Rutherford Ernest (godine života: 30.08.1871. - 19.10.1937.) - engleski fizičar, tvorac planetarnog modela atoma, utemeljitelj nuklearne fizike. Bio je član londonskog Kraljevskog društva, a od 1925. do 1930. - i njegov predsjednik. Ovaj čovjek je dobitnik Nobelove nagrade za kemiju, koju je dobio 1908.
Budući znanstvenik rođen je u obitelji Jamesa Rutherforda, kolara i Marthe Thompson, učiteljice. Osim njega, obitelj je imala 5 kćeri i 6 sinova.
Trening i prve nagrade
Prije nego što se obitelj preselila s Južnog otoka Novog Zelanda na Sjeverni otok 1889., Rutherford Ernest je studirao u Christchurchu, na Canterbury Collegeu. Već u to vrijeme otkrivene su briljantne sposobnosti budućeg znanstvenika. Nakon završene 4. godine Ernest je nagrađen za najbolji rad iz područja matematike, a također je osvojio 1. mjesto na magistarskim ispitima iz fizike i matematike.
Izum magnetskog detektora
Rutherford nije postao magistar umjetnostinapustio fakultet. Uronio je u samostalan znanstveni rad na magnetizaciji željeza. Razvio je i proizveo poseban uređaj - magnetski detektor, koji je postao jedan od prvih svjetskih prijamnika elektromagnetskih valova, kao i Rutherfordova "ulaznica" u veliku znanost. Ubrzo se u njegovom životu dogodila važna promjena.
Rutherford odlazi u Englesku
Najdarovitiji mladi podanici engleske krune s Novog Zelanda dobivali su stipendiju svake dvije godine. Svjetska izložba 1851. koja je omogućila odlazak u Englesku radi proučavanja znanosti. Godine 1895. odlučeno je da su dvojica Novozelanđana dostojna takve časti - fizičar Rutherford i kemičar Maclaurin. Međutim, postojalo je samo jedno mjesto i Ernestove nade su propale. Na sreću, Maclaurin je bio prisiljen napustiti ovo putovanje iz obiteljskih razloga, a Rutherford Ernest je stigao u Englesku u jesen 1895. godine. Ovdje je počeo raditi na Sveučilištu Cambridge (u laboratoriju Cavendish) i postao prvi doktorand J. Thomsona, njegovog direktora (na slici dolje).
Proučavanje Becquerelovih zraka
Thomson je tada već bio poznati znanstvenik, jedan od članova Kraljevskog društva u Londonu, kojeg su svi poštovali. Brzo je cijenio Rutherfordove sposobnosti i privukao ga da radi na proučavanju ionizacije plinova pod utjecajem rendgenskih zraka, što je i provodio. Međutim, već 1898., ljeti, Ernest čini prve korake u drugom području istraživanja. Zanimale su ga "becquerelove zrake". Emisija soli urana, otvorenaBecquerel, francuski fizičar, kasnije je postao poznat kao radioaktivan. Francuski znanstvenik, kao i Curijevi, aktivno su se bavili njegovim istraživanjem. Godine 1898. radu se pridružio Rutherford Ernest. Ovaj je znanstvenik otkrio da te zrake uključuju struje jezgri helija, pozitivno nabijenih (alfa čestice), kao i struje elektrona (beta čestice).
Daljnje proučavanje uranovih zraka
Rad Curijevih predstavljen je Pariškoj akademiji znanosti 18. srpnja 1898., što je izazvalo veliko zanimanje Rutherforda. U njemu su autori istaknuli da osim urana postoje i drugi radioaktivni (ovaj termin je upravo tada prvi put korišten) elementi. Rutherford je kasnije uveo koncept poluživota - jednu od glavnih značajki razlikovanja ovih elemenata.
Ernest je u prosincu 1897. produžio stipendiju za izložbu. Znanstvenik je dobio priliku dalje proučavati zrake urana. Međutim, u travnju 1898. mjesto profesora na lokalnom sveučilištu McGill 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 raditi sam.
Selidba u Kanadu i novi posao
U jesen 1898. preselio se u Kanadu. Isprva Rutherfordovo poučavanje nije bilo baš uspješno: studentima se nisu sviđala predavanja, što je mladi profesor, koji još nije naučio u potpunosti osjetiti publiku, prezasićen detaljima. Bilo je i određenih poteškoća u znanstvenom radu zbog činjenice da je dolazak radioaktivnih pripravaka 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 teškim 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. godine. Zajedno sa Soddyjem 1902.-1903. već je došao do općeg zakona primjenjivog na sve radioaktivne transformacije. Treba reći nešto više o ovom važnom znanstvenom događaju.
Znanstvenici diljem svijeta u to su vrijeme čvrsto naučili da je nemoguće pretvoriti jedan kemijski element u drugi, pa bi snove alkemičara o izvlačenju zlata iz olova trebali zauvijek pokopati. A onda se pojavio rad u kojem se tvrdi da tijekom radioaktivnih raspada ne samo da dolazi do transformacija elemenata, već ih se ne može ni usporiti ni zaustaviti. Štoviše, formulirani su zakoni tih transformacija. Danas razumijemo da je naboj jezgre taj koji određuje kemijska svojstva elementa i njegov položaj u periodičnom sustavu Mendeljejeva. Kada se naboj jezgre smanji za dvije jedinice, što se događa tijekom alfa raspada, ona se "pomiče" gore za 2 stanice u periodnom sustavu. Pomiče jednu ćeliju prema dolje u elektroničkom beta raspadu, a jednu ćeliju prema gore u raspadu pozitrona. Unatoč očitosti ovog zakona i njegovoj prividnoj jednostavnosti, ovo otkriće je bilo jedan od najvažnijih događaja u znanosti početkom 20.stoljeća.
Brak s Mary Georginom Newton, rođenje kćeri
U isto vrijeme dogodio se važan događaj u Ernestovom osobnom životu. 5 godina nakon zaruka s Mary Georginom Newton, s njom se oženio znanstvenik Ernest Rutherford, čija je biografija do tada već bila obilježena značajnim postignućima. Ova djevojka bila je kći gazdarice pansiona u Christchurchu gdje je on nekada živio. 1901. 30. ožujka rodila se jedina kći u obitelji Rutherford. Taj se događaj gotovo vremenski poklopio s rođenjem novog poglavlja fizikalne znanosti - nuklearne fizike. I nakon 2 godine, Rutherford je postao član Kraljevskog društva u Londonu.
Rutherfordove knjige, eksperimenti na prozirnoj foliji s alfa česticama
Ernest je stvorio 2 knjige u kojima je sažeo rezultate svojih znanstvenih istraživanja i postignuća. Prvi je objavljen pod naslovom "Radioaktivnost" 1904. godine. "Radioaktivne transformacije" pojavile su se godinu dana kasnije. Autor ovih knjiga u to je vrijeme započeo nova istraživanja. Shvatio je da radioaktivno zračenje izvire 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 predložen je kada je postalo poznato da elektroni imaju negativan naboj. Međutim, oni ulaze u atome,općenito su električno neutralni. Dakle, u njegovom sastavu mora postojati nešto što nosi pozitivan naboj. Da bi riješio ovaj problem, Thomson je predložio sljedeći model: atom je nešto poput kapljice, pozitivno nabijene, polumjera od stomilijuntnog dijela centimetra. Unutar njega su sićušni elektroni s negativnim nabojem. Pod utjecajem Coulombovih sila teže zauzeti položaj u samom središtu atoma, ali ako ih nešto debalansira, osciliraju, praćeni zračenjem. Ovaj model objasnio je postojanje spektra emisije, što je činjenica bila poznata u to vrijeme. Već je iz eksperimenata postalo jasno da su u čvrstim tijelima udaljenosti između atoma približno iste kao i njihove veličine. Činilo se stoga očitim da alfa čestice ne mogu letjeti kroz foliju, kao što kamen ne može proletjeti kroz šumu u kojoj su stabla rasla gotovo jedno uz drugo. Međutim, već prvi eksperimenti koje je napravio Rutherford uvjerili su se da to nije tako. Većina alfa čestica, gotovo bez otklona, probila je foliju, a samo nekoliko je pokazalo otklon, ponekad značajan. Ernesta Rutherforda to je jako zanimalo. Zanimljive činjenice zahtijevaju daljnje proučavanje.
Rutherfordov planetarni model
A onda se ponovno pojavila Rutherfordova intuicija i sposobnost ovog znanstvenika da razumije jezik prirode. Ernest je odlučno odbacio Thomsonov model atoma. Rutherfordovi eksperimenti doveli su do činjenice da je iznio svoj vlastiti, nazvan planetarnim. Prema njenim riječima, u centruatoma je jezgra u kojoj je koncentrirana cijela masa danog atoma, unatoč njegovoj prilično maloj veličini. A oko jezgre, poput planeta koji se okreću oko Sunca, kreću se elektroni. Njihove su mase znatno manje od mase alfa čestica i zato potonje praktički ne odstupaju kada prodiru u oblake elektrona. I samo kada alfa čestica leti blizu pozitivno nabijene jezgre, Coulombova odbojna sila može oštro savijati putanju svog kretanja. Ovo je Rutherfordova teorija. Bilo je to svakako veliko otkriće.
Zakoni elektrodinamike i planetarni model
Rutherfordovo iskustvo bilo je dovoljno da mnoge znanstvenike uvjeri u postojanje planetarnog modela. Međutim, pokazalo se da to i nije tako jednoznačno. Rutherfordova formula, koju je izveo na temelju ovog modela, bila je u skladu s podacima dobivenim tijekom eksperimenta. Međutim, ona je opovrgla zakone elektrodinamike!
Ovi zakoni, koji su uspostavljeni uglavnom radovima Maxwella i Faradayja, navode da naboj koji se kreće ubrzanom brzinom zrači elektromagnetskim valovima i zbog toga gubi energiju. U Rutherfordovom atomu, elektron se kreće u Coulombovom polju jezgre ubrzanom brzinom i, prema Maxwellovoj teoriji, mora izgubiti svu svoju energiju u desetmilijuntnom dijelu sekunde, a zatim pasti na jezgru. Međutim, to se nije dogodilo. Posljedično, Rutherfordova formula opovrgnula je Maxwellovu teoriju. Ernest je to znao kada je došlo vrijeme za povratak u Englesku 1907.
Preselite se u Manchester i primite Nobelovu nagradu
Ernestov rad u McGilluSveučilište je pridonijelo tome da je postao vrlo poznat. Rutherford se počeo natjecati s pozivima u znanstvene centre u različitim zemljama. Znanstvenik je u proljeće 1907. odlučio napustiti Kanadu i stigao u Manchester, na sveučilište Victoria, gdje je nastavio svoje istraživanje. Zajedno s H. Geigerom stvorio je 1908. brojač alfa čestica - novi uređaj koji je odigrao važnu ulogu u otkrivanju da su alfa čestice atomi helija, dvostruko ionizirani. Rutherford Ernest, čija su otkrića bila od velike važnosti, dobio je Nobelovu nagradu 1908. (iz kemije, ne iz fizike!).
Suradnja s Nielsom Bohrom
U međuvremenu, planetarni uzorak mu je sve više zaokupljao um. A u ožujku 1912. Rutherford je počeo surađivati i biti prijatelj s Nielsom Bohrom. Najveća Bohrova zasluga (njegova fotografija je predstavljena u nastavku) bila je što je u planetarni model uveo temeljno nove značajke - ideju kvanta.
Iznio je "postulate" koji su se na prvi pogled činili unutarnje proturječnima. Prema njemu, atom ima orbite. Elektron, koji se kreće duž njih, ne zrači, suprotno zakonima elektrodinamike, iako ima ubrzanje. Ovaj znanstvenik istaknuo je pravilo po kojem se te orbite mogu pronaći. Otkrio je da se kvanti zračenja pojavljuju samo kada se elektron kreće iz orbite u orbitu. Rutherford-Bohrov model atoma riješio je mnoge probleme, a također je postao proboj u svijet novih ideja. Njegovo otkriće dovelo je do radikalne revizije ideja o materiji, o njenom kretanju.
Daljnje opsežne aktivnosti
1919Rutherford je postao profesor na Sveučilištu Cambridge i direktor Cavendish laboratorija. Deseci znanstvenika s pravom su ga smatrali svojim učiteljem, uključujući i one koji su kasnije dobili Nobelove nagrade. To su J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Khariton, P. L. Kapitsa, G. Gamov i dr. Priljev 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 dobiva titulu baruna 1931. i postaje lord. Međutim, unatoč sve većim radnim opterećenjima, i to ne samo znanstvenim, on nastavlja napadati misterije jezgre i atoma.
Nudimo vam jednu zanimljivost vezanu uz znanstvenu djelatnost Rutherforda. Poznato je da je Ernest Rutherford pri odabiru svojih zaposlenika koristio sljedeći kriterij: osobi koja mu je došla prvi put dao je zadatak, a ako bi ga novi zaposlenik tada pitao što dalje, odmah bi bio otpušten.
Znanstvenik je već započeo eksperimente, koji su završili otkrićem umjetne fisije atomskih jezgri i umjetnom transformacijom kemijskih elemenata. Godine 1920. Rutherford je predvidio postojanje deuterona i neutrona, a 1933. postao je inicijator i sudionik eksperimenta za ispitivanje odnosa između energije i mase u nuklearnim procesima. Godine 1932., u travnju, podržao je ideju korištenja protonskih akceleratora u proučavanju nuklearnih reakcija.
Rutherfordova smrt
Djela Ernesta Rutherforda i rad njegovih učenika, koji pripadaju nekoliko generacija, imali su ogroman utjecaj na znanost i tehnologiju, na živote milijuna ljudi. Veliki znanstvenik, naravno, nije mogao ne razmišljati o tome hoće li taj utjecaj biti pozitivan. Međutim, bio je optimist, sveto je vjerovao u znanost i ljude. Ernest Rutherford, čiju smo kratku biografiju opisali, umro je 1937. godine, 19. listopada. Pokopan je u Westminsterskoj opatiji.
