Резерфорд физик что открыл
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.
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: штрихи к портрету
Не все лауреаты Нобелевской премии по химии были химиками — Резерфорд, например, был физиком. Но он впервые расщепил атом, что оказало огромное влияние на философию химии. Сам Резерфорд химию наукой вообще не считал: «Наука — это либо физика, либо собирание марок». По поводу физиков, критикующих его статьи, Резерфорд написал одному из друзей: «Эти проклятые дураки, наверное, когда-то были химиками». Вспомнив, что пишет химику, добавил: «Простите, вы тут ни при чем».
Директор школы, в которой учился Эрнест, обратил внимание на его одаренность, особенно в области математики; он начал давать ему книги по естественным наукам. Первым объектом его экспериментов стали домашние часы — Эрнест полностью их разобрал. Увидев это, отец разволновался: часы — дорогая вещь, но Эрнест сумел их и собрать. Затем последовали самодельные фотокамеры, с которыми Эрнест делал снимки окрестностей.
И вот первая случайность. Эрнест собирался участвовать вместе с младшими братьями в опасной рыбалке в фиордах, узких морских заливах, вдающихся на несколько десятков километров в глубь суши. Но тут мать послала его с каким-то поручением к отцу, до работы которого было неблизко, и в результате Эрнест остался жив, а братья, десятилетний Чарльз и двенадцатилетний Герберт, утонули.
Стипендия округа Марлборо, давшая ему возможность учиться в Нельсоновском колледже, случайной не была: Эрнест получил на экзаменах 580 баллов из 600! В этом колледже он проучился с 16 до 18 лет, став первым по всем предметам. Окончив его, Эрнест сумел получить следующую стипендию, позволившую ему учиться в Крайчестерском университете. А вот то, что в университете только недавно появилась физическая лаборатория, можно назвать случайностью, определившей судьбу студента Резерфорда. Именно там зародилась страсть Эрнеста к физике. Его успехи в математике были больше, но учитель математики был скучным педантом.
И наконец, главная случайность. В 1851 году в Британии по случаю Всемирной выставки была учреждена специальная стипендия для окончивших университеты «в заморских владениях». Она присуждалась раз в два года и давала возможность продолжить научную работу в метрополии. В 1895 году ее должен был получить химик Джеймс Скотт Маклорен (1864–1939), о котором умалчивают почти все биографы Резерфорда. Это был достойный соперник, старше Эрнеста на семь лет, тоже выходец из большой семьи шотландских иммигрантов (у его родителей было 11 детей). Но Маклорен, обремененный семьей и имевший хорошую работу, не захотел ехать, и стипендия досталась Резерфорду.
Резерфорд отправился к своему кумиру, знаменитому физику Джозефу Джону Томсону, который заведовал кафедрой экспериментальной физики в Кембридже. Дальнейшее хорошо известно. В феврале 1896 года он установил мировой рекорд по дальности приема радиоволн (о чем историки радио обычно забывают). Далее было открытие альфа- и бета- излучения, восьмилетнее профессорство в Канаде, теория радиоактивных превращений (разработанная совместно с Содди), первое в истории искусственное превращение атомов одного элемента в атомы другого. И разве не поразительно, что первый опыт его студенческих размышлений назывался «Эволюция элементов», а последняя работа носила название «Современная алхимия»?
Резерфорд был обладателем бесчисленного числа наград, премий и почетных званий. Главной, конечно, была Нобелевская премия. В решении Нобелевского комитета от 10 ноября 1908 года значилось, что премия присуждена «за исследования по расщеплению элементов и химии радиоактивных веществ». Cам Резерфорд об этом решении сказал в свойственной ему манере: «В свое время я наблюдал много превращений с разными временами, но самое быстрое, с которым я когда-либо встречался, — это мое собственное превращение из физика в химика». Тем не менее Резерфорд не стал огорчать Нобелевский комитет и назвал свою лекцию так, чтобы она соответствовала номинации: «Химическая природа альфа-частиц, испускаемых радиоактивными веществами».
Резерфорд был превосходным экспериментатором. Ему часто приходилось работать с примитивным оборудованием, но это его не смущало. «Я мог бы заниматься научной работой и на Северном полюсе», — как-то заявил он. По словам английского писателя и физика Чарльза Перси Сноу, «Резерфорд работал с допотопными, простыми приборами, но действительно выжимал из них все, что они могли дать». Список его научных трудов — один из самых больших в истории науки. Он обладал непревзойденной интуицией. Трудно найти ученого, который за свою жизнь допустил бы так мало ошибок. Одну из них он сделал в 1933 году во время выступления в Британской ассоциации содействия науке, когда сказал: «Эти превращения атомов представляют исключительный интерес для ученых, но мы не сможем управлять атомной энергией в такой степени, чтобы это имело какую-нибудь коммерческую ценность, и я считаю, что вряд ли мы когда-нибудь будем способны сделать это. Об атомных превращениях наговорили множество всякой чепухи. Наш интерес к этой проблеме чисто научный». Это было сказано за шесть лет до открытия цепной реакции деления урана и за девять лет до того, как начал работать первый атомный реактор.
В результате Резерфорд всегда жил скромно, хотя при желании мог стать миллионером. В своем завещании он оставил сумму, равную полученной им некогда Нобелевской премии, что составляло тогда 7000 фунтов стерлингов.
Любимый ученик Резерфорда, Петр Капица, писал: «Я не могу вспомнить другого ученого, современника Резерфорда, в лаборатории которого воспитывалось бы столько крупных физиков».
В заключение — несколько высказываний самого Резерфорда.
«Господа, мы израсходовали на эксперименты все деньги. Настало время думать».
«Если ваш эксперимент требует статистической обработки, проделайте эксперимент лучше».
«Если вы спорите о чем-то в науке, что кажется вам невозможным, никогда не ставьте больше одного против 2 10 ».
Эрнест Резерфорд
1. Эрнест Резерфорд, великий британский физик-экспериментатор, признанный отец-основатель ядерной физики. Родился 30 августа 1871 в местечке Брайтуотер на Южном острове Новой Зеландии. Скончался 19 октября 1937 в Кембридже.
3. В 1903 году Резерфорд стал членом Королевского общества и в 1908 году получил Нобелевскую премию по химии, присужденную за исследование радиоактивности. Он был обладателем множества других престижных наград, включая медали Румфорда, Копли, Гектора и Фарадея. В 1914 году получил дворянство, в 1931 году — баронский титул, в 1925-30 годах возглавлял Королевское общество. Его прах покоится в Вестминстерском аббатстве рядом с могилами Ньютона, Томсона и лорда Кельвина.
1. Резерфорд открыл альфа- и бета-излучение ядер урана, а также идентифицировал протон как самостоятельную элементарную частицу. Он первым осуществил искусственную ядерную реакцию, состоявшую в превращению азота в радиоактивный фтор, который в свою очередь дал начало стабильному кислороду.
2. Главным научным достижением Резерфорда стала революционная модель атома, к которой он пришел в начале 1911 года. Согласно этой модели, масса атома не размазана по пространству, а почти вся сосредоточена в небольшой области, несущей положительный заряд. Этот вывод он сделал на основе результатов экспериментов по прохождению альфа-частиц через золотую фольгу, которые осуществили его ассистенты Иоганнес Гейгер и Эрнест Марсден. На основе резерфордовской модели Нильс Бор в 1913 году предложил квантовую модель водородоподобного атома, известную как «атом Бора».
3. Резерфорд сначала не предложил специального имени для носителей атомной массы, но спустя два года назвал их атомными ядрами. При этом он не утверждал, что электроны описывают замкнутые орбиты вокруг ядра наподобие планет, обращающихся вокруг Солнца. Резерфорд прекрасно понимал, что, в соответствии с классической электродинамикой, вращающиеся электроны должны были бы непрерывно излучать электромагнитные волны и по спиралям падать на ядро. В популярной литературе (впрочем, и не только в ней) модель Резерфорда иногда называют планетарной, что исторически неверно. Таковой она сделалась только в интерпретации Бора, который ввел понятие о стационарных электронных орбитах, подчиняющихся квантовым принципам.
4. Резерфорд мог бы стать одним из изобретателей радио. В Кембридже он продолжил начатые в Новой Зеландии исследования магнетизации железа высокочастотными разрядами и собрал самый чувствительный в мире детектор электромагнитных волн с радиусом действия в несколько сотен метров. Однако эта программа не получила финансирования, и Томсон поручил ему исследовать электропроводимость газов, ионизированных рентгеновскими лучами. В ходе этой работы Резерфорд задумался над особенностями ионизации газов под действием самопроизвольного излучения урана, которое французский физик Антуан Анри Беккерель обнаружил в феврале 96 г. После этого Резерфорд прочно связал свою научную жизнь с изучением радиоактивности, которое и стало началом ядерной физики.
5. Резерфорд был гением камерного эксперимента, что позволило ему получать фундаментальные результаты с помощью сравнительно несложных технических средств. «Британская энциклопедия» называет его величайшим английским физиком-экспериментатором после Фарадея.
6. С 1915 года Резерфорд участвовал в секретном проекте, в ходе которого изучалось распространение в воде звуков высокой частоты. Эта работа привела к созданию гидролокаторов, которыми в конце Первой мировой войны стали оснащаться корабли британских ВМС.
8. Резерфорд продолжал активно работать до самой кончины, которая последовала через четыре дня после хирургической операции по ликвидации ущемления грыжи. Его многолетний сотрудник и соавтор Чарльз Эллис отмечал, что большинство экспериментов, выполненных в Кавендишской лаборатории, были начаты на основе прямых или косвенных рекомендаций ее директора. Последняя книга Резерфорда The Newer Alchemy вышла из печати в год его смерти.
9. В 1900 году Резерфорд получил степень доктора наук от Новозеландского университета. Он также был был почетным доктором двадцати британских и зарубежных университетов и иностранным членом РАН.
10. В 1997 году 104-й элемент Периодической системы был назван резерфордием. Имя Резерфорда также носят многие научные премии, улицы, здания и аудитории. С 1992 года его портрет печатают на обратной стороне новозеландской стодолларовой банкноты.
11. Эрнест был четвертым ребенком и вторым по старшинству сыном в многочисленной семье выходца из Шотландии Джеймса Резерфорда и его жены Марты, у которых было 7 сыновей и пять дочерей. Сам он женился в 1900 году на Мэри Джорджиане Ньютон (1876-1945), с которой обручился еще на родине. Их единственная дочь Эйлин Мэри (1901-1930) вышла замуж за известного физика Ральфа Фаулера, создателя теории вырожденного электронного газа.
12. Маленького Эрнста дома звали Эрном. После уроков он доил коров на небольшой семейной ферме и вообще всячески помогал родителям. Свою первую научную книгу он прочел в 10 лет, после чего сделал самодельную пушку, которая взорвалась при первом же выстреле. В Кембридже он любил для отдыха посидеть за рулем и пограть в гольф.
13. В годы Первой мировой войны Резерфорд выразил надежду, что атомную энергию не удастся освоить до тех пор, пока люди не научатся жить в мире друг с другом. Он всего год с небольшим не дожил до открытия Отто Ганом и Фрицем Штрассманом индуцированного нейтронами деления урана, которое открыло путь к ядерному оружию и ядерной энергетике.
14. В качестве девиза для своего баронского герба Резерфорд выбрал цитату из Лукреция Primordia Quaerere Rerum (Искать первопричины вещей). Этому принципу он следовал в своей научной работе всю жизнь.
Эрнест Резерфорд
Эрнест был четвёртым ребёнком в семье из двенадцати детей. Имел удивительную память, богатырское здоровье и силу. С отличием окончил начальную школу, получив 580 баллов из 600 возможных и премию в 50 фунтов стерлингов для продолжения учёбы в колледже Нельсона. Очередная стипендия позволила ему продолжить обучение в Кентербери-колледже в Крайстчёрче (ныне Новозеландский университет). В те времена это был маленький университет со 150 студентами и всего 7 профессорами. Резерфорд увлекается наукой и с первого дня начинает исследовательскую работу.
Закончив университет в 1894 году, Резерфорд в течение года был преподавателем в средней школе.
Резерфорд планировал заниматься детектором радиоволн или волн Герца, сдать экзамены по физике и получить степень магистра. Но в следующем году оказалось, что государственная почта Великобритании выделила деньги Маркони на эту же самую работу и отказалась её финансировать в Кавендишской лаборатории. Так как стипендии не хватало даже на еду, Резерфорд вынужден был начать работать репетитором и ассистентом у Дж. Дж. Томсона по теме изучения процесса ионизации газов под действием рентгеновских лучей. Вместе с Дж. Дж. Томсоном Резерфорд открывает явление насыщения тока при ионизации газа.
В 1898 году Резерфорд открывает альфа- и бета-лучи. Спустя год Поль Вийяр открыл гамма-излучение (название этого типа ионизирующего излучения, как и первых двух, предложено Резерфордом).
С лета 1898 года учёный делает первые шаги в исследовании только что открытого явления радиоактивности урана и тория. Осенью Резерфорд по предложению Томсона, преодолев конкурс в 5 человек, занимает должность профессора университета Макгилла в Монреале (Канада) с окладом 500 фунтов стерлингов или 2500 канадских долларов в год. В этом университете Резерфорд плодотворно сотрудничает с Фредериком Содди, в то время младшим лаборантом химического факультета, впоследствии (как и Резерфорд) нобелевским лауреатом по химии (1921 г.). В 1903 году Резерфорд и Содди выдвинули и доказали революционную идею о преобразовании элементов в процессе радиоактивного распада.
В 1908 году Резерфорду была присуждена Нобелевская премия по химии «за проведённые им исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ».
В 1914 году Резерфорд удостоен дворянского титула и становится «сэром Эрнстом». 12 февраля в Букингемском дворце король посвятил его в рыцари: он был облачён в придворный мундир и препоясан мечом.
Научные достижения Резерфорда:
Согласно воспоминаниям П. Л. Капицы, Резерфорд был ярким представителем английской экспериментальной школы в физике, которая характерна стремлением разобраться в сути физического явления и проверить, может ли оно быть объяснено существующими теориями (в отличие от «немецкой» школы экспериментаторов, которая исходит из существующих теорий и стремится проверить их опытом).
Резерфорд написал и опубликовал три тома работ. Все они носят экспериментальный характер:
После открытия радиоактивных элементов началось активное изучение физической природы их излучения. Резерфорду удалось обнаружить сложный состав радиоактивного излучения.
Опыт состоял в следующем. Радиоактивный препарат помещали на дно узкого канала свинцового цилиндра, напротив помещалась фотопластинка. На выходившее из канала излучение действовало магнитное поле. При этом вся установка находилась в вакууме.
Изучая природу альфа-излучения, Резерфорд провёл следующий эксперимент. На пути альфа-частиц он поместил счётчик Гейгера, который измерял число испускающихся частиц за определённое время. После этого при помощи электрометра он измерил заряд частиц, испущенных за это же время. Зная суммарный заряд альфа-частиц и их количество, Резерфорд рассчитал заряд одной такой частицы. Он оказался равен двум элементарным.
По отклонению частиц в магнитом поле он определил отношение её заряда к массе. Оказалось, что на один элементарный заряд приходятся две атомные единицы массы.
Кроме того, Резерфорд уточнил на 30% отношение заряда электрона к его массе.
На основе свойств радиоактивного тория Резерфорд открыл и объяснил радиоактивное превращение химических элементов. Учёный обнаружил, что активность тория в закрытой ампуле остаётся неизменной, но если препарат обдувать даже очень слабым потоком воздуха, его активность значительно уменьшается. Было высказано предположение о том, что одновременно с альфа-частицами торий испускает радиоактивный газ.
Результаты совместной работы Резерфорда и его коллеги Фредерика Содди были опубликовали в 1902-1903 годах в ряде статей в «Philosophical Magazine». В этих статьях, проанализировав полученные результаты, авторы пришли к выводу о возможности превращения одних химических элементов в другие.
Выкачивая воздух из сосуда с торием, Резерфорд выделил эманацию тория (газ, известный сейчас как торон или радон-220, один из изотопов радона) и исследовал её ионизирующую способность. Было выяснено, что активность этого газа каждую минуту убывает вдвое.
Изучая зависимость активности радиоактивных веществ от времени, учёный открыл закон радиоактивного распада.
Позднее Резерфорд признался, что когда предложил своим ученикам провести эксперимент по рассеиванию альфа-частиц на бо́льшие углы, он сам не верил в положительный результат.
Резерфорд смог интерпретировать полученные в результате эксперимента данные, что привело его к разработке планетарной модели атома в 1911 году. Согласно этой модели атом состоит из очень маленького положительно заряженного ядра, содержащего большую часть массы атома, и обращающихся вокруг него лёгких электронов.
По словам Ива, Капица так объяснял придуманное им прозвище: «Это животное никогда не поворачивает назад и потому может символизировать Резерфордовскую проницательность и его стремительное продвижение вперед». Капица добавлял, что «в России на Крокодила смотрят со смесью ужаса и восхищения».
Интересно, что Резерфорд, открывший ядро атома, скептически отзывался о перспективах ядерной энергетики: «Каждый, кто надеется, что преобразования атомных ядер станут источником энергии, исповедует вздор».