Rutherford Ernest (életévek: 1871. 08. 30. – 1937. 10. 19.) - angol fizikus, az atom bolygómodelljének megalkotója, a magfizika megalapítója. Tagja volt a Londoni Királyi Társaságnak, 1925-től 1930-ig pedig elnöke. Ez az ember a kémiai Nobel-díj nyertese, amelyet 1908-ban kapott.
A leendő tudós James Rutherford kerékgyártó és Martha Thompson tanár családjában született. Rajta kívül a családban 5 lány és 6 fiú született.
Képzés és első díjak
Mielőtt a család 1889-ben Új-Zéland déli szigetéről az Északi-szigetre költözött, Rutherford Ernest Christchurchben, a Canterbury College-ban tanult. Már ebben az időben feltárták a jövő tudósának ragyogó képességeit. A 4. évfolyam elvégzése után Ernest megkapta a matematika területén végzett legjobb munkájáért járó elismerést, valamint 1. helyezést ért el a fizika és a matematika mestervizsgán.
A mágneses detektor feltalálása
A művészetek mesterévé vált Rutherford nemotthagyta a főiskolát. Belevetette magát a vas mágnesezésével foglalkozó önálló tudományos munkába. Kifejlesztett és gyártott egy speciális eszközt - egy mágneses detektort, amely a világ egyik első elektromágneses hullám vevőjévé vált, valamint Rutherford "belépőjegye" a nagy tudományba. Hamarosan fontos változás következett be az életében.
Rutherford Angliába megy
Az angol korona legtehetségesebb fiatal alanyai Új-Zélandról kétévente ösztöndíjat kaptak. Az 1851-es világkiállítás, amely lehetővé tette, hogy Angliába menjenek tudományokat tanulni. 1895-ben úgy döntöttek, hogy két új-zélandi méltó erre a kitüntetésre: Rutherford fizikus és Maclaurin vegyész. Azonban csak egy hely volt, és Ernest reményei szertefoszlottak. Szerencsére Maclaurin családi okok miatt kénytelen volt elhagyni ezt az utazást, és Rutherford Ernest 1895 őszén megérkezett Angliába. Itt kezdett dolgozni a Cambridge-i Egyetemen (a Cavendish Laboratóriumban), és J. Thomson első doktorandusza lett, annak igazgatója (az alábbi képen).
A Becquerel-sugarak tanulmányozása
Thomson ekkor már ismert tudós volt, a Londoni Királyi Társaság egyik tagja, akit mindenki tisztelt. Gyorsan felértékelte Rutherford képességeit, és vonzotta a gázok röntgensugárzás hatására történő ionizációjának tanulmányozására, amelyet ő végzett el. Ernest azonban már 1898-ban, nyáron megteszi első lépéseit egy másik kutatási területen. Érdekelték a „becquerel-sugarak”. Uránsó kibocsátás, nyitottBecquerel francia fizikus később radioaktívként vált ismertté. A francia tudós, valamint a Curie-k aktívan részt vettek kutatásában. 1898-ban Rutherford Ernest csatlakozott a munkához. Ez a tudós felfedezte, hogy ezekben a nyalábokban héliummagok, pozitív töltésű (alfa-részecskék), valamint elektronáramok (béta-részecskék) vannak.
Az uránsugarak további tanulmányozása
A Curie-k munkáját 1898. július 18-án mutatták be a Párizsi Tudományos Akadémiának, ami Rutherford nagy érdeklődését váltotta ki. Ebben a szerzők rámutattak, hogy az uránon kívül vannak más radioaktív (ezt a kifejezést akkor használták először) elemek. Rutherford később bevezette a felezési idő fogalmát, amely ezen elemek egyik fő megkülönböztető jegye.
Ernest 1897 decemberében meghosszabbította a kiállítási ösztöndíjat. A tudós lehetőséget kapott az uránsugarak további tanulmányozására. 1898 áprilisában azonban Montrealban megüresedett egy professzori hely a helyi McGill Egyetemen, és Ernest úgy döntött, Kanadába megy. A tanulóidőszak lejárt. Mindenki számára világos volt, hogy Rutherford kész önállóan dolgozni.
Kanadába költözés és új munkahely
1898 őszén Kanadába költözött. Rutherford tanítása eleinte nem volt túl sikeres: a hallgatóknak nem tetszettek az előadások, amelyeket a fiatal professzor, aki még nem tanulta meg teljesen átérezni a hallgatóságot, túltelített a részletekkel. A tudományos munkában is nehézségek adódtak, mert a Rutherford által megrendelt radioaktív készítmények megérkezése késett. Azonban mindena durvaság hamar kisimult, és Ernest megkezdte a szerencse- és sikersorozatot. Sikerről azonban aligha illik beszélni: mindent kemény munkával ért el, amelyben új barátai és hasonló gondolkodású emberei is részt vettek.
A radioaktív átalakulások törvényének felfedezése
Rutherford körül már akkor kialakult a kreatív lelkesedés és szenvedély légköre. A munka örömteli és intenzív volt, nagy sikert aratott. Rutherford 1899-ben fedezte fel a tórium emanációját. 1902-1903-ban Soddyval együtt már eljutott egy általános, minden radioaktív átalakulásra vonatkozó törvényhez. Kicsit többet kellene beszélni erről a fontos tudományos eseményről.
A tudósok szerte a világon akkoriban szilárdan megtanulták, hogy lehetetlen egyik kémiai elemet a másikká alakítani, ezért az alkimisták azon álmait, hogy ólomból aranyat vonjanak ki, örökre el kell temetni. Aztán megjelent egy mű, amelyben azt állították, hogy a radioaktív bomlás során az elemek átalakulása nemcsak megtörténik, de nem is lassítható, és nem is állítható meg. Sőt, ezeknek az átalakulásoknak a törvényei megfogalmazódtak. Ma már tudjuk, hogy az atommag töltése határozza meg az elem kémiai tulajdonságait és helyzetét Mengyelejev periodikus rendszerében. Amikor az atommag töltése két egységgel csökken, ami az alfa-bomlás során következik be, akkor a periódusos rendszerben 2 cellát "mozgat" feljebb. Egy cellával lejjebb tolja az elektronikus béta-bomlásban, egy cellával feljebb a pozitron-bomlásban. E törvény nyilvánvalósága és látszólagos egyszerűsége ellenére ez a felfedezés a tudomány egyik legfontosabb eseménye volt a 20-as évek elején.században.
Házasság Mary Georgina Newtonnal, egy lány születése
Ugyanakkor egy fontos esemény történt Ernest személyes életében. 5 évvel a Mary Georgina Newtonnal való eljegyzés után Ernest Rutherford tudós feleségül vette, akinek életrajzát ekkorra már jelentős eredmények jellemezték. Ez a lány a christchurchi panzió háziasszonyának a lánya volt, ahol egykor élt. 1901-ben, március 30-án megszületett a Rutherford család egyetlen lánya. Ez az esemény időben majdnem egybeesett a fizikai tudomány új fejezetének - a magfizika - megszületésével. 2 év után Rutherford a Londoni Királyi Társaság tagja lett.
Rutherford könyvei, kísérletek áttetsző fólián alfa-részecskékkel
Ernest 2 könyvet készített, amelyekben összefogl alta tudományos kutatásainak és eredményeinek eredményeit. Az első „Radioactivity” címmel jelent meg 1904-ben. Egy évvel később megjelentek a „radioaktív átalakulások”. E könyvek szerzője ebben az időben új kutatásba kezdett. Rájött, hogy az atomokból származik a radioaktív sugárzás, de előfordulásának helye teljesen tisztázatlan maradt. Szükség volt a kernel eszközének tanulmányozására. És akkor Ernest az alfa-részecskékkel történő átvilágítás technikájához fordult, amellyel megkezdte munkáját Thomsonnal. A kísérletek azt vizsgálták, hogy ezeknek a részecskéknek az áramlása hogyan halad át vékony fólialapokon.
Thomson első atommodellje
Az atom első modelljét akkor javasolták, amikor ismertté vált, hogy az elektronok negatív töltéssel rendelkeznek. Azonban bekerülnek az atomokba,általában elektromosan semlegesek. Tehát kell lennie valaminek az összetételében, ami pozitív töltést hordoz. Ennek a problémának a megoldására Thomson a következő modellt javasolta: az atom olyan, mint egy csepp, pozitív töltésű, százmilliomod centiméter sugarú. A belsejében apró elektronok vannak negatív töltéssel. A Coulomb-erők hatására hajlamosak az atom kellős közepén elhelyezkedni, de ha valami kiegyensúlyozatlanná teszi őket, sugárzás kíséretében oszcillálnak. Ez a modell megmagyarázta az emissziós spektrumok létezését, ami akkoriban ismert tény. A kísérletekből már kiderült, hogy szilárd testekben az atomok távolsága megközelítőleg megegyezik a méretükkel. Nyilvánvalónak tűnt tehát, hogy az alfa-részecskék nem tudnak átrepülni a fólián, ahogy a kő sem tud átrepülni egy erdőn, ahol a fák szinte egymáshoz nőttek. A Rutherford által végzett legelső kísérletek azonban meggyőzték, hogy ez nem így van. Az alfa-részecskék többsége, szinte elhajlás nélkül áthatolt a fólián, és csak néhány mutatott elhajlást, néha jelentőset. Ernest Rutherfordot ez nagyon érdekelte. Az érdekes tények további tanulmányozást igényelnek.
Rutherford bolygómodell
És ekkor ismét megjelent Rutherford intuíciója és a tudós azon képessége, hogy megértse a természet nyelvét. Ernest határozottan elutasította Thomson atommodelljét. Rutherford kísérletei arra a tényre vezettek, hogy előterjesztette a sajátját, az úgynevezett bolygót. Elmondása szerint a központbanAz atommag az a mag, amelyben egy adott atom teljes tömege koncentrálódik, annak ellenére, hogy meglehetősen kicsi. Az atommag körül pedig, mint a Nap körül keringő bolygók, az elektronok mozognak. Tömegük lényegesen kisebb, mint az alfa-részecskéké, ezért az utóbbiak gyakorlatilag nem térnek el, amikor áthatolnak az elektronfelhőkön. És csak akkor, ha egy alfa-részecske közel repül egy pozitív töltésű atommaghoz, a Coulomb-taszító erő képes élesen elhajlítani mozgásának pályáját. Ez Rutherford elmélete. Minden bizonnyal nagyszerű felfedezés volt.
Az elektrodinamika törvényei és a bolygómodell
Rutherford tapasztalata elegendő volt ahhoz, hogy sok tudóst meggyőzzen a bolygómodell létezéséről. Kiderült azonban, hogy ez nem ilyen egyértelmű. Rutherford képlete, amelyet e modell alapján származtatott, összhangban volt a kísérlet során kapott adatokkal. Ő azonban megcáfolta az elektrodinamika törvényeit!
Ezek a törvények, amelyeket főként Maxwell és Faraday munkái állapítottak meg, kimondják, hogy a gyorsított sebességgel mozgó töltés elektromágneses hullámokat sugároz, és emiatt energiát veszít. Rutherford atomjában az elektron az atommag Coulomb-mezőjében gyorsított sebességgel mozog, és Maxwell elmélete szerint a másodperc tízmillió része alatt kell elveszítenie minden energiáját, majd az atommagra zuhan. Ez azonban nem történt meg. Következésképpen Rutherford képlete megcáfolta Maxwell elméletét. Ernest tudta ezt, amikor 1907-ben eljött az ideje, hogy visszatérjen Angliába.
Költözz Manchesterbe, és kapd meg a Nobel-díjat
Ernest munkája a McGillbenAz egyetem hozzájárult ahhoz, hogy nagyon híres lett. Rutherford versenyezni kezdett a különböző országok tudományos központjaiba való meghívással. A tudós 1907 tavaszán úgy döntött, hogy elhagyja Kanadát, és Manchesterbe érkezett, a Victoria Egyetemre, ahol folytatta kutatásait. H. Geigerrel együtt 1908-ban megalkotta az alfa-részecske-számlálót – egy új eszközt, amely fontos szerepet játszott annak kiderítésében, hogy az alfa-részecskék kétszeresen ionizált héliumatomok. Rutherford Ernest, akinek felfedezései nagy jelentőséggel bírtak, 1908-ban Nobel-díjat kapott (kémiában, nem fizikában!).
Együttműködés Niels Bohrral
Eközben a bolygómintázat egyre jobban foglalkoztatta az elméjét. 1912 márciusában pedig Rutherford kezdett együttműködni és barátkozni Niels Bohrral. Bohr legnagyobb érdeme (fotóját lentebb mutatjuk be), hogy alapvetően új vonásokat vezetett be a bolygómodellbe - a kvantum gondolatát.
Első pillantásra belsőleg ellentmondásosnak tűnő „posztulátumokat” terjesztett elő. Szerinte az atomnak vannak pályái. A mellettük mozgó elektron az elektrodinamika törvényeivel ellentétben nem sugároz ki, bár van gyorsulása. Ez a tudós rámutatott egy szabályra, amely alapján ezek a pályák megtalálhatók. Kiderítette, hogy a sugárzási kvantumok csak akkor jelennek meg, amikor egy elektron pályáról pályára mozog. Az atom Rutherford-Bohr modellje sok problémát megoldott, és áttörést jelentett az új ötletek világába is. Felfedezése az anyaggal és annak mozgásával kapcsolatos elképzelések radikális felülvizsgálatához vezetett.
További kiterjedt tevékenységek
1919-benRutherford a Cambridge-i Egyetem professzora és a Cavendish Laboratórium igazgatója lett. Tudósok tucatjai joggal tekintették őt tanáruknak, köztük azok is, akik később Nobel-díjat nyertek. Ezek J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Khariton, P. L. Kapitsa, G. Gamov és mások A kitüntetések és díjak áradata egyre gazdagabb lett. 1914-ben Rutherford megkapta a nemességet. 1923-ban a British Association elnöke lett, 1925 és 1930 között a Royal Society elnöke volt. Ernest 1931-ben megkapja a bárói címet, és lord lesz. Mindazonáltal az egyre nagyobb munkaterhelés ellenére, és nem csak tudományos, továbbra is támadja az atommag és az atom rejtélyeit.
Egy érdekes tényt kínálunk Rutherford tudományos tevékenységével kapcsolatban. Ismeretes, hogy Ernest Rutherford a következő szempontot használta alkalmazottai kiválasztásánál: feladatot adott annak, aki először érkezett hozzá, és ha ezután egy új alkalmazott megkérdezte, mit tegyen, azonnal kirúgták.
A tudós már megkezdte a kísérleteket, amelyek az atommagok mesterséges hasadásának felfedezésével és a kémiai elemek mesterséges átalakításával zárultak. 1920-ban Rutherford megjósolta a deuteron és a neutron létezését, 1933-ban pedig kezdeményezője és résztvevője volt egy kísérletnek, amely az energia és a tömeg kapcsolatát vizsgálta nukleáris folyamatokban. 1932 áprilisában támogatta a protongyorsítók alkalmazásának ötletét a nukleáris reakciók tanulmányozásában.
Rutherford halála
Ernest Rutherford munkái és tanítványainak több generációhoz tartozó munkái óriási hatással voltak a tudományra és a technikára, emberek millióinak életére. A nagy tudós természetesen nem tudott nem gondolkodni azon, vajon ez a hatás pozitív lesz-e. Azonban optimista volt, szentül hitt a tudományban és az emberekben. Ernest Rutherford, akinek rövid életrajzát ismertettük, 1937-ben, október 19-én h alt meg. A Westminster Abbeyben temették el.
