Rutherford Ernest (godine života: 30.08.1871 - 19.10.1937) - engleski fizičar, tvorac planetarnog modela atoma, osnivač nuklearne fizike. Bio je član Londonskog kraljevskog društva, a od 1925. do 1930. - i njegov predsjednik. Ovaj čovjek je dobitnik Nobelove nagrade za hemiju koju je dobio 1908.
Budući naučnik rođen je u porodici Jamesa Rutherforda, kolara i Marthe Thompson, učiteljice. Pored njega, porodica je imala 5 kćeri i 6 sinova.
Obuka i prve nagrade
Pre nego što se porodica preselila sa Južnog ostrva Novog Zelanda na Severno ostrvo 1889. godine, Rutherford Ernest je studirao u Krajstčerču, na Kenterberi koledžu. Već u to vrijeme otkrivene su briljantne sposobnosti budućeg naučnika. Nakon završene 4. godine, Ernest je nagrađen za najbolji rad iz oblasti matematike, a osvojio je i 1. mjesto na master ispitima iz fizike i matematike.
Izum magnetnog detektora
Postajući magistar umjetnosti, Rutherford nijenapustio koledž. Bacio se u samostalan naučni rad na magnetizaciji gvožđa. Razvio je i proizveo poseban uređaj - magnetni detektor, koji je postao jedan od prvih svjetskih prijemnika elektromagnetnih valova, kao i Rutherfordova "ulaznica" u veliku nauku. Uskoro se dogodila važna promjena u njegovom životu.
Rutherford ide u Englesku
Najdarovitiji mladi podanici engleske krune sa Novog Zelanda dobijali su stipendiju svake dvije godine. Svjetska izložba 1851. koja je omogućila odlazak u Englesku radi proučavanja nauke. Godine 1895. odlučeno je da su dva Novozelanđana dostojna takve časti - fizičar Rutherford i hemičar Maclaurin. Međutim, postojalo je samo jedno mjesto i Ernestove nade su propale. Na sreću, Maclaurin je bio primoran da napusti ovo putovanje iz porodičnih razloga, a Rutherford Ernest je stigao u Englesku u jesen 1895. Ovdje je počeo raditi na Univerzitetu u Cambridgeu (u laboratoriji Cavendish) i postao prvi doktorand J. Thomsona, njegovog direktora (na slici ispod).
Proučavanje Bequerelovih zraka
Thomson je tada već bio poznati naučnik, jedan od članova Kraljevskog društva u Londonu, od svih poštovan. Vrlo brzo je cijenio Rutherfordove sposobnosti i privukao ga da radi na proučavanju jonizacije plinova pod utjecajem rendgenskih zraka, koje je on provodio. Međutim, već 1898. godine, u ljeto, Ernest čini prve korake u drugom području istraživanja. Zanimali su ga "bekerelovi zraci". Emisija soli uranijuma, otvorenaBecquerel, francuski fizičar, kasnije je postao poznat kao radioaktivan. Francuski naučnik, kao i Curies, aktivno su se bavili njegovim istraživanjima. Godine 1898. radu se pridružio Rutherford Ernest. Ovaj naučnik je otkrio da ovi snopovi uključuju tokove jezgri helijuma, pozitivno nabijenih (alfa čestice), kao i tokove elektrona (beta čestice).
Dalje proučavanje uranijumskih zraka
Rad Kirijeva predstavljen je Pariškoj akademiji nauka 18. jula 1898. godine, što je izazvalo veliko interesovanje Rutherforda. U njemu su autori istakli da osim uranijuma postoje i drugi radioaktivni (ovaj termin je tada prvi put korišten) elementi. Rutherford je kasnije uveo koncept poluraspada - jednu od glavnih karakteristika ovih elemenata.
Ernest je u decembru 1897. produžio stipendiju za izložbu. Naučnik je dobio priliku da dalje proučava zrake uranijuma. Međutim, u aprilu 1898. mjesto profesora na lokalnom McGill univerzitetu postalo je upražnjeno u Montrealu, a Ernest je odlučio otići u Kanadu. Vrijeme za šegrtovanje je prošlo. Svima je bilo jasno da je Rutherford spreman da radi sam.
Selidba u Kanadu i novi posao
U jesen 1898. preselio se u Kanadu. U početku, Rutherfordova nastava nije bila baš uspješna: studentima se nisu sviđala predavanja, koje je mladi profesor, koji još nije naučio da u potpunosti osjeti publiku, prezasićen detaljima. Bilo je i određenih poteškoća u naučnom radu zbog činjenice da je dolazak radioaktivnih preparata koje je naručio Rutherford kasnio. Međutim, svehrapavost se ubrzo izgladila, a Ernest je započeo niz sreće i uspjeha. Međutim, o uspjehu je teško govoriti: sve je postignuto napornim radom, u koji su bili uključeni njegovi novi prijatelji i istomišljenici.
Otkriće zakona radioaktivnih transformacija
Oko Rutherforda je već tada nastala atmosfera kreativnog entuzijazma i strasti. Rad je bio radostan i intenzivan, doveo je do velikog uspjeha. Rutherford je otkrio emanaciju torija 1899. Zajedno sa Soddyjem 1902-1903, on je već došao do opšteg zakona primjenjivog na sve radioaktivne transformacije. Trebalo bi reći nešto više o ovom značajnom naučnom događaju.
Naučnici širom sveta su u to vreme čvrsto naučili da je nemoguće pretvoriti jedan hemijski element u drugi, tako da bi snove alhemičara da izvuku zlato iz olova trebalo zauvek pokopati. A onda se pojavio rad u kojem se tvrdilo da se tokom radioaktivnih raspada transformacije elemenata ne samo dešavaju, već se ne mogu ni usporiti ni zaustaviti. Štaviše, formulisani su zakoni ovih transformacija. Danas shvatamo da je naelektrisanje jezgra ono što određuje hemijska svojstva elementa i njegov položaj u periodičnom sistemu Mendeljejeva. Kada se naboj jezgra smanji za dvije jedinice, što se dešava tokom alfa raspada, ono se "pomiče" za 2 ćelije gore u periodnom sistemu. On pomiče jednu ćeliju naniže u elektronskom beta raspadu, a jednu ćeliju nagore u raspadu pozitrona. Uprkos očiglednosti ovog zakona i njegovoj prividnoj jednostavnosti, ovo otkriće je bilo jedan od najvažnijih događaja u nauci početkom 20.stoljeće.
Brak sa Mary Georginom Newton, rođenje kćeri
U isto vrijeme dogodio se važan događaj u Ernestovom privatnom životu. 5 godina nakon zaruka s Mary Georginom Newton, s njom se oženio naučnik Ernest Rutherford, čija je biografija do tada već bila obilježena značajnim postignućima. Ova djevojka je bila kćerka gazdarice pansiona u Krajstčerču gdje je on nekada živio. 1901. godine, 30. marta, rođena je jedina ćerka u porodici Rutherford. Ovaj događaj se gotovo vremenski poklopio sa rođenjem novog poglavlja fizičke nauke - nuklearne fizike. I nakon 2 godine, Rutherford je postao član Kraljevskog društva u Londonu.
Rutherfordove knjige, eksperimenti na prozirnoj foliji sa alfa česticama
Ernest je kreirao 2 knjige u kojima je sažeo rezultate svojih naučnih istraživanja i dostignuća. Prvi je objavljen pod naslovom "Radioaktivnost" 1904. godine. "Radioaktivne transformacije" pojavile su se godinu dana kasnije. Autor ovih knjiga je u to vrijeme započeo nova istraživanja. Shvatio je da je radioaktivno zračenje iz atoma, ali mjesto njegovog nastanka ostalo je apsolutno nejasno. Bilo je potrebno proučiti uređaj kernela. A onda se Ernest okrenuo tehnici transiluminacije alfa česticama, s kojom je započeo svoj rad s Thomsonom. Eksperimenti su proučavali kako protok ovih čestica prolazi kroz tanke listove folije.
Thomsonov prvi model atoma
Prvi model atoma je predložen kada je postalo poznato da elektroni imaju negativan naboj. Međutim, oni ulaze u atome,općenito su električno neutralni. Dakle, mora postojati nešto u njegovom sastavu što nosi pozitivan naboj. Da bi riješio ovaj problem, Thomson je predložio sljedeći model: atom je nešto poput kapljice, pozitivno nabijene, poluprečnika od stomilionitog dijela centimetra. Unutar njega su sićušni elektroni s negativnim nabojem. Pod uticajem Coulombovih sila teže da zauzmu poziciju u samom centru atoma, ali ako ih nešto debalansira, osciliraju, praćeni zračenjem. Ovaj model je objasnio postojanje spektra emisije, što je činjenica bila poznata u to vrijeme. Iz eksperimenata je već postalo jasno da su u čvrstim tijelima udaljenosti između atoma približno iste kao i njihove veličine. Činilo se očiglednim, stoga, da alfa čestice ne mogu letjeti kroz foliju, kao što kamen ne može letjeti kroz šumu u kojoj je drveće raslo gotovo jedno do drugog. Međutim, već prvi eksperimenti koje je napravio Rutherford uvjerili su se da to nije tako. Većina alfa čestica, gotovo bez otklona, prodrla je kroz foliju, a samo nekoliko je pokazalo otklon, ponekad značajan. Ernest Rutherford je bio veoma zainteresovan za ovo. Zanimljive činjenice zahtijevaju dalje proučavanje.
Rutherford planetarni model
A onda se ponovo pojavila Rutherfordova intuicija i sposobnost ovog naučnika da razume jezik prirode. Ernest je odlučno odbacio Thomsonov model atoma. Rutherfordovi eksperimenti doveli su do činjenice da je iznio svoj vlastiti, nazvan planetarni. Prema njenim riječima, u centruatoma je jezgro u kojem je koncentrisana cijela masa datog atoma, uprkos njegovoj prilično maloj veličini. A oko jezgra, poput planeta koje se okreću oko Sunca, elektroni se kreću. Njihove mase su znatno manje od mase alfa čestica i zato potonje praktično ne odstupaju kada prodiru u elektronske oblake. I samo kada alfa čestica leti blizu pozitivno nabijenog jezgra, Kulonova odbojna sila može oštro savijati putanju svog kretanja. Ovo je Rutherfordova teorija. To je svakako bilo veliko otkriće.
Zakoni elektrodinamike i planetarni model
Rutherfordovo iskustvo bilo je dovoljno da uvjeri mnoge naučnike u postojanje planetarnog modela. Međutim, pokazalo se da to i nije tako jednoznačno. Rutherfordova formula, koju je izveo na osnovu ovog modela, bila je u skladu sa podacima dobijenim tokom eksperimenta. Međutim, ona je opovrgla zakone elektrodinamike!
Ovi zakoni, koji su ustanovljeni uglavnom radovima Maxwella i Faradaya, navode da naelektrisanje koje se kreće ubrzanom brzinom zrači elektromagnetne talase i zbog toga gubi energiju. U Rutherfordovom atomu, elektron se kreće u Kulonovom polju jezgra ubrzanom brzinom i, prema Maxwellovoj teoriji, mora izgubiti svu svoju energiju u desetmilionitom dijelu sekunde, a zatim pasti na jezgro. Međutim, to se nije dogodilo. Shodno tome, Rutherfordova formula je opovrgla Maxwellovu teoriju. Ernest je to znao kada je došlo vrijeme da se vrati u Englesku 1907.
Preselite se u Manchester i primite Nobelovu nagradu
Ernestov rad u McGilluUniverzitet je doprineo tome da je postao veoma poznat. Rutherford je počeo da se bori sa pozivima u naučne centre u različitim zemljama. Naučnik je u proleće 1907. odlučio da napusti Kanadu i stigao u Mančester, na Univerzitet Viktorija, gde je nastavio svoja istraživanja. Zajedno sa H. Geigerom stvorio je 1908. brojač alfa čestica - novi uređaj koji je odigrao važnu ulogu u otkrivanju da su alfa čestice atomi helijuma, dvostruko ionizirani. Rutherford Ernest, čija su otkrića bila od velike važnosti, dobio je Nobelovu nagradu 1908. (u hemiji, ne u fizici!).
Saradnja sa Nielsom Bohrom
U međuvremenu, planetarni obrazac mu je sve više zaokupljao um. U martu 1912, Rutherford je počeo da sarađuje i da se druži sa Nielsom Borom. Najveća Bohrova zasluga (njegova fotografija je predstavljena u nastavku) bila je to što je uveo fundamentalno nove karakteristike u planetarni model - ideju kvanta.
Izneo je "postulate" koji su na prvi pogled izgledali interno kontradiktorni. Prema njemu, atom ima orbite. Elektron, koji se kreće duž njih, ne zrači, suprotno zakonima elektrodinamike, iako ima ubrzanje. Ovaj naučnik je ukazao na pravilo po kojem se ove orbite mogu pronaći. Otkrio je da se kvanti zračenja pojavljuju samo kada se elektron kreće iz orbite u orbitu. Rutherford-Bohr model atoma riješio je mnoge probleme, a postao je i prodor u svijet novih ideja. Njegovo otkriće dovelo je do radikalne revizije ideja o materiji, o njenom kretanju.
Dalje opsežne aktivnosti
1919Rutherford je postao profesor na Univerzitetu u Cambridgeu i direktor Cavendish laboratorije. Desetine naučnika s pravom su ga smatrali svojim učiteljem, uključujući i one koji su kasnije dobili Nobelovu nagradu. To su J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Khariton, P. L. Kapitsa, G. Gamov i dr. Priliv počasti i nagrada postajao je sve obilniji. Godine 1914. Rutherford je dobio plemstvo. Postao je predsjednik Britanskog udruženja 1923., a od 1925. do 1930. bio je predsjednik Kraljevskog društva. Ernest dobija titulu barona 1931. i postaje lord. Međutim, uprkos sve većim opterećenjima, i to ne samo naučnim, on nastavlja da napada misterije jezgra i atoma.
Nudimo vam jednu zanimljivu činjenicu vezanu za naučne aktivnosti Rutherforda. Poznato je da je Ernest Rutherford koristio sljedeći kriterij pri odabiru svojih zaposlenika: osobi koja mu je prvi put dao zadatak dao je zadatak, a ako bi novi zaposlenik potom upitao šta dalje, odmah bi bio otpušten.
Naučnik je već započeo eksperimente, koji su završili otkrićem vještačke fisije atomskih jezgara i vještačke transformacije hemijskih elemenata. Godine 1920. Rutherford je predvidio postojanje deuterona i neutrona, a 1933. postao je inicijator i učesnik u eksperimentu testiranja odnosa između energije i mase u nuklearnim procesima. Godine 1932, u aprilu, podržao je ideju upotrebe protonskih akceleratora u proučavanju nuklearnih reakcija.
Smrt Rutherforda
Radovi Ernesta Rutherforda i radovi njegovih učenika, koji pripadaju nekoliko generacija, imali su ogroman uticaj na nauku i tehnologiju, na živote miliona ljudi. Veliki naučnik, naravno, nije mogao a da ne razmišlja o tome da li će ovaj uticaj biti pozitivan. Međutim, bio je optimista, sveto je vjerovao u nauku i ljude. Ernest Rutherford, čiju smo kratku biografiju opisali, umro je 1937. godine, 19. oktobra. Sahranjen je u Vestminsterskoj opatiji.
