Rutherford Ernest (Lebensjahre: 30.08.1871 - 19.10.1937) - Englischer Physiker, Schöpfer des Planetenmodells des Atoms, Begründer der Kernphysik. Er war Mitglied der Royal Society of London und von 1925 bis 1930 – und deren Präsident. Dieser Mann ist Träger des Nobelpreises für Chemie, den er 1908 erhielt.
Der zukünftige Wissenschaftler wurde in der Familie von James Rutherford, einem Stellmacher, und Martha Thompson, einer Lehrerin, geboren. Außer ihm hatte die Familie 5 Töchter und 6 Söhne.
Training und erste Auszeichnungen
Bevor die Familie 1889 von der Südinsel Neuseelands auf die Nordinsel zog, studierte Rutherford Ernest in Christchurch am Canterbury College. Bereits zu dieser Zeit zeigten sich die brillanten Fähigkeiten des zukünftigen Wissenschaftlers. Nach dem Abschluss des 4. Jahres wurde Ernest für die beste Arbeit im Bereich Mathematik ausgezeichnet und belegte auch den 1. Platz in den Masterprüfungen in Physik und Mathematik.
Erfindung des Magnetdetektors
Rutherford wurde kein Meister der KünsteHochschule verlassen. Er stürzte sich in unabhängige wissenschaftliche Arbeiten zur Magnetisierung von Eisen. Er entwickelte und fertigte ein spezielles Gerät – einen Magnetdetektor, der zu einem der weltweit ersten Empfänger elektromagnetischer Wellen wurde, sowie Rutherfords „Eintrittskarte“zur großen Wissenschaft. Bald fand eine wichtige Veränderung in seinem Leben statt.
Rutherford geht nach England
Die begabtesten Nachwuchstalente der englischen Krone aus Neuseeland erhielten alle zwei Jahre ein Stipendium. Die Weltausstellung von 1851, die es ermöglichte, nach England zu gehen, um die Wissenschaften zu studieren. 1895 wurde entschieden, dass zwei Neuseeländer einer solchen Ehre würdig seien – der Physiker Rutherford und der Chemiker Maclaurin. Es gab jedoch nur einen Platz, und Ernests Hoffnungen wurden zunichte gemacht. Glücklicherweise musste Maclaurin diese Reise aus familiären Gründen abbrechen, und Rutherford Ernest kam im Herbst 1895 in England an. Hier begann er seine Arbeit an der University of Cambridge (im Cavendish Laboratory) und wurde der erste Doktorand von J. Thomson, ihrem Direktor (Bild unten).
Untersuchung der Becquerelstrahlen
Thomson war zu dieser Zeit bereits ein bekannter Wissenschaftler, eines der Mitglieder der Royal Society of London, von allen respektiert. Er schätzte Rutherfords Fähigkeiten schnell und zog ihn dazu, an der Untersuchung der Ionisation von Gasen unter dem Einfluss von Röntgenstrahlen zu arbeiten, die er durchführte. Doch schon 1898, im Sommer, unternimmt Ernest seine ersten Gehversuche in einem anderen Forschungsgebiet. Er interessierte sich für "Becquerelstrahlen". Emission von Uransalz, offenBecquerel, ein französischer Physiker, wurde später als radioaktiv bekannt. Sowohl der französische Wissenschaftler als auch die Curies waren aktiv an seiner Forschung beteiligt. 1898 trat Rutherford Ernest der Arbeit bei. Dieser Wissenschaftler entdeckte, dass diese Strahlen Ströme von positiv geladenen Heliumkernen (Alpha-Teilchen) sowie Ströme von Elektronen (Beta-Teilchen) enth alten.
Weitere Untersuchung von Uranstrahlen
Die Arbeit der Curies wurde am 18. Juli 1898 der Pariser Akademie der Wissenschaften vorgestellt, was bei Rutherford großes Interesse weckte. Darin weisen die Autoren darauf hin, dass es neben Uran noch weitere radioaktive (damals wurde dieser Begriff erstmals verwendet) Elemente gibt. Rutherford führte später das Konzept der Halbwertszeit ein – eines der Hauptunterscheidungsmerkmale dieser Elemente.
Ernest verlängerte im Dezember 1897 das Ausstellungsstipendium. Der Wissenschaftler bekam die Gelegenheit, die Uranstrahlen weiter zu untersuchen. Im April 1898 wurde jedoch eine Professur an der örtlichen McGill University in Montreal frei, und Ernest beschloss, nach Kanada zu gehen. Die Ausbildungszeit ist vorbei. Es war allen klar, dass Rutherford bereit war, alleine zu arbeiten.
Umzug nach Kanada und neuer Job
Im Herbst 1898 zog er nach Kanada. Zunächst war Rutherfords Lehre nicht sehr erfolgreich: Den Studenten gefielen die Vorlesungen nicht, die der junge Professor, der noch nicht gelernt hatte, das Publikum vollständig zu spüren, mit Details übersättigte. Es gab auch einige Schwierigkeiten bei der wissenschaftlichen Arbeit, weil sich die Ankunft der von Rutherford bestellten radioaktiven Präparate verzögerte. Allerdings alledie Rauheit glättete sich bald, und Ernest begann eine Glücks- und Erfolgssträhne. Es ist jedoch kaum angebracht, von Erfolg zu sprechen: Alles wurde durch harte Arbeit erreicht, an der seine neuen Freunde und Gleichgesinnten beteiligt waren.
Entdeckung des Gesetzes der radioaktiven Umwandlung
Rund um Rutherford bildete sich schon damals eine Atmosphäre kreativer Begeisterung und Leidenschaft. Die Arbeit war freudvoll und intensiv, sie führte zu großen Erfolgen. Rutherford entdeckte 1899 die Emanation von Thorium. Zusammen mit Soddy gelangte er bereits 1902-1903 zu einem allgemeinen Gesetz, das auf alle radioaktiven Umwandlungen anwendbar ist. Zu diesem wichtigen wissenschaftlichen Ereignis sollte noch etwas mehr gesagt werden.
Wissenschaftler auf der ganzen Welt lernten damals fest, dass es unmöglich war, ein chemisches Element in ein anderes umzuwandeln, daher sollten die Träume der Alchemisten, Gold aus Blei zu extrahieren, für immer begraben sein. Und dann erschien eine Arbeit, in der argumentiert wurde, dass bei radioaktiven Zerfällen die Umwandlungen von Elementen nicht nur stattfinden, sondern weder verlangsamt noch gestoppt werden können. Außerdem wurden die Gesetze dieser Transformationen formuliert. Heute verstehen wir, dass es die Ladung des Kerns ist, die die chemischen Eigenschaften des Elements und seine Position im Periodensystem von Mendeleev bestimmt. Wenn die Ladung des Kerns um zwei Einheiten abnimmt, was während des Alpha-Zerfalls auftritt, "bewegt" er sich im Periodensystem um 2 Zellen nach oben. Es verschiebt sich beim elektronischen Beta-Zerfall um eine Zelle nach unten und beim Positronen-Zerfall um eine Zelle nach oben. Trotz der Offensichtlichkeit dieses Gesetzes und seiner scheinbaren Einfachheit war diese Entdeckung eines der wichtigsten Ereignisse in der Wissenschaft zu Beginn des 20Jahrhundert.
Heirat mit Mary Georgina Newton, Geburt einer Tochter
Zur gleichen Zeit ereignete sich ein wichtiges Ereignis in Ernests Privatleben. 5 Jahre nach der Verlobung mit Mary Georgina Newton heiratete sie der Wissenschaftler Ernest Rutherford, dessen Biographie zu diesem Zeitpunkt bereits von bedeutenden Leistungen geprägt war. Dieses Mädchen war die Tochter der Vermieterin der Pension in Christchurch, wo er einst lebte. 1901, am 30. März, wurde die einzige Tochter der Familie Rutherford geboren. Dieses Ereignis fiel fast zeitlich mit der Geburt eines neuen Kapitels in der Physik zusammen - der Kernphysik. Und nach 2 Jahren wurde Rutherford Mitglied der Royal Society of London.
Rutherfords Bücher, Experimente an durchscheinender Folie mit Alphateilchen
Ernest hat 2 Bücher geschrieben, in denen er die Ergebnisse seiner wissenschaftlichen Recherchen und Errungenschaften zusammenfasst. Die erste wurde 1904 unter dem Titel „Radioaktivität“veröffentlicht. "Radioactive Transformations" erschien ein Jahr später. Der Autor dieser Bücher begann zu dieser Zeit mit neuen Forschungen. Er erkannte, dass radioaktive Strahlung von den Atomen ausging, aber der Ort ihres Auftretens blieb völlig unklar. Es war notwendig, das Gerät des Kernels zu studieren. Und dann wandte sich Ernest der Technik der Durchleuchtung mit Alphateilchen zu, mit der er seine Arbeit bei Thomson begann. Die Experimente untersuchten, wie der Strom dieser Partikel durch dünne Folienblätter hindurchgeht.
Thomsons erstes Atommodell
Das erste Atommodell wurde vorgeschlagen, als bekannt wurde, dass Elektronen eine negative Ladung haben. Sie dringen jedoch in Atome ein,sind im Allgemeinen elektrisch neutral. Es muss also etwas in seiner Zusammensetzung geben, das eine positive Ladung trägt. Um dieses Problem zu lösen, schlug Thomson folgendes Modell vor: Ein Atom ist so etwas wie ein Tropfen, positiv geladen, mit einem Radius von einem Hundertmillionstel Zentimeter. Darin befinden sich winzige Elektronen mit negativer Ladung. Unter dem Einfluss von Coulomb-Kräften neigen sie dazu, eine Position im Zentrum des Atoms einzunehmen, aber wenn etwas sie aus dem Gleichgewicht bringt, schwingen sie, begleitet von Strahlung. Dieses Modell erklärte die damals bekannte Existenz von Emissionsspektren. Aus Experimenten ist bereits klar geworden, dass in Festkörpern die Abstände zwischen Atomen ungefähr gleich ihrer Größe sind. Es schien daher offensichtlich, dass Alphateilchen nicht durch eine Folie fliegen konnten, genauso wie ein Stein nicht durch einen Wald fliegen konnte, in dem die Bäume fast dicht beieinander standen. Die allerersten von Rutherford durchgeführten Experimente überzeugten jedoch, dass dem nicht so war. Die meisten Alphateilchen durchdrangen fast ohne Ablenkung die Folie, und nur wenige zeigten eine manchmal signifikante Ablenkung. Ernest Rutherford war daran sehr interessiert. Interessante Fakten erforderten weiteres Studium.
Rutherford-Planetenmodell
Und dann tauchten Rutherfords Intuition und die Fähigkeit dieses Wissenschaftlers, die Sprache der Natur zu verstehen, wieder auf. Ernest lehnte Thomsons Atommodell entschieden ab. Rutherfords Experimente führten dazu, dass er seine eigenen vorstellte, die Planeten genannt wurden. Ihrer Meinung nach in der Mitteeines Atoms ist der Kern, in dem die gesamte Masse eines gegebenen Atoms trotz seiner eher geringen Größe konzentriert ist. Und um den Kern herum bewegen sich Elektronen, wie Planeten, die um die Sonne kreisen. Ihre Massen sind wesentlich kleiner als die von Alpha-Teilchen, weshalb letztere beim Durchdringen von Elektronenwolken praktisch nicht abweichen. Und nur wenn ein Alpha-Teilchen in die Nähe eines positiv geladenen Kerns fliegt, kann die Coulomb-Abstoßungskraft die Flugbahn seiner Bewegung stark krümmen. Das ist Rutherfords Theorie. Es war sicherlich eine großartige Entdeckung.
Die Gesetze der Elektrodynamik und das Planetenmodell
Rutherfords Erfahrung reichte aus, um viele Wissenschaftler von der Existenz eines Planetenmodells zu überzeugen. Es stellte sich jedoch heraus, dass dies nicht so eindeutig ist. Rutherfords Formel, die er auf der Grundlage dieses Modells herleitete, stimmte mit den während des Experiments erh altenen Daten überein. Allerdings widerlegte sie die Gesetze der Elektrodynamik!
Diese Gesetze, die hauptsächlich durch die Arbeiten von Maxwell und Faraday begründet wurden, besagen, dass eine Ladung, die sich mit beschleunigter Geschwindigkeit bewegt, elektromagnetische Wellen ausstrahlt und dadurch Energie verliert. In Rutherfords Atom bewegt sich das Elektron im Coulomb-Feld des Kerns mit beschleunigter Geschwindigkeit und muss laut Maxwells Theorie in einer Zehnmillionstelsekunde seine gesamte Energie verlieren, um dann auf den Kern zu fallen. Dies geschah jedoch nicht. Folglich widerlegte Rutherfords Formel Maxwells Theorie. Ernest wusste das, als es 1907 an der Zeit war, nach England zurückzukehren.
Nach Manchester ziehen und den Nobelpreis erh alten
Ernests Arbeit in McGillDie Universität trug dazu bei, dass er sehr berühmt wurde. Rutherford begann mit Einladungen zu wissenschaftlichen Zentren in verschiedenen Ländern zu wetteifern. Der Wissenschaftler beschloss im Frühjahr 1907, Kanada zu verlassen und kam in Manchester an der University of Victoria an, wo er seine Forschungen fortsetzte. Zusammen mit H. Geiger schuf er 1908 einen Alpha-Teilchenzähler - ein neues Gerät, das eine wichtige Rolle bei der Entdeckung spielte, dass Alpha-Teilchen Heliumatome sind, doppelt ionisiert. Rutherford Ernest, dessen Entdeckungen von großer Bedeutung waren, erhielt 1908 den Nobelpreis (in Chemie, nicht in Physik!).
Kooperation mit Niels Bohr
In der Zwischenzeit beschäftigte ihn das Planetenmuster mehr und mehr. Und im März 1912 begann Rutherford mit Niels Bohr zusammenzuarbeiten und sich mit ihm anzufreunden. Das größte Verdienst von Bohr (sein Foto ist unten dargestellt) war, dass er grundlegend neue Merkmale in das Planetenmodell einführte - die Idee der Quanten.
Er stellte "Postulate" auf, die auf den ersten Blick in sich widersprüchlich schienen. Ihm zufolge hat das Atom Umlaufbahnen. Ein Elektron, das sich entlang bewegt, strahlt entgegen den Gesetzen der Elektrodynamik nicht, obwohl es Beschleunigung hat. Dieser Wissenschaftler wies auf eine Regel hin, mit der diese Umlaufbahnen gefunden werden können. Er fand heraus, dass Strahlungsquanten nur entstehen, wenn sich ein Elektron von Bahn zu Bahn bewegt. Das Rutherford-Bohr-Modell des Atoms löste viele Probleme und wurde auch zum Durchbruch in die Welt der neuen Ideen. Seine Entdeckung führte zu einer radikalen Überarbeitung der Vorstellungen über Materie, über ihre Bewegung.
Weitere umfangreiche Aktivitäten
1919Rutherford wurde Professor an der University of Cambridge und Direktor des Cavendish Laboratory. Dutzende von Wissenschaftlern betrachteten ihn zu Recht als ihren Lehrer, darunter auch die späteren Nobelpreisträger. Dies sind J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Khariton, P. L. Kapitsa, G. Gamov ua Die Flut von Ehrungen und Auszeichnungen wurde immer größer. 1914 erhielt Rutherford den Adelsstand. Er wurde 1923 Präsident der British Association und war von 1925 bis 1930 Präsident der Royal Society. Ernest erhält 1931 den Barontitel und wird Lord. Doch trotz immer größerer Arbeitsbelastung, nicht nur der wissenschaftlichen, greift er weiterhin die Geheimnisse des Kerns und des Atoms an.
Wir bieten Ihnen eine interessante Tatsache im Zusammenhang mit den wissenschaftlichen Aktivitäten von Rutherford. Es ist bekannt, dass Ernest Rutherford bei der Auswahl seiner Mitarbeiter folgendes Kriterium anlegte: Er gab demjenigen, der zum ersten Mal zu ihm kam, eine Aufgabe, und wenn ein neuer Mitarbeiter dann fragte, was er als nächstes tun solle, wurde er sofort gefeuert.
Der Wissenschaftler hat bereits mit Experimenten begonnen, die mit der Entdeckung der künstlichen Sp altung von Atomkernen und der künstlichen Umwandlung chemischer Elemente endeten. 1920 sagte Rutherford die Existenz von Deuteron und Neutron voraus und wurde 1933 Initiator und Teilnehmer eines Experiments, um die Beziehung zwischen Energie und Masse in nuklearen Prozessen zu testen. 1932, im April, unterstützte er die Idee, Protonenbeschleuniger zur Untersuchung von Kernreaktionen einzusetzen.
Tod von Rutherford
Die Werke von Ernest Rutherford und die Arbeiten seiner Schüler, die mehreren Generationen angehören, hatten einen enormen Einfluss auf Wissenschaft und Technologie, auf das Leben von Millionen von Menschen. Der große Wissenschaftler kam natürlich nicht umhin, darüber nachzudenken, ob dieser Einfluss positiv wäre. Er war jedoch ein Optimist, der heilig an die Wissenschaft und an die Menschen glaubte. Ernest Rutherford, dessen kurze Biografie wir beschrieben haben, starb am 19. Oktober 1937. Er wurde in der Westminster Abbey beigesetzt.
