Ернест резерфорд за що отримав Нобелівську премію. На прізвисько «Крокодил

Резерфорд Ернест (роки життя: 30.08.1871 – 19.10.1937) – англійський фізик, творець планетарної моделі атома, основоположник ядерної фізики. Він був членом Лондонського Королівського товариства, а з 1925 по 1930 рік – і його президентом. Ця людина - володар, яку він отримав у 1908 році.

Майбутній учений народився в сім'ї Джеймса Резерфорда, колісного майстра, та Марти Томпсон, вчительки. Крім нього, у сім'ї було 5 дочок та 6 синів.

Навчання та перші нагороди

До того як в 1889 році сім'я переселилася в Північний, Резерфорд Ернест навчався в м. Крайстчерче, в Кентерберійському коледжі. Вже тим часом виявилися блискучі здібності майбутнього вченого. Після закінчення 4 курсу Ернест був удостоєний нагороди за кращу роботув галузі математики, а також зайняв 1-е місце на магістерських іспитах з фізики та математики.

Винахід магнітного детектора

Ставши магістром мистецтв, Резерфорд не залишив коледжу. Він поринув у самостійну наукову роботу з магнетизації заліза. Ним було розроблено та виготовлено спеціальний прилад - магнітний детектор, який став одним з перших у світі приймачів електромагнітних хвиль, а також "вхідним квитком" Резерфорда в велику науку. У його житті невдовзі відбулася важлива зміна.

Резерфорд вирушає до Англії

Найобдарованішим молодим підданим англійської корони з Нової Зеландії надавалася раз на два роки стипендія ім. Всесвітня виставка 1851 року, яка давала можливість вирушити до Англії для вивчення наук. У 1895 році було вирішено, що два новозеландці гідні такої честі - фізик Резерфорд і хімік Маклорен. Однак місце було тільки одне, і надії Ернеста впали. На щастя, Маклорен змушений був по сімейним обставинамвідмовитися від цієї поїздки, і Резерфорд Ернест восени 1895 прибув до Англії. Тут він розпочав роботу в Кембриджському університеті (в Кавендішевській лабораторії) і став першим докторантом Дж. Томсона, її директора (на фото нижче).

Вивчення променів Беккерелю

Томсон на той час вже був одним із членів шанованого всіма Лондонського королівського товариства. Здібності Резерфорда він швидко оцінив і залучив його до роботи з вивчення іонізації газів під впливом рентгенівських променів, яку він проводив. Проте вже в 1898 році, влітку, Ернест робить свої перші кроки в іншій галузі дослідження. Його зацікавили "промені Беккереля". Випромінювання уранової солі, відкрите Беккерелем, фізиком із Франції, пізніше стало відоме як радіоактивне. Французький вчений, а також подружжя Кюрі активно займалися його дослідженням. 1898 року в роботу включився і Резерфорд Ернест. Цей вчений виявив, що дані промені входять потоки ядер гелію, позитивно заряджених (альфа-часток), і навіть потоки електронів (бета-частиц).

Подальше вивчення променів урану

У Паризьку академіюнаук 18 липня 1898 року була представлена ​​робота подружжя Кюрі, яка викликала великий інтересРезерфорд. У ній автори вказували, що крім урану є інші радіоактивні ( даний термінбуло вжито вперше саме тоді) елементи. Резерфорд пізніше ввів поняття про - одне з головних відмітних ознакцих елементів.

Ернесту у грудні 1897 року продовжили виставкову стипендію. Вчений отримав можливість подальшого дослідженняпроменів урану. Однак у квітні 1898 року в Монреалі звільнилося місце професора місцевого Мак-Гіллського університету, і Ернест вирішив вирушити до Канади. Минула пора учнівства. Всім було зрозуміло, що Резерфорд готовий працювати самостійно.

Переїзд до Канади та нова робота

Восени 1898 року відбувся переїзд до Канади. Спочатку викладання Резерфорда йшло не дуже успішно: студентам припали не до смаку лекції, які молодий професор, який ще не навчився цілком відчувати аудиторію, перенасичував деталями. У науковій роботітакож виникли деякі труднощі через те, що прибуття замовлених Резерфордом радіоактивних препаратівзатримувалося. Проте всі шорсткості незабаром згладилися, і для Ернеста почалася смуга успіхів та успіхів. Втім, навряд чи доречно говорити про удачі: все досягалося нелегкою працею, до якої залучалися його нові друзі та однодумці.

Відкриття закону радіоактивних перетворень

Навколо Резерфорда вже тоді сформувалася атмосфера творчого ентузіазму та захопленості. Праця була радісною і напруженою, він приводив до великим успіхам. Резерфорд у 1899 році відкрив еманацію торію. Спільно з Соді в 1902-1903 роках він прийшов уже до загальному закону, що застосовується до всіх радіоактивних перетворень. Слід сказати дещо докладніше про цю важливу наукову подію.

Вчені всього світу твердо засвоїли в той час, що неможливо перетворити одні хімічні елементи на інші, тому слід навіки поховати мрії алхіміків добувати із свинцю золото. І ось з'явилася робота, в якій стверджувалося, що за радіоактивних розпадів перетворення елементів не тільки відбуваються, але їх неможливо ні сповільнити, ні припинити. Більше того, було сформульовано закони цих перетворень. Сьогодні ми розуміємо, що саме зарядом ядра визначаються Хімічні властивостіелемента та його положення в періодичній системіМенделєєва. Коли дві одиниці зменшується що відбувається при альфа-распаде, він " переміщається " вгору на 2 клітинки у таблиці Менделєєва. На одну клітину вниз він зміщується при електронному розпаді бета, а на клітину вгору - при позитронному. Незважаючи на очевидність цього закону і його простоту, це відкриття було однією з найважливіших подій у науці початку 20 століття.

Одруження з Мері Джорджиною Ньютон, народження дочки

В цей же час сталося важлива подіяв особистого життяЕрнеста. Через 5 років після заручин із Мері Джорджіною Ньютон одружився з нею вчений Ернест Резерфорд, біографія якого до цього часу вже була відзначена значними досягненнями. Ця дівчина була дочкою господині пансіону у Крайстчерчі, де він колись жив. 1901 року, 30 березня, з'явилася на світ єдина дочкау сімействі Резерфордів. Ця подія практично збіглася за часом з народженням у фізичної науки нового розділу- Фізики ядра. А через два роки Резерфорд став членом Лондонського королівського товариства.

Книги Резерфорда, досліди з просвічування фольги альфа-частинками

Ернест створив 2 книги, у яких узагальнив підсумки своїх наукових пошуків та досягнень. Перша вийшла під назвою "Радіоактивність" у 1904 році. "Радіоактивні перетворення" з'явилася за рік. Автор цих книг розпочинав у цей час нові дослідження. Він зрозумів, що саме з атомів виходить радіоактивне випромінювання, проте абсолютно незрозумілим залишалося місце його виникнення. Слід вивчити пристрій ядра. І тоді Ернест звернувся до методики просвічування альфа-частинками, з якою він розпочинав свою роботу у Томсона. Досліди вивчали, як потік цих частинок проходить через тонкі листочки фольги.

Перша модель атома, запропонована Томсоном

Була запропонована перша модель атома, коли стало відомо про те, що електрони мають негативний заряд. Однак вони входять до атомів, що є в цілому електронейтральними. Значить у його складі має бути щось, що носить позитивний заряд. Для вирішення цієї проблеми Томсон запропонував таку модель: атом – це щось на кшталт краплі, позитивно зарядженої, радіус якої становить стомільйонну частку сантиметра. Усередині неї є крихітні електрони з негативним зарядом. Вони прагнуть під дією кулонівських сил зайняти положення в самому центрі атома, проте якщо їх що-небудь виведе з рівноваги, вони коливаються, що супроводжуються випромінюванням. Ця модель пояснювала існування спектрів випромінювання – факт, про який було відомо на той час. З дослідів вже стало ясно, що в твердих тілахвідстані між атомами приблизно такі самі, як і їх розміри. Здавалося очевидним тому, що альфа-частинки що неспроможні пролетіти крізь фольгу, як і камінь не пролетить через ліс, у якому дерева ростуть практично впритул один до одного. Однак перші ж здійснені Резерфордом досліди переконували, що це не так. Більшість альфа-часток, майже не відхиляючись, пронизувало фольгу, і лише в деяких спостерігалося відхилення, часом суттєве. Цим дуже зацікавився Ернест Резерфорд. Цікаві факти вимагали подальшого вивчення.

Планетарна модель Резерфорду

І тоді знову виявилася інтуїція Резерфорда та вміння цього вченого розуміти мову природи. Ернест рішуче відмовився від запропонованої Томсоном моделі атома. Досвіди Резерфорда призвели до того, що він висунув свою планетарну назву. Згідно з нею, у центрі атома знаходиться ядро, в якому зосереджена вся маса даного атома, незважаючи на його досить малі розміри. А навколо ядра, подібно до планет, що обертаються навколо Сонця, рухаються електрони. Маси їх значно менше, ніж в альфа-частинок, і тому останні практично не відхиляються, коли пронизують електронні хмари. І лише коли близько від ядра, позитивно зарядженого, пролітає альфа-частка, кулонівська силавідштовхування здатна різко викривити траєкторію її руху. Такою є теорія Резерфорда. Безперечно, це було велике відкриття.

Закони електродинаміки та планетарна модель

Досвіду Резерфорда було достатньо, щоб переконати багатьох вчених у існуванні планетарної моделі. Однак з'ясувалося, що вона не така однозначна. Формула Резерфорда, яку він вивів з опорою на цю модель, погодилася з даними, отриманими під час експерименту. Проте вона заперечувала закони електродинаміки!

Ці закони, які були встановлені в основному працями Максвелла і Фарадея, стверджують, що заряд, що прискорено рухається, випромінює електромагнітні хвиліі втрачає через це енергію. В атомі Резерфорда електрон рухається в кулонівському полі ядра прискорено і, згідно з теорією Максвелла, він повинен втратити всю енергію за десятимільйонну частку секунди, після чого впасти на ядро. Однак, цього не відбувалося. Отже, формула Резерфорда спростовувала теорію Максвелла. Ернест знав про це, коли в 1907 настав час повертатися в Англію.

Переїзд у Манчестер та здобуття Нобелівської премії

Роботи Ернеста у Мак-Гільському університеті сприяли тому, що він став дуже відомим. Резерфорда стали навперебій запрошувати в наукові центри різних країн. Вчений навесні 1907 року вирішив залишити Канаду і прибув до Манчестера, в університет Вікторії, де продовжив свої дослідження. Спільно з Х.Гейгером він створив 1908 року лічильник альфа-часток - новий прилад, який зіграв важливу рольу з'ясуванні того, що альфа-частинки – це атоми гелію, двічі іонізовані. Резерфорд Ернест, відкриття якого мали величезне значення, у 1908 році отримав Нобелівську премію (з хімії, а не з фізики!).

Співпраця з Нільсом Бором

Тим часом планетарна модель займала його думки дедалі сильніше. І ось у березні 1912 року Резерфорд став співпрацювати та дружити з Нільсом Бором. Найбільша заслуга Бора (фото його представлено нижче) полягала в тому, що він вніс принципово нові риси планетарну модель- Ідею квантів.

Він висунув "постулати", які здавалися здавалося б внутрішньо суперечливими. На його думку, в атомі є орбіти. Електрон, рухаючись ними, не випромінює, всупереч законам електродинаміки, хоч і має прискорення. Цей учений вказав на правило, за допомогою якого можна знайти ці орбіти. Він з'ясував, що кванти випромінювання з'являються лише за переходу електрона з орбіти на орбіту. вирішила багато проблем, а також стала проривом у світ нових ідей. Її відкриття призвело до корінного перегляду уявлень про матерію, її рух.

Подальша широка діяльність

1919 року Резерфорд став професором Кембриджського університету, а також директором Кавендішевської лабораторії. Десятки вчених справедливо вважали його за свого вчителя, включаючи згодом удостоєних Нобелівських премій. Це Дж. Чедвік, Г. Мозлі, М. Оліфант, Дж. Кокрофт, О. Ган, В. Гейтлер, Ю.Б. Харітон, П.Л. Капіца, Г. Гамов та ін Потік почестей і нагород ставав все ряснішим. 1914 року Резерфорд отримує дворянство. Президентом Британської асоціації він стає 1923 року, і з 1925 по 1930 був президентом Королівського суспільства. Титул барона Ернест отримує у 1931 році і стає лордом. Однак, незважаючи на все більше високі навантаження, і не тільки наукові, він продовжує атаки на таємниці ядра та атома.

Пропонуємо вам один цікавий факт, пов'язаний з науковою діяльністюРезерфорд. Відомо, що Ернест Резерфорд користувався наступним критерієм, коли вибирав собі співробітників: він давав людині, що прийшла до нього вперше, завдання, і якщо новий співробітник після цього цікавився, що робити далі, його відразу ж звільняли.

Вчений вже розпочав експерименти, які закінчилися відкриттям ним штучного розщеплення ядер атомів та штучного перетворення хімічних елементів. У 1920 році Резерфорд передбачив існування дейтрона і нейтрону, а в 1933 став ініціатором та учасником експерименту з перевірки існуючої в ядерних процесах взаємозв'язку енергії та маси. 1932 року, у квітні, він підтримав ідею застосування прискорювачів протонів для дослідження ядерних реакцій.

Смерть Резерфорда

Величезний вплив на науку і техніку, життя мільйонів людей надали праці Ернеста Резерфорда і його учнів, що належать до кількох поколінь. Великий учений, звичайно, не міг не замислитися над тим, чи буде цей вплив позитивним. Однак він був оптимістом, свято вірив у науку та людей. Ернест Резерфорд, коротка біографіяякого було нами описано, помер 1937 року, 19 жовтня. Його поховали у Вестмінстерському абатстві.

Англійський фізик, один із творців вчення про радіоактивність та будова атома, засновник наукової школи, ін. ч.-до. РАН (1922), поч.ч. АН СРСР (1925). Дір. Кавендіської лабораторії (з 1919). Відкрив (1899) альфа- і бета-промені і встановив їхню природу. Створив (1903, совм. з Ф. Содді) теорію радіоактивності. Запропонував (1911) планетарну модель атома. Здійснив (1919) першу мистецтв. ядерну реакцію. Передбачив (1921) існування нейтрона. Ноб. пр. з хімії (1908).

Ернест Резерфорд вважається найбільшим фізиком-експериментатором ХХ століття. Він являється центральною фігуроюу наших пізнаннях у галузі радіоактивності, а також людиною, яка започаткувала ядерну фізику. Крім свого величезного теоретичного значенняйого відкриття отримали широкий спектр застосування, включаючи: ядерну зброю, атомні електростанції, радіоактивні обчислення та дослідження радіації Вплив праць Резерфорда на світ величезний. Воно продовжує зростати і, схоже, ще збільшиться у майбутньому.

Резерфорд народився та виріс у Новій Зеландії. Там він вступив до Кентерберійського коледжу і до двадцяти трьох років отримав три ступені (бакалавра гуманітарних наук, бакалавра природничих наук, магістра з гуманітарних наук). Наступного року йому присудили право навчання в Кембриджському університеті в Англії, де він провів три роки як студент-дослідник під керівництвом Дж. Дж. Томсона, одного з провідних вчених того часу. У двадцять сім років Резерфорд став професором фізики в університеті МакДіл у Канаді. Там він працював дев'ять років і в 1907 повернувся до Англії, щоб очолити фізичний факультетМанчестерський університет. У 1919 році Резерфорд повернувся до Кембриджу, цього разу як директор Кавендіської лабораторії, і залишався на цій посаді до кінця життя.

Радіоактивність була відкрита у 1896 році французьким вченим Антуаном Анрі Беккерелем, коли він проводив експерименти з урановими сполуками. Але незабаром Беккерель втратив інтерес до цього предмета, і більша частинанаших основних знань у галузі радіоактивності походить з широких досліджень Резерфорда. (Марі та П'єр Кюрі відкрили ще два радіоактивні елементи - полоній та радій, але не зробили відкриттів фундаментального значення.)

Одне з перших відкриттів Резерфорда полягало в тому, що радіоактивне випромінювання урану складається з двох. різних компонентів, які вчений назвав альфа- та бета-промені. Пізніше він продемонстрував природу кожного компонента (вони складаються з часток, що швидко рухаються) і показав, що існує ще й третій компонент, який назвав гамма-променями.

Важлива риса радіоактивності – це пов'язана з нею енергія. Беккерель, подружжя Кюрі та багато інших вчених вважали енергію зовнішнім джерелом. Але Резерфорд довів, що дана енергія- яка набагато потужніша, ніж звільняється при хімічних реакціях, - Виходить зсередини окремих атомів урану! Цим він започаткував важливу концепцію атомної енергії.

Вчені завжди припускали, ніби окремі атоминеподільні і незмінні. Але Резерфорд (за допомогою дуже талановитого молодого помічника Фредеріка Содді) зміг показати, що коли атом випускає альфа-або бета-промені, він перетворюється на атом іншого сорту. Спершу хіміки не могли в це повірити. Проте Резерфорд та Содді провели цілу серіюекспериментів з радіоактивним розпадом та трансформували уран у свинець. Також Резерфорд виміряв швидкість розпаду та сформулював важливу концепцію "напіврозпаду". Це незабаром призвело до техніки радіоактивного обчислення, яке стало одним із найважливіших наукових інструментів та знайшло широке застосуванняу геології, археології, астрономії та у багатьох інших областях.

Ця приголомшлива серія відкриттів принесла Резерфорду в 1908 Нобелівську премію (пізніше Нобелівську премію отримав і Содді), але його найбільше досягненнябуло ще попереду. Він зауважив, що альфа-частинки, що швидко рухаються, здатні проходити крізь тонку золоту фольгу (не залишаючи видимих ​​слідів!), але при цьому трохи відхиляються. Виникло припущення, що атоми золота, тверді, непроникні, як "малі більярдні кулі" - як раніше вважали вчені, - були м'якими всередині! Все виглядало так, ніби менші та твердіші альфа-частинки можуть проходити крізь атоми золота як високошвидкісна куля через желе.

Але Резерфорд (працюючи з Гейгером і Марсденом, своїми двома молодими помічниками) виявив, деякі альфа-частинки, проходячи крізь золоту фольгу, відхиляються дуже сильно. Фактично дехто взагалі відлітає назад! Відчувши, що за цим криється щось важливе, вчений ретельно порахував кількість частинок, що полетіли у кожному напрямку. Потім шляхом складного, але цілком переконливого математичного аналізувін показав єдиний шлях, яким можна було пояснити результати експериментів: атом золота складався майже повністю з порожнього простору, а практично вся атомна масабула сконцентрована у центрі, у маленькому "ядрі" атома!

Одним ударом праця Резерфорда назавжди вразила наше звичне бачення світу. Якщо навіть шматок металу - здається найтвердішим з усіх предметів - був переважно порожнім простором, значить, все, що ми вважали речовим, раптом розвалилося на крихітні піщинки, що бігають у неосяжній порожнечі!

Відкриття Резерфордом атомних ядерє основою всіх сучасних теорійбудови атома. Коли Нільс Бор за два роки опублікував знаменита праця, що описує атом як мініатюрну сонячну систему, керовану квантовою механікою, він використав для своєї моделі як відправну точку ядерну теоріюРезерфорд. Так само вчинили Гейзенберг і Шредінгер, коли вони сконструювали складніші. атомні моделі, використовуючи класичну та хвильову механіку.

Відкриття Резерфорда також призвело до появи нової галузі науки: вивчення атомного ядра. У цій галузі Резерфорду теж судилося стати піонером. У 1919 році він досяг успіху при трансформуванні ядер азоту в ядра кисню, обстрілюючи перші швидко рухомими альфа-частинками. Це було досягнення, про яке мріяли давні алхіміки.

Незабаром стало ясно, що ядерні трансформації можуть бути джерелом енергії Сонця. Більш того, трансформація атомних ядер є ключовим процесом у атомної зброїі на атомних електростанціях. Отже, відкриття Резерфорда викликає набагато більший інтерес, ніж просто академічний.

Особа Резерфорда постійно вражала всіх, хто зустрічався з ним. Він був великою людиноюз гучним голосом, безмежною енергією та помітним недоліком скромності. Коли колеги відзначали надприродну здатність Резерфорда завжди перебувати "на гребені хвилі" наукових досліджень, він відразу відповідав: "А чому б і ні? Адже це я викликав хвилю, чи не так?" Деякі вчені стали б заперечувати проти цього твердження.

Один із найвідоміших фізиків Ернест Резенфорд був родом із Нової Зеландії. Сім'я його була небагатою, а сам Резенфорд був четвертою дитиною із дванадцяти. Здавалося б якесь особливе майбутнє йому не світить, але навпроти з дитинства вчений прагнув освіти, і завдяки своєму розуму та посидючості він домігся стипендії, що дозволяє навчатися в одному з найкращих коледжівкраїни. 1894 року майбутній фізик став бакалавром природничих наук.

Він так добре вчився, що був удостоєний персональної стипендії та права продовжити навчання в Англії. Резерфорд приїхав до Кембриджу і став аспірантом у Кавендіській лабораторії. Там він продовжив вивчати поширення радіохвиль, і вперше провів радіозв'язок на відстані близько кілометра. Але суто інженерні проблеми ніколи не приваблювали його і Резерфорд почав займатися вивченням провідності повітря під впливом щойно відкритих променів Рентгена. Ця робота, якою він займався разом із Дж. Дж.Томпсоном, призвела до відкриття електрона. Після цього Резерфорд зайнявся вивченням структури атома.

Захистивши докторську дисертацію, Резенфорд поїхав до Канади та обійняв посаду професора фізики в Макгіллському університеті в Монреалі. Там він почав вивчати радіоактивність. Резерфорд досліджував властивості альфа- та бета-променів, а також відкрив ізотопи торію та радію. В 1908 Ернест Резерфорд отримав Нобелівську премію за свою теорію про перетворення радіоактивних елементів. Це дослідження вчений проводив разом із Ф.Содді.

1907 року Резенфорд знову приїхав до Англії, де став керівником кафедри фізики Манчестерського університету. Вивчаючи розсіювання альфа-променів, учений відкрив існування атомних ядер та визначив їх розміри. Цю роботу він зробив разом із майбутнім відомим фізикомМарсден. На основі цих досліджень та теоретичних робітдатського фізика Нільса Бора було створено модель атома Бора-Резерфорда.

1918 року Резерфорд зробив ще одне велике відкриття- довів можливість перетворення ядра азоту в кисень під впливом альфа-часток, підтвердивши можливість перетворення одного хімічного елемента в інший.

Вивчаючи зіткнення альфа-часток з атомами водню, Резерфорд зробив й інше фундаментальне відкриття – штучну радіоактивність.

Цікаво, що вчений вважав це чисто науковою проблемоюі не вірив у можливість практичного використання ядерної енергії. Проте саме його співробітник, а згодом, великий німецький фізик Отто Ган відкрив поділ урану, а роботи Резерфорда величезною мірою наблизили настання ядерного віку. У 1919 році Ернест Резерфорд стає директором Кавендіської лабораторії. На цій посаді він залишався до самої смерті. Лабораторія стала справжньою Меккою для фізиків ХХ століття. У ній працювали багато найбільших вчених нашого часу, які вважали себе учнями Резерфорда, - Блекетт, Кокрофт, Чедвік, Капіца, Уолтон. Вчений вважав, що головне - дати людині можливість розкритися до кінця і показати, на що вона здатна. Так, він був ініціатором будівництва спеціальної магнітної лабораторії для дослідів П.Капіці, а пізніше добився продажу унікального обладнанняу СРСР, щоб вчений міг продовжити там свою наукову працю.

Якого нерідко справедливо називають одним із титанів фізики нашого століття, роботи кількох поколінь його учнів вплинули не тільки на науку і техніку нашого століття, а й на життя мільйонів людей. Він був оптимістом, вірив у людей та в науку, якій присвятив усе життя».

Ернест Резерфорд народився 30 серпня 1871 поблизу міста Нелсон ( Нова Зеландія), у сім'ї переселенця з Шотландії колісного майстра Джеймса Резерфорда. Ернест був четвертою дитиною в сім'ї, крім неї було ще 6 синів та 5 дочок. Мати його, Марта Томпсон, працювала сільською вчителькою. Коли батько організував деревообробне підприємство, він часто працював під його керівництвом. Отримані навички згодом допомогли Ернесту під час конструювання та будівництва наукової апаратури.

Закінчивши школу в Хавелоці, де в цей час жила сім'я, він отримав стипендію для продовження освіти в коледжі провінції Нелсон, куди вступив у 1887 році. Через два роки Ернест склав іспит до Кентерберійського коледжу - філії Новозеландського університету в Крайстчерчі. У коледжі на Резерфорда надали великий впливйого вчителі: який викладав фізику та хімію Е.У. Бікертон та математик Дж.Х.Х. Кук.

Ернест виявив блискучі здібності. Після закінчення четвертого курсу він удостоївся нагороди за кращу роботу з математики і посів перше місце на магістерських іспитах, причому не лише з математики, а й з фізики. Ставши в 1892 магістром мистецтв, він не покинув коледж. Резерфорд поринув у свою першу самостійну наукову працю. Вона мала назву "Магнетизація заліза при високочастотних розрядах" і стосувалася виявлення високочастотних радіохвиль. Для того, щоб вивчити це явище, він сконструював радіоприймач (за кілька років до того, як це зробив Марконі) і з його допомогою отримував сигнали, що передаються колегами з півмілі. Робота молодого вченого була опублікована в 1894 в «Известиях філософського інституту Нової Зеландії».

Найбільш обдарованим молодим заморським підданим британської корони один раз на два роки надавалася особлива стипендія, що давала можливість поїхати для вдосконалення наук в Англію. В 1895 виявилася вакантною стипендія для отримання наукової освіти. Перший кандидат на цю стипендію хімік Маклорен відмовився за сімейними обставинами, другим кандидатом був Резерфорд. Приїхавши до Англії, Резерфорд отримав запрошення Дж.Дж. Томсон працювати в Кембриджі в лабораторії Кавендіш. Так почався науковий шляхРезерфорд.

На Томсона справило глибоке враження проведене Резерфордом дослідження радіохвиль, і він в 1896 запропонував спільно вивчати вплив рентгенівських променів на електричні розрядиу газах. У тому ж році з'являється сумісна працяТомсона і Резерфорда «Про проходження електрики через гази, піддані дії променів Рентгена». У наступному роцівийшла друком заключна стаття Резерфорда з цієї тематики «Магнітний детектор електричних хвиль і деякі його застосування». Після цього він повністю зосереджує свої сили на дослідженні газового розряду. 1897 року з'являється і його Нова робота«Про електризацію газів, схильних до дії рентгенівських променів, і про поглинання рентгенівського випромінюваннягазами та парами».

Співпраця з Томсоном увінчалася вагомими результатами, включаючи відкриття останнім електрона - частки, що несе негативний електричний заряд. Спираючись на свої дослідження, Томсон і Резерфорд висунули припущення, що коли рентгенівське промінняпроходять через газ, вони руйнують атоми цього газу, вивільняючи однакове числопозитивно та негативно заряджених частинок. Ці частки вони назвали іонами. Після цього Резерфорд зайнявся вивченням атомної структури речовини.

Восени 1898 року Резерфорд зайняв місце професора Макгілльського університету в Монреалі. Викладання Резерфорда спочатку йшло не надто успішно: студентам не сподобалися лекції, які молодий і ще не цілком навчився відчувати аудиторію професор перенасичував деталями. Деякі труднощі виникли спочатку й у наукову роботу через те, що затримувалося прибуття замовлених радіоактивних препаратів. Адже за всіх зусиль він не отримував достатніх коштів для будівництва необхідних приладів. Багато необхідної для дослідів апаратури Резерфорд збудував власними руками.

Проте він працював у Монреалі досить довго – сім років. Виняток становив 1900 рік, коли під час короткого перебування в Новій Зеландії Резерфорд одружився. Його обраницею стала Мері Джорджін Ньютон, дочка господині того пансіону в Крайстчерчі, де він колись жив. 30 березня 1901 року народилася єдина дочка подружжя Резерфорд. За часом це майже збіглося з народженням нового розділу у фізичній науці – фізики ядра.

«У 1899 році Резерфорд відкриває еманацію торію, а в 1902-03 роках він спільно з Ф. Содді вже приходить до загального закону радіоактивних перетворень, - пише В.І. Григор'єв.- Про цю наукову подію треба сказати докладніше. Усі хіміки світу твердо засвоїли, що перетворення одних хімічних елементів на інші неможливо, що мрії алхіміків робити золото зі свинцю слід поховати навіки. І ось з'являється робота, автори якої стверджують, що перетворення елементів при радіоактивних розпадах не тільки відбуваються, але й що ні припинити, ні сповільнити їх неможливо. Більше того, формулюються закони таких перетворень. Ми тепер розуміємо, що положення елемента в періодичній системі Менделєєва, а отже, і його хімічні властивості визначаються зарядом ядра. При альфа-розпаді, коли заряд ядра зменшується на дві одиниці (за одиницю приймається «елементарний» заряд - модуль заряду електрона), елемент «переміщається» на дві клітинки вгору в таблиці Менделєєва, при електронному розпаді бета - на одну клітинку вниз, при позитрон - на клітинку вгору. Незважаючи на простоту і навіть очевидність цього закону, його відкриття стало однією з найважливіших наукових подій початку нашого століття».

В своїй класичній роботі«Радіоактивність» Резерфорд і Содді торкнулися фундаментального питання енергії радіоактивних перетворень. Підраховуючи енергію альфа-часток, що випускаються радієм, вони приходять до висновку, що «енергія радіоактивних перетворень, принаймні, в 20000 разів, а може, і в мільйон разів перевищує енергію будь-якого молекулярного перетворення». Резерфорд і Содді зробили висновок, що «енергія, прихована в атомі, набагато більше енергії, що звільняється при звичайному хімічному перетворенні». Ця величезна енергія, на їхню думку, має враховуватися «при поясненні явищ космічної фізики». Зокрема, сталість сонячної енергіїможна пояснити тим, що на Сонці йдуть процеси субатомного перетворення.

Не можна не вразитись прозорливості авторів, які побачили ще 1903 року космічну роль ядерної енергії. Цей рік став роком відкриття нової формиенергії, про яку з певністю висловлювалися Резерфорд та Содді, назвавши її внутрішньоатомною енергією.

Отриманий світову славувчений, член Лондонського королівського товариства (1903), отримує запрошення зайняти кафедру в Манчестері. 24 травня 1907 року Резерфорд повернувся до Європи. Тут Резерфорд розгорнув бурхливу діяльність, залучаючи молодих учених із різних країн світу. Одним із його діяльних співробітників був німецький фізик Ганс Гейгер, творець першого лічильника елементарних частинок. У Манчестері з Резерфордом працювали Е. Марсден, К. Фаянс, Г. Мозлі, Г. Хевеші та інші фізики та хіміки.

У 1908 році Резерфорду було присуджено Нобелівську премію з хімії «за проведені ним дослідження в галузі розпаду елементів у хімії радіоактивних речовин». У своїй вступній промові від імені Шведської королівської академіїнаук К.Б. Хассельберг вказав на зв'язок між роботою, проведеною Резерфордом, та роботами Томсона, Анрі Беккереля, П'єра та Марії Кюрі. «Відкриття привели до приголомшливого висновку: хімічний елемент... здатний перетворюватися на інші елементи», - сказав Хассельберг. У своїй нобелівській лекції Резерфорд зазначив: «Є всі підстави вважати, що альфа-частинки, які так вільно викидаються з більшості радіоактивних речовин, ідентичні за масою та складом і мають складатися з ядер атомів гелію. Ми, отже, не можемо не дійти висновку, що атоми основних радіоактивних елементів, таких як уран і торій, повинні будуватися принаймні частково з атомів гелію».

Після отримання Нобелівської премії Резерфорд провів експерименти щодо бомбардування платівки тонкої золотої фольги альфа-частинками. Отримані дані привели його в 1911 до нової моделі атома. Відповідно до його теорії, що стала загальноприйнятою, позитивно заряджені частинки зосереджені у важкому центрі атома, а негативно заряджені (електрони) знаходяться на орбіті ядра, на досить великій відстанівід нього. Ця модель подібна до крихітної моделі. Сонячна система. Вона має на увазі, що атоми складаються головним чином із порожнього простору.

Широке визнання теорії Резерфорда почалося, коли до роботи вченого в університеті Манчестера підключився датський фізик Нільс Бор. Бор показав, що у термінах, запропонованих Резерфордом, структури можна пояснити загальновідомими фізичними властивостямиатома водню, а також атомів кількох важчих елементів.

Плідна робота резерфордівської групи у Манчестері була перервана Першою світовою війною. Англійський уряд призначив Резерфорда членом «адміральського штабу винаходів та досліджень» - організації, створеної для пошуку засобів боротьби з підводними човнами супротивника. У лабораторії Резерфорда у зв'язку з цим почалися дослідження щодо поширення звуку під водою. Лише після закінчення війни вчений зміг відновити дослідження атома.

Після війни він повернувся до манчестерської лабораторії і в 1919 зробив ще одне фундаментальне відкриття. Резерфорду вдалося провести штучним шляхом першу реакцію перетворення атомів. Бомбардуючи атоми азоту альфа-частинками, Резерфорд отримав атоми кисню. В результаті проведених Резерфордом досліджень різко зріс інтерес фахівців з атомної фізикидо природи атомного ядра.

У тому ж 1919 році Резерфорд перейшов до Кембриджського університету, ставши наступником Томсона як професор експериментальної фізикиі директора Кавендіської лабораторії, а 1921-го обійняв посаду професора природничих наук у Королівському інституті в Лондоні. У 1925 році вченого було нагороджено британським орденом «За заслуги». В 1930 Резерфорд був призначений головою урядової консультативної ради управління наукових і промислових досліджень. У 1931 він отримав звання лорда і став членом палати лордів англійського парламенту.

Учні та колеги згадували про вченого як про милу, добру людину. Вони захоплювалися його надзвичайним творчим способоммислення, згадували, як він із задоволенням говорив перед початком кожного нового дослідження: «Сподіваюся, що це важлива темаоскільки існує ще так багато речей, яких ми не знаємо».

Занепокоєний політикою, яку проводив нацистський уряд Адольф Гітлер, Резерфорд у 1933 році став президентом Академічної ради допомоги, який був створений для сприяння тим, хто втік з Німеччини.

Майже до кінця життя він відрізнявся міцним здоров'ям і помер у Кембриджі 20 жовтня 1937 після нетривалої хвороби. У визнання видатних заслуг у розвитку науки вченого було поховано у Вестмінстерському абатстві.

Досліди Резерфорда

У 1913 р. англійський фізик Резерфорд проробив класичні досліди з розсіювання a-Частинок тонкими шарами різних речовин. a-частки, що випускаються радіоактивними речовинамиє підходящими пробними зарядами для дослідження внутрішньоатомних електричних полів. Вони є повністю іонізованими атомами гелію, мають позитивний заряд, рівний подвоєному. елементарному заряду(q = 3.2 · 10 -19 Кл), масу m = 6.67 · 10 -27 кг, мають високою енергією(Отже і швидкістю), достатньою для проникнення в атоми речовини.

Схема дослідів Резерфорда та його учнів Гейгера та Марсдена зображена на рис.1.Всередині герметичної камери, в якій був створений високий вакуум, знаходився свинцевий контейнер з радіоактивним елементом, що випускав a-частки. Вузький пучок частинок падав перпендикулярно поверхню металевої (золотої) фольги, товщиною близько 1 мкм (10 -6 м). Реєстрація частинок здійснювалася за спалахами світла (сцинтиляцій), що викликаються ними на екрані, вкритому люмінофором. Екран був укріплений перед об'єктивом на корпусі мікроскопа, за допомогою якого візуально спостерігали сцинтиляцію та підраховували їх число. Так визначали кількість частинок, що рухаються по даному напрямкупісля їхньої взаємодії з атомами речовини. Мікроскоп разом з екраном міг обертатися довкола вертикальної осі, що проходить через центр камери, для реєстрації розсіяних атомами фольги частинок.

На малюнку: 1 атом золота, 2 a-частки

Наочніша схема досвіду Резерфорда

За розсіювання α-часток.

K - свинцевий контейнер з радіоактивною речовиною,
Е - екран, покритий сірчистим цинком,
Ф - золота фольга,
M – мікроскоп.

Результати дослідів Резерфорда:

1.Більшість частинок проходить через атоми речовини. не розсіюючись (як через "порожнечу");
2.зі збільшенням кута розсіювання число частинок, що відхилилися від початкового напрямку, різко зменшується;
3.є окремі частинки, отбрасываемые атомами тому, проти їхнього початкового руху (як м'яч від стінки).

Резерфорд вивів формулу, за якою можна розрахувати кількість a-частинок, розсіяних під певними кутами. У цю формулу входить характеристичний параметр "d", що є поперечним розміром утворень, що відхиляють частки.
Для збігу розрахунків із результатами дослідів цей параметр може бути близько 10 -13 див. Атоми мають діаметр 10 -8 див, тобто. на п'ять порядків вище. Отже, в атомі є область, що займає мізерно малу частину атома, яка і відхиляє частинки на великі кутиаж до 180 0 .

Ернест Резерфорд

Резерфорд Ернест (1871-1937), англійський фізик, один із творців вчення про радіоактивність та будову атома, засновник наукової школи, іноземний член-кореспондент РАН (1922) та почесний член АН СРСР (1925). Директор Кавендіської лабораторії (з 1919). Відкрив (1899) альфа- і бета-промені і встановив їхню природу. Створив (1903, разом із Ф. Содді) теорію радіоактивності. Запропонував (1911) планетарну модель атома. Здійснив (1919) першу штучну ядерну реакцію. Передбачив (1921) існування нейтрона. Нобелівська премія (1908).

Англійська фізик

Резерфорд, Ернест (Rutherford, Ernest) (1871-1937), англійський фізик. Народився 30 серпня 1871 року в Спрінг-Гроуві (Нова Зеландія). Закінчив Новозеландський університет у Крайстчерчі. У 1895-1898 займався дослідженнями в Кавендіській лабораторії в Кембриджі під керівництвом Дж.Томпсона. У 1898 році став професором фізики Макгільського університету в Монреалі. У 1907 Резерфорд повернувся до Англії. У 1907–1919 – професор фізики Манчестерського університету, з 1919 – професор Кембриджського університету та директор Кавендіської лабораторії, у 1920 – професор фізики Королівського інституту в Лондоні.

Дослідження Резерфорда присвячені радіоактивності, атомній та ядерній фізиці. У 1899 він відкрив a-і b-випромінювання, в 1900 ввів поняття періоду напіврозпаду. У 1903 Резерфорд разом з Ф.Содді розробив теорію радіоактивного розпаду і встановив закон радіоактивних перетворень елементів, в 1911 запропонував планетарну модель атома з масивним центральним ядром і електронами, що обертаються навколо нього, встановив розподіл електричного зарядув атомі. У 1919 р. першим здійснив штучну ядерну реакцію, бомбардуючи швидкими a-частинками атоми азоту. Це відкриття майже через 20 років призвело до створення атомної бомби. У 1903 році Резерфорд був обраний членом Лондонського королівського товариства, з 1925 по 1930 був його президентом. У 1908 році був удостоєний Нобелівської премії з хімії, нагороджений «Орденом за заслуги». У 1931 році Резерфорд став пером Англії, отримавши титул лорда Нельсона. Резерфорд створив велику школуфізиків. У нього вчилися П.Л.Капіца , Ю.Б.Харітон, А.І.Лейпунський. Помер Резерфорд у Кембриджі 19 жовтня 1937 року.

Використані матеріали енциклопедії "Світ навколо нас"

Член палати лордів

Ернест Резерфорд народився 30 серпня 1871 поблизу міста Нелсон (Нова Зеландія) в сім'ї переселенця з Шотландії . Закінчивши школу в Хавелоці, він вступив до коледжу провінції Нельсон у 1887 році. Через два роки Ернест склав іспит до Кентерберійського коледжу - філії Новозеландського університету в Крайчестері. 1892 року Резерфорду було присуджено ступінь бакалавра гуманітарних наук. Наступного року він став магістром гуманітарних наук, найкраще склавши іспити з математики та фізики. Його Магістерська роботастосувалася виявлення високочастотних радіохвиль. В 1894 з'явилася його перша друкована робота "Намагнічення заліза високочастотними розрядами". 1895 року Резерфорд приїхав до Англії, де отримав запрошення Дж.Дж. Томсон працювати в Кембриджі в лабораторії Кавендіш.

В 1896 з'являється спільна робота Томсона і Резерфорда "Про проходження електрики через гази, піддані дії променів Рентгена". Наступного року виходить у світ стаття Резерфорда "Магнітний детектор електричних хвиль та деякі його застосування". У 1897 році з'являється і його нова робота "Про електризацію газів, схильних до дії рентгенівських променів, і про поглинання рентгенівського випромінювання газами та парами".

Томсон і Резерфорд висунули припущення, що коли рентгенівські промені проходять через газ, вони руйнують атоми цього газу, вивільняючи однакове число позитивно і негативно заряджених частинок. Ці частки вони назвали іонами. В 1898 Резерфорд став професором Макгіллського університету в Монреалі, де почав серію важливих експериментів, що стосуються радіоактивного випромінювання елемента урану.

У Канаді разом із Содді він відкрив радіоактивний розпадта її закон. Тут їм було написано книгу "Радіоактивність".

У своїй роботі Резерфорд і Содді торкнулися питання енергії радіоактивних перетворень. Підраховуючи енергію до-частинок, що випускаються радієм, вони приходять до висновку, що "енергія радіоактивних перетворень, принаймні, в 20 000 разів, а може, і в мільйон разів перевищує енергію будь-якого молекулярного перетворення". Ця величезна енергія, на їхню думку, має враховуватись "при поясненні явищ космічної фізики". Зокрема, сталість сонячної енергії можна пояснити тим, "що на Сонці йдуть процеси субатомного перетворення".

У 1908 році Резерфорду було присуджено Нобелівську премію з хімії. Після отримання Нобелівської премії Резерфорд зайнявся вивченням явища, яке спостерігалося під час бомбардування платівки тонкої золотої фольги альфа-частинками, що випромінюються таким радіоактивним елементом, як уран. 1911 року Резерфорд запропонував нову модель атома. Згідно з його теорією, позитивно заряджені частинки зосереджені у важкому центрі атома, а негативно заряджені (електрони) знаходяться на орбіті ядра, на досить великій відстані від нього. Ця модель, подібна до крихітної моделі Сонячної системи, передбачає, що атоми складаються головним чином з порожнього простору.

Під час війни англійський уряд призначив Резерфорда членом "адміральського штабу винаходів та досліджень" - організації, створеної для пошуку засобів боротьби з підводними човнами супротивника. Після війни він повернувся до манчестерської лабораторії. У 1919 році Резерфорду вдалося провести штучним шляхом першу реакцію перетворення атомів. Бомбардуючи атоми азоту до-частинками, Резерфорд відкрив, що утворюються атоми кисню.

У 1919 році Резерфорд став професором експериментальної фізики та директором Кавендіської лабораторії. 1921-го він обійняв посаду професора природничих наук у Королівському інституті в Лондоні. У 1925 році вченого було нагороджено британським орденом "За заслуги". У 1930 році Резерфорд був призначений головою урядової консультативної ради Управління наукових та промислових досліджень. У 1931 він отримав звання лорда і став членом палати лордів англійського парламенту.

Майже до кінця життя він відрізнявся міцним здоров'ям і помер у Кембриджі 20 жовтня 1937 після нетривалої хвороби.

Використані матеріали сайту http://100top.ru/encyclopedia/

Література:

Резерфорд Е. Вибрані наукові праці. Радіоактивність. М., 1971

Резерфорд Еге. Вибрані наукові праці. Будова атома та штучне перетворення елементів. М., 1972

Резерфорд – вчений та вчитель. До 100-річчя від дня народження. За ред. П.Л.Капіці. М., 1973