Rutherford Ernest (levensjaren: 1871-08-30 - 1937-10-19) - Engelse natuurkundige, schepper van het planetaire model van het atoom, grondlegger van de kernfysica. Hij was lid van de Royal Society of London, en van 1925 tot 1930 - en zijn voorzitter. Deze man is de winnaar van de Nobelprijs voor Scheikunde, die hij in 1908 ontving.
De toekomstige wetenschapper werd geboren in de familie van James Rutherford, een wagenmaker, en Martha Thompson, een leraar. Naast hem had het gezin 5 dochters en 6 zonen.
Training en eerste prijzen
Voordat het gezin in 1889 van het Zuidereiland van Nieuw-Zeeland naar het Noordereiland verhuisde, studeerde Rutherford Ernest in Christchurch, aan het Canterbury College. Reeds op dit moment werden de briljante vaardigheden van de toekomstige wetenschapper onthuld. Na zijn afstuderen aan het 4e jaar, werd Ernest bekroond voor het beste werk op het gebied van wiskunde, en behaalde hij ook de 1e plaats in de masterexamens in natuurkunde en wiskunde.
Uitvinding van de magnetische detector
Een meester in de kunsten worden, werd Rutherford nietcollege verliet. Hij stortte zich op onafhankelijk wetenschappelijk werk over de magnetisatie van ijzer. Hij ontwikkelde en vervaardigde een speciaal apparaat - een magnetische detector, die een van 's werelds eerste ontvangers van elektromagnetische golven werd, evenals Rutherford's 'toegangsbewijs' tot grote wetenschap. Er vond al snel een belangrijke verandering in zijn leven plaats.
Rutherford gaat naar Engeland
De meest begaafde jonge proefpersonen van de Engelse kroon uit Nieuw-Zeeland kregen om de twee jaar een beurs. De Wereldtentoonstelling van 1851, die het mogelijk maakte om naar Engeland te gaan om de wetenschappen te studeren. In 1895 werd besloten dat twee Nieuw-Zeelanders zo'n eer waard waren - de natuurkundige Rutherford en de chemicus Maclaurin. Er was echter maar één plaats en Ernests hoop werd de bodem ingeslagen. Gelukkig werd Maclaurin om familiale redenen gedwongen van deze reis af te zien en kwam Rutherford Ernest in de herfst van 1895 in Engeland aan. Hier begon hij te werken aan de Universiteit van Cambridge (in het Cavendish Laboratory) en werd de eerste doctoraatsstudent van J. Thomson, de directeur (hieronder afgebeeld).
Studie van Becquerel-stralen
Thomson was tegen die tijd al een bekende wetenschapper, een van de leden van de Royal Society of London, die door iedereen werd gerespecteerd. Hij waardeerde al snel de capaciteiten van Rutherford en trok hem aan om te werken aan de studie van de ionisatie van gassen onder invloed van röntgenstralen, die hij uitvoerde. Al in 1898, in de zomer, zet Ernest echter zijn eerste stappen op een ander onderzoeksgebied. Hij was geïnteresseerd in "becquerel stralen". Emissie van uraniumzout, openBecquerel, een Franse natuurkundige, werd later bekend als radioactief. De Franse wetenschapper, evenals de Curies, waren actief betrokken bij zijn onderzoek. In 1898 voegde Rutherford Ernest zich bij het werk. Deze wetenschapper ontdekte dat deze stralen stromen van heliumkernen omvatten, positief geladen (alfadeeltjes), evenals stromen van elektronen (bètadeeltjes).
Verdere studie van uraniumstralen
Het werk van de Curies werd op 18 juli 1898 gepresenteerd aan de Parijse Academie van Wetenschappen, wat grote belangstelling van Rutherford wekte. Daarin wezen de auteurs erop dat er naast uranium nog andere radioactieve (deze term werd toen voor het eerst gebruikt) elementen. Rutherford introduceerde later het concept van de halfwaardetijd - een van de belangrijkste onderscheidende kenmerken van deze elementen.
Ernest breidde in december 1897 de beurs voor tentoonstellingen uit. De wetenschapper kreeg de kans om de stralen van uranium verder te bestuderen. In april 1898 kwam er echter een hoogleraarschap aan de plaatselijke McGill University vrij in Montreal en Ernest besloot naar Canada te gaan. De tijd van stage is voorbij. Het was voor iedereen duidelijk dat Rutherford klaar was om voor zichzelf te werken.
Verhuizen naar Canada en nieuwe baan
In de herfst van 1898 verhuisde hij naar Canada. Aanvankelijk was het onderwijs van Rutherford niet erg succesvol: de studenten hielden niet van de lezingen, die de jonge professor, die nog niet had geleerd het publiek volledig te voelen, oververzadigd was met details. Er waren ook enkele moeilijkheden bij het wetenschappelijk werk vanwege het feit dat de aankomst van de door Rutherford bestelde radioactieve preparaten vertraging had opgelopen. Echter, allede ruwheid ebde snel weg en Ernest begon een reeks van geluk en succes. Het is echter nauwelijks gepast om over succes te praten: alles werd bereikt door hard te werken, waarbij zijn nieuwe vrienden en gelijkgestemde mensen betrokken waren.
Ontdekking van de wet van radioactieve transformaties
Rond Rutherford vormde toen al een sfeer van creatief enthousiasme en passie. Het werk was vreugdevol en intens, het leidde tot groot succes. Rutherford ontdekte de emanatie van thorium in 1899. Samen met Soddy kwam hij in 1902-1903 al tot een algemene wet die van toepassing is op alle radioactieve transformaties. Er moet iets meer gezegd worden over deze belangrijke wetenschappelijke gebeurtenis.
Wetenschappers over de hele wereld hebben destijds vast geleerd dat het onmogelijk was om het ene chemische element in het andere te veranderen, dus de dromen van alchemisten om goud uit lood te winnen, moeten voor altijd worden begraven. En toen verscheen er een werk waarin werd betoogd dat tijdens radioactief verval de transformaties van elementen niet alleen plaatsvinden, maar dat ze niet kunnen worden vertraagd of gestopt. Bovendien werden de wetten van deze transformaties geformuleerd. Tegenwoordig begrijpen we dat het de lading van de kern is die de chemische eigenschappen van het element en zijn positie in het periodiek systeem van Mendelejev bepa alt. Wanneer de lading van de kern met twee eenheden afneemt, wat optreedt tijdens alfa-verval, "beweegt" deze 2 cellen omhoog in het periodiek systeem. Het verschuift één cel naar beneden in elektronisch bètaverval en één cel omhoog in positronverval. Ondanks de vanzelfsprekendheid van deze wet en haar schijnbare eenvoud, was deze ontdekking aan het begin van de 20e eeuw een van de belangrijkste gebeurtenissen in de wetenschap.eeuw.
Huwelijk met Mary Georgina Newton, geboorte van een dochter
Tegelijkertijd vond er een belangrijke gebeurtenis plaats in Ernests persoonlijke leven. 5 jaar na de verloving met Mary Georgina Newton trouwde de wetenschapper Ernest Rutherford met haar, wiens biografie tegen die tijd al was gekenmerkt door belangrijke prestaties. Dit meisje was de dochter van de hospita van het pension in Christchurch waar hij ooit woonde. In 1901, op 30 maart, werd de enige dochter in de familie Rutherford geboren. Deze gebeurtenis viel bijna samen met de geboorte van een nieuw hoofdstuk in de natuurwetenschap - kernfysica. En na 2 jaar werd Rutherford lid van de Royal Society of London.
Rutherfords boeken, experimenten op doorschijnende folie met alfadeeltjes
Ernest heeft 2 boeken gemaakt waarin hij de resultaten van zijn wetenschappelijke zoekopdrachten en prestaties samenvat. De eerste werd gepubliceerd onder de titel "Radioactiviteit" in 1904. "Radioactieve transformaties" verscheen een jaar later. De auteur van deze boeken begon in die tijd met nieuw onderzoek. Hij realiseerde zich dat radioactieve straling afkomstig was van de atomen, maar de plaats van optreden bleef absoluut onduidelijk. Het was noodzakelijk om het apparaat van de kernel te bestuderen. En toen wendde Ernest zich tot de techniek van transilluminatie met alfadeeltjes, waarmee hij zijn werk met Thomson begon. De experimenten onderzochten hoe de stroom van deze deeltjes door dunne vellen folie gaat.
Thomsons eerste model van het atoom
Het eerste model van het atoom werd voorgesteld toen bekend werd dat elektronen een negatieve lading hebben. Ze gaan echter atomen binnen,zijn over het algemeen elektrisch neutraal. Er moet dus iets in zijn samenstelling zijn dat een positieve lading draagt. Om dit probleem op te lossen, stelde Thomson het volgende model voor: een atoom is zoiets als een druppel, positief geladen, met een straal van honderd miljoenste centimeter. Binnenin zitten kleine elektronen met een negatieve lading. Onder invloed van Coulomb-krachten hebben ze de neiging om een positie in het centrum van het atoom in te nemen, maar als iets hen uit balans brengt, oscilleren ze, vergezeld van straling. Dit model verklaarde het bestaan van emissiespectra, een feit dat toen bekend was. Uit experimenten is al duidelijk geworden dat in vaste stoffen de afstanden tussen atomen ongeveer even groot zijn als hun afmetingen. Het leek daarom duidelijk dat alfadeeltjes niet door een folie konden vliegen, net zoals een steen niet door een bos kon vliegen waar de bomen bijna dicht bij elkaar groeiden. De allereerste experimenten van Rutherford waren er echter van overtuigd dat dit niet zo was. De meeste alfadeeltjes drongen, bijna zonder afbuiging, door de folie en slechts enkele vertoonden afbuiging, soms significant. Ernest Rutherford was hierin erg geïnteresseerd. Interessante feiten vereisten verder onderzoek.
Rutherford planetair model
En toen kwamen Rutherfords intuïtie en het vermogen van deze wetenschapper om de taal van de natuur te begrijpen weer naar voren. Ernest verwierp resoluut Thomsons model van het atoom. De experimenten van Rutherford leidden tot het feit dat hij zijn eigen experimenten naar voren bracht, de planetaire genaamd. Volgens haar, in het centrumvan een atoom is de kern, waarin de gehele massa van een bepaald atoom is geconcentreerd, ondanks zijn vrij kleine omvang. En rond de kern, zoals planeten die om de zon draaien, bewegen elektronen. Hun massa's zijn aanzienlijk kleiner dan die van alfadeeltjes, en daarom wijken deze laatste praktisch niet af wanneer ze elektronenwolken binnendringen. En alleen wanneer een alfadeeltje dicht bij een positief geladen kern vliegt, kan de afstotende kracht van Coulomb het traject van zijn beweging scherp buigen. Dit is de theorie van Rutherford. Het was zeker een geweldige ontdekking.
De wetten van de elektrodynamica en het planetaire model
Rutherfords ervaring was genoeg om veel wetenschappers te overtuigen van het bestaan van een planetair model. Het bleek echter niet zo eenduidig te zijn. De formule van Rutherford, die hij op basis van dit model afleidde, kwam overeen met de gegevens die tijdens het experiment werden verkregen. Ze weerlegde echter de wetten van de elektrodynamica!
Deze wetten, die voornamelijk tot stand zijn gekomen door de werken van Maxwell en Faraday, stellen dat een lading die met een versnelde snelheid beweegt, elektromagnetische golven uitstra alt en daardoor energie verliest. In het atoom van Rutherford beweegt het elektron met een versnelde snelheid in het Coulomb-veld van de kern en volgens de theorie van Maxwell moet het al zijn energie in een tienmiljoenste van een seconde verliezen en dan op de kern vallen. Dit is echter niet gebeurd. Bijgevolg weerlegde de formule van Rutherford de theorie van Maxwell. Ernest wist dit toen het tijd was om in 1907 terug te keren naar Engeland.
Verhuis naar Manchester en ontvang de Nobelprijs
Ernests werk in McGillUniversiteit droeg ertoe bij dat hij erg beroemd werd. Rutherford wedijverde met uitnodigingen voor wetenschappelijke centra in verschillende landen. De wetenschapper besloot in het voorjaar van 1907 Canada te verlaten en arriveerde in Manchester, aan de Universiteit van Victoria, waar hij zijn onderzoek voortzette. Samen met H. Geiger creëerde hij in 1908 een alfadeeltjesteller - een nieuw apparaat dat een belangrijke rol speelde bij het ontdekken dat alfadeeltjes heliumatomen zijn, dubbel geïoniseerd. Rutherford Ernest, wiens ontdekkingen van groot belang waren, ontving de Nobelprijs in 1908 (voor scheikunde, niet voor natuurkunde!).
Samenwerking met Niels Bohr
Ondertussen hield het planetaire patroon zijn geest steeds meer bezig. En in maart 1912 begon Rutherford samen te werken en vrienden te worden met Niels Bohr. De grootste verdienste van Bohr (zijn foto wordt hieronder weergegeven) was dat hij fundamenteel nieuwe functies in het planetaire model introduceerde - het idee van quanta.
Hij bracht "postulaten" naar voren die op het eerste gezicht intern tegenstrijdig leken. Volgens hem heeft het atoom banen. Een elektron dat langs hen beweegt, stra alt niet uit, in tegenstelling tot de wetten van de elektrodynamica, hoewel het versnelling heeft. Deze wetenschapper wees op een regel waarmee deze banen kunnen worden gevonden. Hij ontdekte dat stralingsquanta alleen verschijnen als een elektron van baan naar baan beweegt. Het Rutherford-Bohr-model van het atoom loste veel problemen op en werd ook een doorbraak in de wereld van nieuwe ideeën. De ontdekking ervan leidde tot een radicale herziening van ideeën over materie, over haar beweging.
Verdere uitgebreide activiteiten
In 1919Rutherford werd professor aan de Universiteit van Cambridge en directeur van het Cavendish Laboratory. Tientallen wetenschappers beschouwden hem terecht als hun leraar, ook degenen die later Nobelprijzen wonnen. Dit zijn J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Khariton, PL. Kapitsa, G. Gamov en anderen De stroom van onderscheidingen en onderscheidingen werd steeds overvloediger. In 1914 ontving Rutherford de adel. Hij werd voorzitter van de British Association in 1923 en van 1925 tot 1930 was hij voorzitter van de Royal Society. Ernest ontvangt in 1931 de titel van baron en wordt heer. Ondanks de steeds hogere werkdruk, en niet alleen de wetenschappelijke, blijft hij de mysteries van de kern en het atoom aanvallen.
We bieden u een interessant feit aan met betrekking tot de wetenschappelijke activiteiten van Rutherford. Het is bekend dat Ernest Rutherford het volgende criterium hanteerde bij het kiezen van zijn werknemers: hij gaf de persoon die voor het eerst bij hem kwam een taak, en als een nieuwe werknemer vervolgens vroeg wat hij vervolgens moest doen, werd hij onmiddellijk ontslagen.
De wetenschapper is al begonnen met experimenten, die eindigden met de ontdekking van de kunstmatige splijting van atoomkernen en de kunstmatige transformatie van chemische elementen. In 1920 voorspelde Rutherford het bestaan van het deuteron en neutron, en in 1933 werd hij de initiatiefnemer en deelnemer aan een experiment om de relatie tussen energie en massa in nucleaire processen te testen. In 1932, in april, steunde hij het idee om protonversnellers te gebruiken bij de studie van kernreacties.
Dood van Rutherford
Het werk van Ernest Rutherford en het werk van zijn studenten, die tot verschillende generaties behoren, hadden een enorme impact op wetenschap en technologie, op het leven van miljoenen mensen. De grote wetenschapper moest natuurlijk nadenken of deze invloed positief zou zijn. Hij was echter een optimist, heilig geloofde in wetenschap en in mensen. Ernest Rutherford, wiens korte biografie we hebben beschreven, stierf in 1937, op 19 oktober. Hij werd begraven in Westminster Abbey.
