Rutherford Ernest (leta življenja: 30.08.1871 - 19.10.1937) - angleški fizik, ustvarjalec planetarnega modela atoma, ustanovitelj jedrske fizike. Bil je član londonske kraljeve družbe, od 1925 do 1930 pa njen predsednik. Ta človek je dobitnik Nobelove nagrade za kemijo, ki jo je prejel leta 1908.
Bodoči znanstvenik se je rodil v družini Jamesa Rutherforda, kolesarja, in Marthe Thompson, učiteljice. Poleg njega je imela družina 5 hčera in 6 sinov.
Trening in prve nagrade
Preden se je družina leta 1889 preselila z novozelandskega južnega otoka na severni otok, je Rutherford Ernest študiral v Christchurchu na Canterbury College. Že v tem času so se pokazale briljantne sposobnosti bodočega znanstvenika. Po diplomi iz 4. letnika je bil Ernest nagrajen za najboljše delo s področja matematike, zasedel pa je tudi 1. mesto na magistrskih izpitih iz fizike in matematike.
Izum magnetnega detektorja
Rutherford ni postal mojster umetnostizapustil fakulteto. Potopil se je v samostojno znanstveno delo o magnetizaciji železa. Razvil in izdelal je posebno napravo – magnetni detektor, ki je postal eden prvih sprejemnikov elektromagnetnih valov na svetu, pa tudi Rutherfordova »vstopnica« v veliko znanost. Kmalu se je v njegovem življenju zgodila pomembna sprememba.
Rutherford gre v Anglijo
Najbolj nadarjeni mladi podložniki angleške krone iz Nove Zelandije so jim vsaki dve leti podelili štipendijo. Svetovna razstava leta 1851, ki je omogočila odhod v Anglijo na študij znanosti. Leta 1895 je bilo sklenjeno, da sta dva Novozelandca vredna takšne časti - fizik Rutherford in kemik Maclaurin. Vendar je bilo samo eno mesto in Ernestovi upi so se razblinili. Na srečo je bil Maclaurin zaradi družinskih razlogov prisiljen opustiti to potovanje in Rutherford Ernest je jeseni 1895 prispel v Anglijo. Tu je začel delati na Univerzi v Cambridgeu (v laboratoriju Cavendish) in postal prvi doktorski študent J. Thomsona, njenega direktorja (na sliki spodaj).
Študija Becquerelovih žarkov
Thomson je bil takrat že znan znanstvenik, eden od članov londonske kraljeve družbe, ki so ga vsi spoštovali. Hitro je cenil Rutherfordove sposobnosti in ga vključil v delo pri študiju ionizacije plinov pod vplivom rentgenskih žarkov, ki ga je izvajal. Vendar že leta 1898, poleti, Ernest naredi prve korake na drugem področju raziskav. Zanimali so ga "becquerelovi žarki". Emisija uranove soli, odprtaBecquerel, francoski fizik, je kasneje postal znan kot radioaktiven. Francoski znanstvenik, pa tudi Curijevi, so se aktivno ukvarjali z njegovimi raziskavami. Leta 1898 se je delu pridružil Rutherford Ernest. Ta znanstvenik je odkril, da ti žarki vključujejo tokove helijevih jeder, pozitivno nabitih (alfa delci), pa tudi tokove elektronov (beta delci).
Nadaljnja študija uranovih žarkov
Delo Curijev je bilo predstavljeno Pariški akademiji znanosti 18. julija 1898, kar je vzbudilo veliko zanimanje Rutherforda. V njem so avtorji opozorili, da poleg urana obstajajo še drugi radioaktivni (takrat je bil ta izraz prvič uporabljen) elementi. Rutherford je kasneje predstavil koncept razpolovne dobe - eno od glavnih razlikovalnih značilnosti teh elementov.
Ernest je decembra 1897 podaljšal razstavno štipendijo. Znanstvenik je dobil priložnost za nadaljnje preučevanje žarkov urana. Vendar se je aprila 1898 profesor na lokalni univerzi McGill v Montrealu izpraznil in Ernest se je odločil oditi v Kanado. Čas vajeništva je minil. Vsem je bilo jasno, da je Rutherford pripravljen delati sam.
Selitev v Kanado in nova zaposlitev
Jeseni 1898 se je preselil v Kanado. Sprva Rutherfordovo poučevanje ni bilo zelo uspešno: študentom niso bila všeč predavanja, ki jih je mladi profesor, ki se še ni naučil popolnoma čutiti občinstva, prenasičil s podrobnostmi. Nekaj težav je bilo tudi pri znanstvenem delu zaradi zamude pri prihodu radioaktivnih pripravkov, ki jih je naročil Rutherford. Vendar pa vsehrapavost se je kmalu zgladila in Ernest je začel niz sreče in uspeha. O uspehu pa je komaj primerno govoriti: vse je bilo doseženo s trdim delom, v katerega so sodelovali njegovi novi prijatelji in somišljeniki.
Odkritje zakona radioaktivnih transformacij
V okolici Rutherforda se je že takrat oblikovalo vzdušje ustvarjalnega navdušenja in strasti. Delo je bilo veselo in intenzivno, prineslo je velik uspeh. Rutherford je leta 1899 odkril emanacijo torija. Skupaj s Soddyjem v letih 1902-1903 je že prišel do splošnega zakona, ki velja za vse radioaktivne transformacije. O tem pomembnem znanstvenem dogodku bi bilo treba povedati nekaj več.
Znanstveniki po vsem svetu so se takrat trdno naučili, da je nemogoče spremeniti enega kemičnega elementa v drugega, zato je treba sanje alkimistov o pridobivanju zlata iz svinca za vedno pokopati. In potem se je pojavilo delo, v katerem so trdili, da med radioaktivnimi razpadi ne pride samo do transformacij elementov, ampak jih ni mogoče niti upočasniti niti ustaviti. Poleg tega so bili oblikovani zakoni teh transformacij. Danes razumemo, da je naboj jedra tisti, ki določa kemijske lastnosti elementa in njegov položaj v periodnem sistemu Mendelejeva. Ko se naboj jedra zmanjša za dve enoti, kar se zgodi med alfa razpadom, se "premakne" za 2 celici navzgor v periodnem sistemu. Pri elektronskem beta razpadu premakne eno celico navzdol, pri pozitronskem razpadu pa eno celico navzgor. Kljub očitnosti tega zakona in njegovi navidezni preprostosti je bilo to odkritje eden najpomembnejših dogodkov v znanosti na začetku 20.stoletje.
Poroka z Mary Georgino Newton, rojstvo hčerke
Ob istem času se je v Ernestovem osebnem življenju zgodil pomemben dogodek. 5 let po zaroki z Mary Georgino Newton se je z njo poročil znanstvenik Ernest Rutherford, katerega biografija je bila do takrat že zaznamovana s pomembnimi dosežki. To dekle je bila hči najemodajalke penziona v Christchurchu, kjer je nekoč živel. Leta 1901, 30. marca, se je rodila edina hči v družini Rutherford. Ta dogodek je skoraj sovpadal z rojstvom novega poglavja fizikalne znanosti - jedrske fizike. In po dveh letih je Rutherford postal član londonske kraljeve družbe.
Rutherfordove knjige, poskusi na prosojni foliji z alfa delci
Ernest je ustvaril 2 knjigi, v katerih je povzel rezultate svojih znanstvenih iskanj in dosežkov. Prva je bila objavljena pod naslovom "Radioaktivnost" leta 1904. "Radioaktivne transformacije" so se pojavile leto kasneje. Avtor teh knjig je v tem času začel nove raziskave. Spoznal je, da radioaktivno sevanje izvira iz atomov, vendar je kraj njegovega pojava ostal popolnoma nejasen. Treba je bilo preučiti napravo jedra. In potem se je Ernest obrnil na tehniko transiluminacije z alfa delci, s katero je začel svoje delo s Thomsonom. Poskusi so preučevali, kako tok teh delcev prehaja skozi tanke liste folije.
Thomsonov prvi model atoma
Prvi model atoma je bil predlagan, ko je postalo znano, da imajo elektroni negativen naboj. Vendar pa vstopajo v atome,so običajno električno nevtralni. Torej mora biti v njegovi sestavi nekaj, kar nosi pozitiven naboj. Za rešitev tega problema je Thomson predlagal naslednji model: atom je nekaj takega kot kapljica, pozitivno nabita, s polmerom sto milijoninke centimetra. V njej so drobni elektroni z negativnim nabojem. Pod vplivom Coulombovih sil se nagibajo k temu, da zavzamejo položaj v samem središču atoma, če pa jih kaj neuravnoteži, nihajo, spremlja jih sevanje. Ta model je pojasnil obstoj emisijskih spektrov, kar je bilo takrat znano dejstvo. Iz poskusov je že postalo jasno, da so v trdnih snoveh razdalje med atomi približno enake njihovim velikostim. Zato se je zdelo očitno, da alfa delci ne morejo leteti skozi folijo, tako kot kamen ne more leteti skozi gozd, kjer so drevesa rasla skoraj drug drugemu. Vendar so že prvi poskusi, ki jih je izvedel Rutherford, prepričali, da to ni tako. Večina alfa delcev je preluknjala folijo skoraj brez upogiba, le nekaj jih je pokazalo upogib, včasih precejšen. Ernesta Rutherforda je to zelo zanimalo. Zanimiva dejstva so zahtevala nadaljnje študije.
Rutherfordov planetarni model
In potem se je ponovno pojavila Rutherfordova intuicija in sposobnost tega znanstvenika, da razume jezik narave. Ernest je odločno zavrnil Thomsonov model atoma. Rutherfordovi poskusi so privedli do dejstva, da je predstavil svoje, imenovano planetarno. Po njenih besedah v središčuatoma je jedro, v katerem je skoncentrirana celotna masa danega atoma kljub njegovi precej majhni velikosti. In okoli jedra se, kot planeti, ki se vrtijo okoli sonca, premikajo elektroni. Njihove mase so bistveno manjše od mase alfa delcev, zato se slednji pri prodoru v elektronske oblake praktično ne odstopajo. In šele ko alfa delec leti blizu pozitivno nabitega jedra, lahko Coulombova odbojna sila močno upogne pot svojega gibanja. To je Rutherfordova teorija. Vsekakor je bilo veliko odkritje.
Zakoni elektrodinamike in planetarni model
Rutherfordove izkušnje so bile dovolj, da je mnoge znanstvenike prepričal o obstoju planetarnega modela. Vendar se je izkazalo, da ni tako nedvoumno. Rutherfordova formula, ki jo je izpeljal na podlagi tega modela, je bila skladna s podatki, pridobljenimi med poskusom. Vendar je ovrgla zakone elektrodinamike!
Ti zakoni, ki so bili vzpostavljeni predvsem z deli Maxwella in Faradayja, navajajo, da naboj, ki se premika s pospešeno hitrostjo, seva elektromagnetne valove in zaradi tega izgublja energijo. V Rutherfordovem atomu se elektron v Coulombovem polju jedra giblje s pospešeno hitrostjo in po Maxwellovi teoriji mora v desetih milijoninki sekunde izgubiti vso svojo energijo, nato pa pasti na jedro. Vendar se to ni zgodilo. Posledično je Rutherfordova formula ovrgla Maxwellovo teorijo. Ernest je to vedel, ko je bil leta 1907 čas, da se vrne v Anglijo.
Preselite se v Manchester in prejmite Nobelovo nagrado
Ernestovo delo v McGilluUniverza je prispevala k temu, da je postal zelo znan. Rutherford se je začel boriti s povabili v znanstvene centre v različnih državah. Znanstvenik se je spomladi 1907 odločil zapustiti Kanado in prispel v Manchester, na univerzo Victoria, kjer je nadaljeval svoje raziskave. Skupaj s H. Geigerjem je leta 1908 ustvaril števec alfa delcev - novo napravo, ki je imela pomembno vlogo pri ugotavljanju, da so alfa delci atomi helija, dvakrat ionizirani. Rutherford Ernest, katerega odkritja so bila zelo pomembna, je leta 1908 prejel Nobelovo nagrado (za kemijo, ne za fiziko!).
Sodelovanje z Nielsom Bohrom
Medtem je planetarni vzorec vse bolj okupal njegov um. In marca 1912 je Rutherford začel sodelovati in biti prijatelj z Nielsom Bohrom. Največja Bohrova zasluga (njegova fotografija je predstavljena spodaj) je bila, da je v planetarni model vnesel bistveno nove lastnosti - idejo kvanta.
Predložil je "postulate", ki so se na prvi pogled zdeli notranje protislovni. Po njegovem mnenju ima atom orbite. Elektron, ki se giblje vzdolž njih, v nasprotju z zakoni elektrodinamike ne seva, čeprav ima pospešek. Ta znanstvenik je opozoril na pravilo, po katerem je mogoče najti te orbite. Ugotovil je, da se kvanti sevanja pojavijo le, ko se elektron premika iz orbite v orbito. Rutherford-Bohrov model atoma je rešil številne probleme in postal tudi preboj v svet novih idej. Njegovo odkritje je privedlo do radikalne revizije idej o materiji, o njenem gibanju.
Nadaljnje obsežne dejavnosti
Leta 1919Rutherford je postal profesor na Univerzi v Cambridgeu in direktor laboratorija Cavendish. Na desetine znanstvenikov ga je upravičeno štelo za svojega učitelja, vključno s tistimi, ki so kasneje prejeli Nobelove nagrade. To so J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Khariton, P. L. Kapitsa, G. Gamov in drugi Pretok priznanj in nagrad je postajal vse bolj in bolj obilen. Leta 1914 je Rutherford prejel plemstvo. Leta 1923 je postal predsednik Britanskega združenja, od 1925 do 1930 pa je bil predsednik Kraljeve družbe. Ernest leta 1931 prejme naziv barona in postane lord. Kljub vedno večjim delovnim obremenitvam, pa ne le znanstvenim, še naprej napada skrivnosti jedra in atoma.
Ponujamo vam eno zanimivost, povezano z znanstvenimi dejavnostmi Rutherforda. Znano je, da je Ernest Rutherford pri izbiri svojih zaposlenih uporabil naslednje merilo: osebi, ki je prvič prišla k njemu, je dal nalogo, in če je novi zaposleni nato vprašal, kaj naj stori naprej, je bil takoj odpuščen.
Znanstvenik je že začel eksperimente, ki so se končali z odkritjem umetne cepitve atomskih jeder in umetne transformacije kemičnih elementov. Leta 1920 je Rutherford napovedal obstoj devterona in nevtrona, leta 1933 pa je postal pobudnik in udeleženec eksperimenta za preizkušanje razmerja med energijo in maso v jedrskih procesih. Aprila 1932 je podprl zamisel o uporabi protonskih pospeševalnikov pri preučevanju jedrskih reakcij.
Rutherfordova smrt
Dela Ernesta Rutherforda in dela njegovih učencev, ki pripadajo več generacijam, so imela velik vpliv na znanost in tehnologijo, na življenja milijonov ljudi. Veliki znanstvenik si seveda ni mogel pomagati, da ne bi razmišljal o tem, ali bi bil ta vpliv pozitiven. Vendar je bil optimist, sveto verjel v znanost in ljudi. Ernest Rutherford, katerega kratko biografijo smo opisali, je umrl leta 1937, 19. oktobra. Pokopan je bil v Westminstrski opatiji.
