Рутерфорд Эрнест (өмір сүрген жылдары: 30.08.1871 - 19.19.1937) - ағылшын физигі, атомның планетарлық моделін жасаушы, ядролық физиканың негізін салушы. Ол Лондон Корольдік Қоғамының мүшесі болды, ал 1925 жылдан 1930 жылға дейін - және оның президенті. Бұл адам 1908 жылы химия бойынша Нобель сыйлығының иегері.
Болашақ ғалым дөңгелек шебері Джеймс Резерфорд пен мұғалім Марта Томпсонның отбасында дүниеге келген. Одан басқа отбасында 5 қыз, 6 ұл болды.
Тренинг және алғашқы марапаттар
Отбасы 1889 жылы Жаңа Зеландияның Оңтүстік аралынан Солтүстік аралға көшкенге дейін Рутерфорд Эрнест Крайстчерчте, Кентербери колледжінде оқыды. Қазірдің өзінде осы уақытта болашақ ғалымның тамаша қабілеттері ашылды. 4 курсты бітіргеннен кейін Эрнест математика саласындағы үздік жұмысы үшін марапатталды, сонымен қатар физика-математика бойынша магистратура емтихандарында 1-орынға ие болды.
Магниттік детектордың өнертабысы
Резерфорд өнер шебері бола алмадыколледжді тастап кетті. Ол темірдің магниттелуі бойынша дербес ғылыми жұмысқа кірісті. Ол арнайы құрылғыны – магниттік детекторды жасап шығарды, ол әлемдегі алғашқы электромагниттік толқындарды қабылдаушылардың бірі болды, сонымен қатар Резерфордтың ұлы ғылымға «кіру билеті» болды. Көп ұзамай оның өмірінде маңызды өзгеріс болды.
Резерфорд Англияға кетті
Жаңа Зеландиядан келген ағылшын тәжінің ең дарынды жас субъектілеріне екі жыл сайын стипендия берілді. 1851 жылғы Дүниежүзілік көрме Англияға ғылымдарды үйренуге баруға мүмкіндік берді. 1895 жылы екі жаңа зеландиялық мұндай құрметке лайық деп шешілді - физик Резерфорд пен химик Маклаурин. Әйтсе де, бір ғана орын бар еді, Эрнесттің үміті үзілді. Бақытымызға орай, Маклаурин отбасылық себептермен бұл сапардан бас тартуға мәжбүр болды, ал Резерфорд Эрнест Англияға 1895 жылдың күзінде келді. Мұнда ол Кембридж университетінде (Кавендиш зертханасында) жұмысын бастады және оның директоры Дж. Томсонның (төмендегі суретте) алғашқы докторанты болды.
Беккерель сәулелерін зерттеу
Томсон сол кездің өзінде-ақ белгілі ғалым, Лондон корольдік қоғамының мүшелерінің бірі, барлығы құрметтейтін. Ол Резерфордтың қабілеттерін тез бағалап, оны рентген сәулелерінің әсерінен газдардың иондануын зерттеу жұмысына тартты, оны өзі жүргізді. Алайда, қазірдің өзінде 1898 жылы, жазда, Эрнест зерттеудің басқа саласында алғашқы қадамдарын жасайды. Оны «беккерель сәулелері» қызықтырды. Уран тұзының шығарылуы, ашықФранцуз физигі Беккерель кейін радиоактивті деп аталды. Оның зерттеулерімен француз ғалымы, сондай-ақ кюрилер белсенді түрде айналысты. 1898 жылы жұмысқа Рутерфорд Эрнест қосылды. Бұл ғалым бұл сәулелерге гелий ядроларының ағындары, оң зарядталған (альфа бөлшектері), сондай-ақ электрондар ағындары (бета бөлшектері) кіретінін анықтады.
Уран сәулелерін одан әрі зерттеу
Кюрилердің жұмысы 1898 жылы 18 шілдеде Париж Ғылым академиясына ұсынылды, бұл Резерфордтың үлкен қызығушылығын тудырды. Онда авторлар ураннан басқа басқа да радиоактивті (бұл термин дәл сол кезде алғаш рет қолданылған) элементтердің бар екеніне назар аударған. Кейінірек Резерфорд жартылай ыдырау периоды ұғымын енгізді – бұл элементтердің басты ерекшелік белгілерінің бірі.
Эрнест 1897 жылы желтоқсанда көрме стипендиясын ұзартты. Ғалым уран сәулелерін одан әрі зерттеуге мүмкіндік алды. Алайда, 1898 жылдың сәуірінде Монреальда жергілікті МакГилл университетінің профессоры бос қалды, ал Эрнест Канадаға баруды ұйғарды. Шәкірттік уақыт өтті. Рутерфордтың өз бетімен жұмыс істеуге дайын екені барлығына түсінікті болды.
Канадаға көшу және жаңа жұмыс
1898 жылдың күзінде ол Канадаға көшті. Алғашында Резерфордтың ілімі онша сәтті болмады: тыңдаушыларды әлі толық сезінуге үйренбеген жас профессор егжей-тегжейге қаныққан лекциялар студенттерге ұнамады. Резерфорд тапсырыс берген радиоактивті препараттардың келуі кешіктірілгендіктен де ғылыми жұмыста біраз қиындықтар болды. Дегенмен, барлығыКедір-бұдыр көп ұзамай тегістелді, ал Эрнест сәттілік пен сәттілік жолын бастады. Дегенмен, табыс туралы айтудың өзі екіталай: барлығына оның жаңа достары мен пікірлестері тартылған қажырлы еңбектің арқасында қол жеткізілді.
Радиактивті түрлену заңының ашылуы
Рутерфордтың айналасында шығармашылық ынта мен құмарлықтың атмосферасы қалыптаса бастады. Жұмыс қуанышты және қарқынды болды, ол үлкен табысқа әкелді. Резерфорд торийдің шығуын 1899 жылы ашты. Соддимен бірге 1902-1903 жылдары ол барлық радиоактивті өзгерістерге қолданылатын жалпы заңға келді. Бұл маңызды ғылыми оқиға туралы аздап айту керек.
Бүкіл әлем ғалымдары бір химиялық элементті екінші химиялық элементке айналдыру мүмкін емес екенін сол кезде нық түсінді, сондықтан алхимиктердің қорғасыннан алтын алу армандары мәңгілікке жерленуі керек. Содан кейін радиоактивті ыдырау кезінде элементтердің түрленуі болып қана қоймайды, сонымен қатар оларды баяулатуға да, тоқтатуға да болмайтындығы дәлелденген жұмыс пайда болды. Оның үстіне бұл түрлендірулердің заңдылықтары тұжырымдалған. Менделеевтің периодтық жүйесіндегі элементтің химиялық қасиеттері мен орнын анықтайтын ядро заряды екенін бүгінде түсінеміз. Альфа-ыдырау кезінде пайда болатын ядро заряды екі бірлікке азайған кезде ол периодтық жүйеде 2 ұяшықты «жоғары жылжытады». Ол электронды бета ыдырауында бір жасушаны төмен, ал позитронды ыдырауда бір жасушаны жоғары ығыстырады. Бұл заңның айқындығына және оның қарапайымдылығына қарамастан, бұл жаңалық 20 ғасырдың басындағы ғылымдағы маңызды оқиғалардың бірі болды.ғасыр.
Мэри Джорджина Ньютонға үйлену, қыздың дүниеге келуі
Сол уақытта Эрнесттің жеке өмірінде маңызды оқиға орын алды. Мэри Джорджина Ньютонмен араласқаннан кейін 5 жыл өткен соң, ғалым Эрнест Резерфорд оған үйленді, оның өмірбаяны осы уақытқа дейін айтарлықтай жетістіктермен белгіленген. Бұл қыз бір кездері өзі тұрған Крайстчерчтегі пансионаттың қожайынының қызы болатын. 1901 жылы 30 наурызда Резерфордтар отбасында жалғыз қызы дүниеге келді. Бұл оқиға уақыт өте дерлік физика ғылымының жаңа тарауы – ядролық физиканың дүниеге келуімен тұспа-тұс келді. Ал 2 жылдан кейін Рутерфорд Лондон корольдік қоғамының мүшесі болды.
Рутерфордтың кітаптары, альфа бөлшектері бар мөлдір фольгадағы тәжірибелер
Эрнест өзінің ғылыми ізденістері мен жетістіктерін қорытындылаған 2 кітап жасады. Біріншісі «Радиоактивтілік» деген атпен 1904 жылы жарық көрді. «Радиоактивті түрлендірулер» бір жылдан кейін пайда болды. Бұл кітаптардың авторы жаңа зерттеулерді осы кезде бастады. Ол радиоактивті сәулеленудің атомдардан шығатынын түсінді, бірақ оның пайда болу орны мүлдем түсініксіз болып қалды. Ядроның құрылғысын зерттеу қажет болды. Содан кейін Эрнест альфа-бөлшектермен трансиллюминация әдісіне жүгінді, ол Томсонмен жұмысын бастады. Тәжірибелер бұл бөлшектердің ағынының жұқа фольга парақтары арқылы қалай өтетінін зерттеді.
Томсонның атомның бірінші моделі
Атомның бірінші моделі электрондардың теріс заряды бар екені белгілі болған кезде ұсынылды. Алайда олар атомдарға енеді,әдетте электрлік бейтарап болып табылады. Демек, оның құрамында оң зарядты алып жүретін нәрсе болуы керек. Бұл мәселені шешу үшін Томсон келесі модельді ұсынды: атом оң зарядталған, радиусы сантиметрдің жүз миллионнан бір бөлігін құрайтын тамшы тәрізді нәрсе. Оның ішінде теріс заряды бар кішкентай электрондар бар. Кулондық күштердің әсерінен олар атомның дәл ортасында орналасуға бейім, бірақ егер бірдеңе оларды теңестірсе, олар сәулеленумен бірге тербеледі. Бұл модель сәулелену спектрлерінің болуын түсіндірді, бұл факт сол кезде белгілі болды. Қатты денелерде атомдар арасындағы қашықтық олардың өлшемдерімен шамамен бірдей болатыны тәжірибелерден белгілі болды. Сондықтан, ағаштар бір-біріне жақын өскен орманды тастың ұшып өте алмайтыны сияқты, альфа бөлшектері фольга арқылы ұша алмайтыны анық көрінді. Алайда, Рутерфорд жасаған алғашқы тәжірибелер бұлай емес екеніне көз жеткізді. Альфа-бөлшектердің көпшілігі дерлік иілусіз, фольгаға еніп кетті, ал кейбіреулері ғана кейде айтарлықтай ауытқуды көрсетті. Бұған Эрнест Рутерфорд қатты қызығушылық танытты. Қызықты фактілер қосымша зерттеуді қажет етті.
Резерфорд планеталық үлгісі
Содан кейін Резерфордтың интуициясы мен бұл ғалымның табиғат тілін түсіну қабілеті қайтадан пайда болды. Эрнест Томсонның атом моделін батыл түрде жоққа шығарды. Резерфордтың эксперименттері оның өзінің планетарлық деп аталатынын алға шығаруына әкелді. Оның айтуынша, орталықтаатомның ядросы - бұл атомның барлық массасы оның шағын мөлшеріне қарамастан шоғырланған. Ал ядроның айналасында күнді айналатын планеталар сияқты электрондар қозғалады. Олардың массалары альфа-бөлшектердің массасынан айтарлықтай аз, сондықтан соңғылары электронды бұлттарға енген кезде іс жүзінде ауытқымайды. Ал альфа-бөлшек оң зарядталған ядроға жақын ұшқанда ғана кулондық итеруші күш оның қозғалысының траекториясын күрт майыстыра алады. Бұл Резерфордтың теориясы. Бұл, әрине, тамаша жаңалық болды.
Электродинамика заңдары және планеталық модель
Рутерфорд тәжірибесі көптеген ғалымдарды планеталық модельдің бар екеніне сендіру үшін жеткілікті болды. Дегенмен, бұл соншалықты бір мәнді емес екені белгілі болды. Осы модельге сүйене отырып шығарған Резерфорд формуласы эксперимент барысында алынған мәліметтермен сәйкес болды. Алайда ол электродинамика заңдарын жоққа шығарды!
Негізінен Максвелл мен Фарадей еңбектерімен бекітілген бұл заңдар жеделдетілген жылдамдықпен қозғалатын зарядтың электромагниттік толқындарды тарататынын және осыған байланысты энергиясын жоғалтатынын айтады. Резерфорд атомында электрон ядроның кулондық өрісінде жеделдетілген жылдамдықпен қозғалады және Максвелл теориясына сәйкес ол өзінің барлық энергиясын секундтың он миллионнан бір бөлігінде жоғалтып, содан кейін ядроға түсуі керек. Алайда, бұл орын алған жоқ. Демек, Резерфорд формуласы Максвелл теориясын жоққа шығарды. Эрнест мұны 1907 жылы Англияға қайту уақыты келгенде білді.
Манчестерге көшіп, Нобель сыйлығын алыңыз
Эрнесттің МакГиллдегі жұмысыОның өте танымал болуына университет ықпал етті. Резерфорд әртүрлі елдердегі ғылыми орталықтарға шақырумен жарыса бастады. Ғалым 1907 жылдың көктемінде Канададан кетуге шешім қабылдады және Манчестерге Виктория университетіне келіп, зерттеуін жалғастырды. Х. Гейгермен бірге ол 1908 жылы альфа-бөлшектердің есептегішін - альфа-бөлшектердің екі есе ионданған гелий атомдары екенін анықтауда маңызды рөл атқарған жаңа құрылғыны жасады. Ашулары үлкен маңызға ие болған Резерфорд Эрнест 1908 жылы Нобель сыйлығын алды (физика бойынша емес, химия бойынша!).
Нильс Бормен ынтымақтастық
Осы кезде оның санасын планеталық өрнек көбірек жаулап алды. Ал 1912 жылдың наурыз айында Резерфорд Нильс Бормен ынтымақтаса және дос бола бастады. Бордың ең үлкен еңбегі (оның фотосы төменде берілген) оның планеталық модельге түбегейлі жаңа мүмкіндіктерді - кванттар идеясын енгізуінде болды.
Бір қарағанда іштей қарама-қайшы болып көрінген «постулаттар» алға тартты. Оның айтуынша, атомның орбиталары бар. Олардың бойымен қозғалатын электрон электродинамика заңдарына қайшы, үдеуіне ие болса да, сәуле шығармайды. Бұл ғалым бұл орбиталарды табуға болатын ережені көрсетті. Ол электрон орбитадан орбитаға ауысқанда ғана сәулелену кванттары пайда болатынын анықтады. Атомның Резерфорд-Бор моделі көптеген мәселелерді шешті, сонымен қатар жаңа идеялар әлеміне серпіліс болды. Оның ашылуы материя, оның қозғалысы туралы идеяларды түбегейлі қайта қарауға әкелді.
Одан әрі ауқымды әрекеттер
1919 жРезерфорд Кембридж университетінің профессоры және Кавендиш зертханасының директоры болды. Ондаған ғалымдар оны өзінің ұстазы деп санады, оның ішінде кейін Нобель сыйлығын алған ғалымдар да бар. Бұлар Дж. Чэдвик, Г. Мозели, М. Олифант, Дж. Коккрофт, О. Ган, В. Гейтлер, Ю. Б. Харитон, П. Л. Капица, Г. Гамов және т.б. Құрмет пен марапаттар легі толағай түсті. 1914 жылы Резерфорд дворяндарды қабылдады. Ол 1923 жылы Британ қауымдастығының президенті болды, ал 1925 жылдан 1930 жылға дейін Корольдік қоғамының президенті болды. Эрнест 1931 жылы барон атағын алып, лорд болды. Дегенмен, ғылыми жүктемелер ғана емес, жұмыс жүктемесінің артуына қарамастан, ол ядро мен атомның құпияларына шабуыл жасауды жалғастыруда.
Біз сізге Рутерфордтың ғылыми қызметіне қатысты бір қызықты фактіні ұсынамыз. Эрнест Резерфорд өз қызметкерлерін таңдауда келесі критерийді пайдаланғаны белгілі: ол өзіне бірінші рет келген адамға тапсырма берді, ал егер жаңадан келген қызметкер содан кейін не істеу керектігін сұраса, оны бірден жұмыстан шығарды.
Ғалым қазірдің өзінде атом ядроларының жасанды ыдырауын және химиялық элементтердің жасанды түрленуін ашумен аяқталған тәжірибелерді бастады. 1920 жылы Резерфорд дейрон мен нейтронның болуын болжаса, 1933 жылы ядролық процестердегі энергия мен масса арасындағы байланысты тексеру экспериментінің бастамашысы және қатысушысы болды. 1932 жылы сәуірде ол ядролық реакцияларды зерттеуде протондық үдеткіштерді қолдану идеясын қолдады.
Рутерфордтың өлімі
Эрнест Резерфордтың еңбектері мен оның шәкірттерінің бірнеше ұрпаққа жататын еңбектері ғылым мен техникаға, миллиондаған адамдардың өміріне үлкен әсер етті. Ұлы ғалым, әрине, бұл әсер оң болар ма екен деп ойланбай қала алмады. Дегенмен, ол оптимист, ғылымға және адамдарға қасиетті түрде сенетін. Біз қысқаша өмірбаянын сипаттаған Эрнест Резерфорд 1937 жылы 19 қазанда қайтыс болды. Ол Вестминстер аббаттығында жерленді.
