Эрнест резерфорд: биография, творчество, карьера, личная жизнь

Интересные факты

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». В советских биографических очерках существует другая версия: «Дело в том, что у Резерфорда был громкий голос и он не умел управлять им. Могучий голос метра, встретившего кого-нибудь в коридоре,предупреждал тех, кто находился в лабораториях, о его приближении, и сотрудники успевали “собраться с мыслями”. Это дало Капице основание прозвать Резерфорда Крокодилом. Объясняют это ассоциацией с героем популярной детской книжки Крокодилом, который проглотил будильник. Его тиканье предупреждало детей о приближении страшного зверя.» (Ф. Кедров. Капица: жизнь и открытия. М.: Московский рабочий. 1979)

• Э. Резерфорд, открывший ядро атома, негативно отзывался о перспективах ядерной энергетики: «Каждый, кто надеется, что преобразования атомных ядер станут источником энергии, исповедует вздор».
• Когда Пётр Капица приехал работать в Кембридж к Резерфорду, то он ему сказал, что штат лаборатории уже укомплектован. Тогда Капица спросил:

 — Какую допустимую погрешность вы допускаете в экспериментах?

 — Обычно около 3 %.

 — А сколько человек работает в лаборатории?

 — 30.

 — Тогда 1 человек составляет примерно 3 % от 30.

Резерфорд рассмеялся и принял Капицу в качестве «допустимой погрешности». В действительности же Капицу взяли в лабораторию благодаря рекомендации физика Иоффе[источник не указан 2254 дня].

Получив в 1908 году известие о присуждении ему Нобелевской премии по химии, Резерфорд заявил: «Вся наука — или физика, или коллекционирование марок». (All science is either physics or stamp collecting.)

Кембридж, 1919-1937: золотой век Кавендиша

В том же году он сменил Дж. Дж. Томсона в лаборатории Кавендиша, где стал директором. Это было начало золотого века для лаборатории, как и для Резерфорда, даже если его исследовательская работа и отметила время. Его влияние на исследования в области ядерной физики огромно. Например, в лекции, которую он прочитал Королевскому обществу, он упомянул о существовании нейтрона и изотопов водорода и гелия. И именно в лаборатории Кавендиша под его руководством они будут обнаружены.

Джеймс Чедвик, открыватель нейтрона, Нильс Бор, который предположил, что планетарная атомная модель Резерфорда является стабильной, и Роберт Оппенгеймер, которого считают отцом атомной бомбы, относятся к числу тех, кто учился в лаборатории времени Резерфорда. Мозли, который был его учеником, показал с помощью X — дифракции рентгеновских лучей, что атомы, содержащиеся как много электронов, как были положительные заряды в ядре, и, таким образом, его результаты «решительно поддерживает точку зрения Бора и Резерфорда».

Множество лекций, которые он читает в лаборатории Кавендиша, и большое количество контактов, которые он поддерживает со своими учениками, создают для Резерфорда образ человека, чрезвычайно привязанного к фактам, даже больше, чем к теории, который для него в некотором смысле является просто «мнением». «. Эта привязанность к экспериментальным фактам — признак большой строгости и большой честности. Когда Ферми удается распадать различные элементы с помощью нейтронов, он пишет ему, чтобы поздравить его с «побегом из теоретической физики».

К счастью, Резерфорд не останавливается на фактах, и его огромное воображение дает ему представление о самых отдаленных теоретических последствиях. Но он терпеть не может, когда люди без надобности все усложняют. Он часто делает замечания на эту тему посетителям лаборатории, которые приходят продемонстрировать свои работы (развеселившим) студентам и исследователям, независимо от репутации посетителя. Его приверженность простоте почти известна. Более того, он сказал: «Я сам простой человек». »

Его авторитет в Кавендишской лаборатории не основан на страхе, который он может внушать. Напротив, Резерфорд веселый персонаж, и мы знаем, что его работа прогрессирует, когда он мычит в своей лаборатории. Студенты уважают его не столько за его прошлую работу или миф, который его окружает, сколько за его привлекательную личность, его щедрость и его интеллектуальный авторитет, до такой степени, что он считается «профессором» Кембриджа.

Его прозвали «крокодилом», потому что, как крокодил, который никогда не видит своего хвоста, он всегда смотрит вперед.

Это было также периодом почестей для Резерфорда: он был президентом Королевского общества с 1925 по 1930 год и президентом Совета академической помощи, который в эти политически неспокойные времена помог немецким ученым покинуть свою страну. Он также выиграл медаль Копли в 1922 году, медаль Франклина в 1924 году и лекцию Фарадея в Королевском химическом обществе в 1936 году. В 1925 году он совершил свою последнюю поездку в Новую Зеландию, свою родную страну. как герой.

В 1931 году он был посвящен в рыцари (королем Георгом V ) и получил титул барона Резерфорда из Нельсона из Кембриджа. В том же году ее единственная дочь Эйлин умерла через девять дней после рождения четвертого ребенка.

Резерфорд, который был физически сильным человеком, попал в больницу в 1937 году для небольшой операции после того, как поранился, спилив деревья на своей территории. Когда он возвращается домой, кажется, что он выздоравливает без каких-либо проблем, но его состояние внезапно ухудшается. Он внезапно скончался 19 октября и был похоронен в Вестминстерском аббатстве вместе с Ньютоном и Кельвином .

Его изображение теперь украшает 100 новозеландских долларовых купюр.

Кембридж

В знак признания растущей важности науки Кембриджский университет изменил свои правила, позволив выпускникам других вузов получать диплом после двух лет обучения и выполнения приемлемой научной работы. Первым студентом-исследователем стал Резерфорд

Эрнест, кроме демонстрации намагничивания колебательным разрядом железа, установил, что игла теряет часть своей намагниченности в магнитном поле, создаваемом переменным током. Это позволило создать детектор недавно открытых электромагнитных волн. В 1864 г. шотландский физик-теоретик Джеймс Клерк Максвелл предсказал их существование, а в 1885–1889 гг. немецкий физик Генрих Герц обнаружил их в своей лаборатории. Прибор Резерфорда для детекции радиоволн был проще и имел коммерческий потенциал. Следующий год молодой ученый провел в Кавендишской лаборатории, увеличивая диапазон и чувствительность прибора, который мог принимать сигналы на расстоянии полумили. Однако Резерфорду не хватило межконтинентального видения и предпринимательских навыков итальянца Гульельмо Маркони, который изобрел беспроводной телеграф в 1896 г.

И все-таки он вертится!

И задумался он на целых два года. К 1911 году результатом его раздумий явилась новая модель строения атома. Однако обо всем по порядку.

Альфа-частицы, проходя через фольгу, проходят сквозь атомы золота в большинстве случаев без отклонений.

Из этого следуют два вывода. Первый: легкие электроны практически не влияют на движение тяжелой альфа-частицы. Вывод второй: так как альфа-частицы в большинстве случаев отклоняются на малые углы, атом в большей части своего объема пустой.

Небольшая часть альфа-частиц все же отклоняется на значительные углы. А значит, вывод третий такой: центральная часть атома очень маленьких размеров, но в ней сосредоточена почти вся масса атома, и эта центральная часть имеет положительный заряд. Она и получила название ядра атома.

Планетарная модель атома Резерфорда: вокруг ядра вращаются электроны

Согласно Резерфорду, атом состоит из массивного положительного ядра и вращающихся по определенным орбитам вокруг него электронов, что само по себе напомнило Солнечную систему, поэтому модель и получила название планетарной.

По соотношению между общим числом альфа-частиц и количеством отклонившихся на определенные углы можно рассчитать размер ядра и его заряд. Оказалось, что радиус ядра имеет порядок 10-14 м. Заряд же ядра, как было сказано выше, положителен и определяется формулой q=Z _*e, где Z — порядковый номер элемента в периодической системе элементов Менделеева, а е — модуль заряда электрона. Но эту связь установил Генри Мозли в экспериментах, выполненных в 1913 году.

Однако и эта модель атома оказалась в противоречии с классической физикой. Согласно теории Максвелла, любой ускоренно движущийся заряд должен непрерывно излучать электромагнитные волны. Поскольку электроны, вращаясь вокруг ядра, движутся с центростремительным ускорением, они должны непрерывно излучать электромагнитные волны. На самом же деле в нормальном состоянии атомы не излучают!

Благодаря излучению электромагнитных волн энергия электронов должна непрерывно уменьшаться, и они должны приближаться к ядру и, в конце концов, непременно «упасть» на него. Согласно расчетам, время «падения» должно составить 10-8 с. Однако опыты показывают, что атомы существуют довольно продолжительное время.

Таким образом, эти факты были несовместимы с планетарной моделью атома Резерфорда, если рассматривать ее с позиции классической электродинамики.

Разрешения этих противоречий были еще впереди. Пока же количество вопросов значительно превышало число удобоваримых объяснений. Тем не менее, это был значительный шаг на пути понимания устройства мира. Добавим лишь, что рассеяние микрочастиц на других частицах или атомных ядрах — это квантовый процесс, а для его описания необходимо уравнение Шредингера, которого в 1911 году еще попросту не было.

Поделиться ссылкой

Ранняя жизнь

Эрнест Резерфорд родился в сельской Спринг-Гроув, на Южном острове Новой Зеландии, 30 августа 1871 года. Он был четвертым из 12 детей и вторым сыном. Его отец, Джеймс, имел небольшое образование и изо всех сил пытался поддержать большую семью на доход льняного мельника. Мать Эрнеста, Марта, работала школьной учительницей

Она считала, что знание — это сила, и уделяла большое внимание образованию своих детей

Будучи ребенком, Эрнест, чья семья назвала его «Эрн», большую часть времени которое он проводил после школы — доил коров и помогал с другими делами на семейной ферме. По выходным проводились купания в ручье со своими братьями. Поскольку денег было мало, Резерфорд нашел изобретательские способы преодоления финансовых трудностей своей семьи, в том числе гнездование птиц, чтобы заработать средства на поставку своих воздушных змеев. У нас нет денег, поэтому нам нужно подумать, был девизом Резерфорда в то время.

В возрасте 10 лет Резерфорду вручили свою первую научную книгу в Школе Фоксхилла. Это был ключевой момент для Резерфорда, учитывая, что книга вдохновила его самый первый научный эксперимент. Молодой Резерфорд создал миниатюрную пушку, которая, к удивлению его семьи, быстро и неожиданно взорвалась. Несмотря на результат, интерес Резерфорда к ученым оставался неизменным. В 1887 году ему была присуждена стипендия для обучения в Нельсонской университетской школе, частной средней школе, в которой он будет учиться регби до 1889 года.

В 1890 году Резерфорд получил еще одну стипендию — на этот раз в Кентерберийском колледже в Крайстчерче , Новая Зеландия. В Кентерберийском колледже профессора Резерфорда подогревали его энтузиазм в отношении поиска конкретных доказательств с помощью научных экспериментов. Резерфорд получил там степень бакалавра искусств и степень магистра искусств, и сумел добиться первоклассных наград в математике и естествознании. В 1894 году, еще в Кентербери, Резерфорд провел независимое исследование способности высокочастотного электрического разряда намагничивать железо. Благодаря его исследованиям он получил степень бакалавра наук всего за один год. В том же году Резерфорд встретился и влюбился в дочь своей хозяйки Мэри Ньютон. Пара поженилась в 1900 году и позже приветствовала дочь, которую они назвали Эйлин.

Труды, исследования и вклад в науку

В 1898 г. Резерфорд меняет Хью Лонгборна Каллендара на должности профессора физики, основанной благодаря покровительству Уильяма МакДональда, в Университете МакГилла. Именно здесь Резерфорд достигнет высот своей исследовательской деятельности. Его работа в Университете МакГилла увенчается получением в 1908 г. Нобелевской премии в области химии.

Резерфорд занимается глубинными исследованиями и практическим изучением явления радиоактивности. В этот период, в 1899 г., он вводит понятия альфа- и бета-частиц. Этот тип радиационного излучения учёный описывает как два отчётливых (легко различаемых) вида излучения потока частиц элементами торием и ураном. Основываясь на их проникающей способности, Резерфорд чётко излагает различия этих радиационных лучей.

В 1900 г. в Университете Новой Зеландии он получает степень доктора наук. С 1900 г. по 1903 г. к исследовательскому проекту Резерфорда на тему трансмутации элементов в Университете МакГилла присоединяется юный исследователь Фредерик Содди.

Резерфорд открывает и точно описывает, что радиация является следствием спонтанного разложения атомов. Учёный в мельчайших подробностях наблюдает, а в последствие и описывает, что образцу радиоактивного материала требуется определенное время для уменьшения его радиоактивности в 2 раза. Это время Резерфорд называет «периодом полураспада». Это открытие в дальнейшем получит практическое применение: взяв за единицу измерения равномерную скорость распада вещества, будет определён возраста планеты Земля, оказавшейся намного старше, чем возраст, предполагаемый учёными того времени.

В 1903 г. Резерфорд обнаруживает, что радиация (уже открытая), излучаемая ещё безымянным радием (открытым в 1900 г. французским химиком Полом Виллардом) обладает отличительной чертой (от альфа- и бета-излучений), не описанной прежде. Он также замечает, что новый вид излучения обладает большой проникающей способность, и, не теряя времени, даёт ему самостоятельное название «гамма-излучение». В 1907 г. Резерфорда назначают на должность профессора физики Манчестерского университета. В Манчестере учёный продолжает работать с альфа-излучением. Совместно с Гансом Гейгером, он разрабатывает цинк-сульфидный отражающий экран и ионизационную камеру, предназначенную для подсчёта количества альфа-частиц.

В 1907 г. Резерфорд, вместе с Томасом Ройдсом, проводит химический опыт, заключающийся в прохождении альфа-лучей через узкое окно в вакуумную трубку. Лучи неизменно порождают в трубке искровой разряд, в результате чего образовывается спектр, меняющий свою природу аналогично альфа-лучам, накопившимся в трубке. Далее эксперимент показывает, как начинает образовываться чистый спектр газа гелия. Из этого следует, что альфа-лучи почти не ионизируют атомы, а точнее – ядра атомов, гелия.

В 1909 г. объединяет усилия с Гансом Гейгером и Эрнестом Марсденом и проводит опыт Гейгера-Марсдена, нацеленный на обнаружение и наглядную демонстрацию истинной ядерной природы атомов. Эксперимент проводится для получения чётко сформулированных результатов относительно свойств альфа-частиц. Резерфорд предлагает Гейгеру и Марсдену получить отклонение альфа-частиц на большие углы (предрешённых результатов опыта не было, поскольку, на момент его проведения, не существовало ни малейших теорий на этот счёт). Искомые отклонения были найдены, но носили единичный характер и ровную, чётко-организованную функцию угла отклонения. Истолкование и результаты этого эксперимента в 1911 г. выливаются в представление модели атома Резерфорда. Согласно его теории, даже маленькое положительно заряженное ядро имеет вращающиеся вокруг него электроны. В 1919 г. Резерфорд отправляется в Кавендишскую лабораторию, где проводит (первым в истории) опыт по трансмутации одного вещества в другое, превратив с помощью ядерной реакции азот в кислород. Этот опыт он осуществляет совместно с Нильсом Бором, выдвигая при этом теорию о существовании нейтронов и об их предположительном свойстве возмещать отталкивающее свойство положительно заряженных протонов, порождая силу ядерного притяжения, удерживающую ядро от распада.

В 1932 г. эту теорию существования нейтронов доказывает Джеймс Чедвик, получивший в 1935 г. Нобелевскую премию в области физики за это открытие.

Научная деятельность

В Британии научная биография Эрнеста Резерфорда складывалась как нельзя лучше.

В университете ученый стал первым докторантом его ректора Джозефа Томсона. В это время парень занимался исследованием ионизации газов под воздействием рентгена.

Эрнест Резерфорд в молодости

В 27-летнем возрасте Резерфорд увлекся изучением уранового радиоактивного излучения – «лучи Беккереля». Любопытно, что вместе с ним опыты по радиоактивному излучению также проводили Пьер и Мария Кюри.

Позже Эрнест начал глубоко исследовать период полураспада, который уточнял характеристику веществ, открыв тем самым процесс полураспада.

В 1898 г. Резерфорд перешел работать в университет Макгилла, находившейся в Монреале. Там он начал тесно сотрудничать с английским радиохимиком Фредериком Содди, который на то время был простым лаборантом химфакультета.

В 1903 г. Эрнест и Фредерик представили научному миру революционную идею о преобразовании элементов в процессе радиоактивного распада. Вскоре они также сформулировали законы превращений.

Позже их идеи дополнил Дмитрий Менделеев с помощью периодической системы. Таким образом стало ясно, что химические свойства вещества зависят от заряда ядра его атома.

В период биографии 1904-1905 гг. Резерфорд опубликовал два труда – «Радиоактивность» и «Радиоактивные превращения».

В своих работах ученый заключил, что атомы представляют собой источник радиоактивного излучения. Он провел немало экспериментов по просвечиванию золотой фольги альфа-частицами, наблюдая за потоками частиц.

Эрнест Резерфорд был первым, кто выдвинул идею о строении атома. Он предположил, что атом имеет форму капли с положительным зарядом, с находящимся внутри него отрицательно заряженными электронами.

Позже физик сформулировал планетарную модель атома. Однако данная модель шла вразрез с законами электродинамики, выведенными Джеймсом Максвеллом и Майклом Фарадеем.

Ученым удалось доказать, что ускоренно движущийся заряд лишается энергии вследствие электромагнитного излучения. По этой причине, Резерфорду пришлось продолжить усовершенствовать свои идеи.

В 1907 г. Эрнест Резерфорд обосновался в Манчестере, где устроился работать в университете Виктории. В следующем году он совместно с Хансом Гейгером изобрел счетчик альфа-частиц.

Эрнест Резерфорд за работой

Позже Резерфорд начал сотрудничать с Нильсом Бором, который являлся автором теории квантов. Физики пришли к выводу, что электроны движутся вокруг ядра по орбите.

Их новаторская модель атома стала прорывом в науке, побудив все научное сообщество пересмотреть свои взгляды на материю и движение.

В возрасте 48 лет Эрнест Резерфорд стал профессором Кембриджского университета. На тот момент биографии он пользовался большим авторитетом в обществе и имел множество престижных наград.

В 1931 г. Резерфорд удостоился звания барона. В то время он ставил опыты по расщеплению ядра атома и превращению химических элементов. Кроме этого, он исследовал взаимосвязь массы и энергии.

биография

ранняя жизнь и образование

Эрнест Резерфорд был сыном фермера Джеймса Резерфорда и его жены Марты Томпсон, родом из Хорнчерча , Эссекс, Англия. Джеймс эмигрировал в Новую Зеландию из Перта , Шотландия, «чтобы вырастить немного льна и много детей». Эрнест родился в Брайтуотере , недалеко от Нельсона , Новая Зеландия. Когда его рождение было зарегистрировано, его имя было ошибочно написано «Серьезный». Мать Резерфорда Марта Томпсон была школьной учительницей.

Резерфорд в 1892 году, 21 год.

Он учился в Хэвелке школе , а затем Нельсон колледж и получил стипендию для обучения в , университет Новой Зеландии , где он принимал участие в дискуссионном обществе и играли в регби . После получения степени бакалавра, магистра и бакалавра и двух лет исследований, в течение которых он изобрел новую форму радиоприемника, в 1895 году Резерфорд получил исследовательскую стипендию 1851 года от Королевской комиссии для выставки 1851 года поехать в Англию для учебы в аспирантуре Кавендишской лаборатории., Кембриджский университет . Он был одним из первых из «иностранцев» (те без степени Кембриджского) позволили сделать исследование в университете, под руководством Томсона , , которая вызывала зависть от более консервативных членов Кавендишской братстве . С поощрения Томсона ему удалось обнаружить радиоволны на расстоянии полумили и ненадолго установить мировой рекорд по расстоянию, на котором могут быть обнаружены электромагнитные волны, хотя, когда он представил свои результаты на собрании Британской ассоциации в 1896 году, он обнаружил, что был превзойденный далее объяснение необходимости по Гульельмо Маркони, который тоже читал лекции.

В 1898 году Томсон рекомендовал Резерфорда занять должность в университете Макгилла в Монреале, Канада. Он должен был заменить Хью Лонгборна Каллендара, который занимал кафедру профессора физики Макдональда и переезжал в Кембридж. Резерфорд был принят, что означало, что в 1900 году он мог жениться на Мэри Джорджине Ньютон (1876–1954) с которой он обручился перед отъездом из Новой Зеландии; они поженились в англиканской церкви Святого Павла, Papanui в Крайстчерче , у них была одна дочь, Эйлин Мэри (1901-1930), который женился физик Ральф Фаулер . В 1901 году Резерфорд получилДоктор наук Университета Новой Зеландии. В 1907 году он вернулся в Великобританию, чтобы занять кафедру физики в Университете Виктории в Манчестере .

Спустя годы и почести

Резерфорд был посвящен в рыцари в 1914 году. Во время Первой мировой войны он работал над совершенно секретным проектом по решению практических проблем обнаружения подводных лодок с помощью гидролокатора . В 1916 году он был награжден Мемориальной медалью Гектора . В 1919 году он вернулся в Кавендиш, сменив Дж. Дж. Томсона на посту Кавендишского профессора и директора. При нем Нобелевские премии были присуждены Джеймсу Чедвику за открытие нейтрона (в 1932 году), Джону Кокрофту и Эрнесту Уолтону за эксперимент, который должен был быть известен как расщепление атома с помощью ускорителя частиц , и Эдварду Эпплтону.для демонстрации существования ионосферы . В 1925 году Резерфорд призвал правительство Новой Зеландии поддержать образование и исследования, что привело к созданию в следующем году Департамента научных и промышленных исследований (DSIR) . С 1925 по 1930 год он был президентом Королевского общества , а затем президентом Совета академической помощи, который помог почти 1000 университетским беженцам из Германии. Он был награжден Орденом за заслуги перед Новым годом в 1925 г. и дослужился до пэра как барон Резерфорд из Нельсона из Кембриджа в графстве Кембридж в 1931 году титул, который вымер после его неожиданной смерти в 1937 году. В 1933 году Резерфорд был одним из двух первых получателей ТЗ. Медаль Сиди , учрежденная Королевским обществом Новой Зеландии в качестве награды за выдающиеся научные исследования.

Могила лорда Резерфорда в Вестминстерском аббатстве

За некоторое время до своей смерти у Резерфорда была небольшая грыжа , которую он не удалось исправить, и она была задушена, в результате чего он сильно заболел. Несмотря на экстренную операцию в Лондоне, он умер через четыре дня после того, как врачи назвали «кишечным параличом», в Кембридже. После кремации в Golders Грин крематорий , он получил высокую честь захоронения в Вестминстерском аббатстве , рядом с Исааком Ньютоном и других прославленных британских ученых.