнать о свойствах чудо-лучей и о том, что они собой представляют, в числе таких любопытных оказался и Резерфорд. Эрнест не мог отказаться от почетного приглашения Томсона поучаствовать в исследовании того, как рентгеновские лучи изменяют проводимость газов. Результатом стала классическая работа об ионизации – разделении атомов или молекул на положительные и отрицательные части (ионы) и притяжении заряженных частиц к электродам противоположной полярности.
Исследования радиации
Затем Томсон начал изучать отношение заряда к массе наиболее распространенного иона, который в дальнейшем получил название электрона, в то время как Резерфорд изучал другие виды излучения, которое производило ионы. Он обратился к ультрафиолету, а затем к излучению, испускаемому ураном, которое впервые было обнаружено в 1896 г. французским физиком Анри Беккерелем. Размещение урана около тонкой фольги позволило Резерфорду понять, что радиация более сложна, чем считалось ранее: один ее вид легко поглощался или блокировался очень тонким слоем металла, но другой часто проникал сквозь него. Для простоты он назвал эти типы излучения «альфа» и «бета» соответственно. Позднее было установлено, что α-частицы соответствуют ядру атома гелия и состоят из двух протонов и двух нейтронов, а β-частицы – это электрон или его положительный вариант позитрон. В течение последующих нескольких лет изучение этого излучения представляло основной интерес, а затем внимание науки переключилось на радиоактивные элементы.
Университет Макгилла
Как же дальше складывалась жизнь и карьера такого ученого, как Эрнест Резерфорд? Биография физика гласит, что вскоре ему была предложена должность профессора в канадском университете Макгилла в Монреале, который мог похвалиться одной из наиболее оснащенных лабораторий в Западном полушарии. Обратив свое внимание на один из нескольких известных тогда радиоактивных элементов, он и его коллега обнаружили, что торий выделяет газообразный продукт, который ученый назвал «эманацией». Он, в свою очередь, оставлял твердые отложения, которые вскоре были преобразованы в торий А, B, C и т. д. Любопытно, что после химической обработки некоторые вещества теряли свои радиоактивные свойства, но в итоге восстанавливали их, в то время как другие материалы, изначально сильные, постепенно теряли активность. Это привело к концепции полураспада – интервала времени, необходимого для распада половины атомных ядер образца, находящегося в диапазоне от нескольких секунд до миллиардов лет, уникального для каждого радиоактивного элемента и, следовательно, являющегося отличным средством их идентификации.
Теория превращений
Резерфорду потребовалась помощь эксперта-химика, чтобы справиться с ростом числа радиоактивных элементов. Он привлек Фредерика Содди из Макгилла, Бертрама Бордена Болтвуда, профессора Йельского университета, и Отто Гана, научного сотрудника из Германии. С Содди в 1902–1903 гг. он разработал теорию преобразований, объясняющую явление радиоактивности. Алхимия с ее попытками превращения свинца в золото давно была изгнана из современной химии. Атомы считались стабильными. Но Резерфорд и Содди утверждали, что энергия радиоактивности исходит из них, и спонтанное испускание α- или β-частиц означает химическое превращение одного элемента в другой. Они ожидали, что эта иконоборческая теория будет опровергаться, но авторитет множества экспериментальных доказательств подавил оппозицию.
Вскоре было установлено, что радиоактивные элементы делятся на три ряда, возглавляемые ураном, торием и актинием, и все они ведут к образованию неактивного свинца. Болтвуд поместил радий в группу урана и, следуя совету Резерфорда, использовал медленно растущее количество свинца в минерале, чтобы показать, что возраст пород исчисляется миллиардами лет. Последний считал, что альфа-частица, обладающая ощутимой массой, играет ключевую роль в преобразовании элементов. Он определил, что она несет положительный заряд, но не смог установить, является ли она ионом водорода или гелия.
Женатый и знаменитый
В Макгилле Эрнест Резерфорд (фото приведено в статье) женился на своей возлюбленной из Новой Зеландии и стал знаменитым. В свою лабораторию он приглашал много студентов-исследователей, в том числе женщин, когда очень мало представительниц слабого пола занималось наукой. Физик Эрнест Резерфорд был популярным лектором и автором газетных и журнальных статей. В 1904 г. он также написал ведущий учебник по радиоактивности. Его ожидали награды, членство в Королевском обществе Лондона и неизбежные предложения сотрудничества.
Университет Манчестера
В Северной Америке было хорошее научное сообщество, но мировой центр физики находился в Европе. Эрнест Резерфорд, Нобелевская премия по химии которому за его работу в Монреале была присуждена в 1908 г., годом ранее устроился на кафедру университета Манчестера, чья лаборатория уступала только Кавендишской.
Совместно с немецким физиком Гансом Гейгером Эрнест Резерфорд создал электрический счетчик ионизированных частиц. Усовершенствованный Гейгером, счетчик стал универсальным инструментом для измерения радиоактивности. Благодаря мастерству стеклодува Резерфорд и его ученик Томас Ройдс выделили некоторые α-частицы и выполнили их спектрохимический анализ, который доказал, что они являются ионами гелия. Затем Болтвуд посетил лабораторию университета Манчестера, и вместе с новозеландским физиком они уточнили скорость образования гелия из радия, из которой они вычислили точное значение числа Авогадро.
Модель атома
Размышляя над тем, как такая тяжелая заряженная частица может отклоняться электростатическим притяжением или отталкиванием на такой большой угол, в 1944 г. Резерфорд пришел к выводу, что атом не может являться однородным твердым телом. По его мнению, он состоял в основном из пустого пространства и крошечного ядра, в котором сконцентрирована вся его масса. Резерфорд Эрнест модель атома подтвердил многочисленными экспериментальными доказательствами. Она стала его наибольшим научным вкладом, но за пределами Манчестера на нее обращали мало внимания. В 1913 г., однако, датский физик Нильс Бор показал всю важность этого открытия. Годом ранее он посетил лабораторию Резерфорда и вернулся в нее в качестве сотрудника факультета в 1914–1916 гг. Радиоактивность, как объяснил он, заключена в ядре, в то время как химические свойства определяются орбитальными электронами. Модель атома Бора породила новую концепцию квантов (или дискретных значений энергии) в электродинамике орбит, и он объяснил спектральные линии как выделение или поглощение энергии электронами при их переходе из одной орбиты на другую. Генри Мозли, еще один из многих учеников Резерфорда, аналогичным образом объяснил последовательность рентгеновского спектра элементов зарядом ядра. Таким образом была разработана новая согласованная картина физики атома.
Первая мировая война опустошила лабораторию, которой руководил Эрнест Резерфорд. Интересные факты из жизни физика в этот период касаются его участия в разработке средств борьбы с подводными лодками, а также членства в Совете адмиралтейства по изобретениям и научным исследованиям. Когда он нашел время, чтобы вернуться к своим предыдущим научным работам, то занялся изучением столкновения альфа-частиц с газами. В случае водорода, как и ожидалось, детектор фиксировал образование отдельных протонов. Но протоны возникали и при бомбардировке атомов азота. В 1919 г. Эрнест Резерфорд открытия пополнил еще одним: ему удалось искусственно спровоцировать ядерную реакцию в стабильном элементе.
Возвращение в Кембридж
Открытие нейтрона и термоядерного синтеза
Кавендиш стал местом проведения и других интересных работ. Существование нейтрона было предсказано Резерфордом в 1920 году. После долгих поисков, в 1932 году Чедвик обнаружил эту нейтральную частицу, доказав, что ядро состоит из нейтронов и протонов, а его коллега, английский физик Норман Федер, вскоре показал, что нейтроны могут вызывать ядерные реакции легче, чем заряженные частицы. Работая с подаренной недавно открытой в США тяжелой водой, в 1934 г. Резерфорд, Марк Олифант из Австралии и Пауль Хартек из Австрии провели бомбардировку дейтерия дейтронами и провели первый термоядерный синтез.
Жизнь вне физики
Ученый имел несколько увлечений, не касающихся науки, в число которых входили гольф и автоспорт. Эрнест Резерфорд, кратко говоря, придерживался либеральных убеждений, но не был политически активным, хотя и занимал должность председателя экспертного совета правительственного Департамента научных и промышленных исследований и являлся пожизненным президентом (с 1933 г.) организации Academic Assistance Council, созданной для помощи ученым, бежавшим из нацистской Германии. В 1931 г. он стал пэром, но это событие было омрачено смертью его дочери, скончавшейся восемью днями раньше. Выдающийся ученый умер в Кембридже после непродолжительной болезни и был похоронен в Вестминстерском аббатстве.