رادرفورد ارنست (سالهای زندگی: 1871/08/30 - 1937/10/19) - فیزیکدان انگلیسی، خالق مدل سیاره ای اتم، بنیانگذار فیزیک هسته ای. او عضو انجمن سلطنتی لندن و از سال 1925 تا 1930 - و رئیس آن بود. این مرد برنده جایزه نوبل شیمی است که در سال 1908 دریافت کرد.
دانشمند آینده در خانواده جیمز رادرفورد، یک چرخ گردان، و مارتا تامپسون، یک معلم به دنیا آمد. علاوه بر او، خانواده 5 دختر و 6 پسر داشتند.
آموزش و اولین جوایز
قبل از اینکه خانواده در سال 1889 از جزیره جنوبی نیوزلند به جزیره شمالی نقل مکان کنند، رادرفورد ارنست در کرایست چرچ در کالج کانتربری تحصیل کرد. قبلاً در این زمان ، توانایی های درخشان دانشمند آینده آشکار شد. پس از فارغ التحصیلی از سال چهارم، ارنست برای بهترین اثر در رشته ریاضی جایزه گرفت و همچنین در آزمون کارشناسی ارشد در رشته فیزیک و ریاضی رتبه اول را کسب کرد.
اختراع آشکارساز مغناطیسی
رادرفورد استاد هنر شددانشگاه را ترک کرد او وارد کار علمی مستقل در مورد مغناطش آهن شد. او یک دستگاه ویژه - یک آشکارساز مغناطیسی را توسعه داد و ساخت که به یکی از اولین گیرنده های امواج الکترومغناطیسی در جهان تبدیل شد، و همچنین "بلیط ورودی" رادرفورد به علم بزرگ. به زودی تغییر مهمی در زندگی او رخ داد.
رادرفورد به انگلیس می رود
استعدادترین افراد جوان تاج انگلستان از نیوزلند هر دو سال یکبار به آنها بورسیه می دادند. نمایشگاه جهانی 1851 که امکان رفتن به انگلستان را برای تحصیل علوم فراهم کرد. در سال 1895، تصمیم گرفته شد که دو نیوزیلندی شایسته چنین افتخاری هستند - فیزیکدان رادرفورد و شیمیدان مکلارین. با این حال، تنها یک مکان وجود داشت و امیدهای ارنست بر باد رفت. خوشبختانه مکلارین به دلایل خانوادگی مجبور به ترک این سفر شد و رادرفورد ارنست در پاییز 1895 وارد انگلستان شد. در اینجا او کار خود را در دانشگاه کمبریج (در آزمایشگاه کاوندیش) آغاز کرد و اولین دانشجوی دکترای جی. تامسون، مدیر آن شد (تصویر زیر).
مطالعه پرتوهای بکرل
تامسون در آن زمان قبلاً یک دانشمند مشهور و یکی از اعضای انجمن سلطنتی لندن بود که مورد احترام همه بود. او به سرعت از توانایی های رادرفورد قدردانی کرد و او را جذب کرد تا روی مطالعه یونیزاسیون گازها تحت تأثیر اشعه ایکس کار کند، که او انجام داد. با این حال، در سال 1898، در تابستان، ارنست اولین گام های خود را در زمینه دیگری از تحقیقات برداشت. او به "پرتوهای بکرل" علاقه مند بود. انتشار نمک اورانیوم، بازبکرل، فیزیکدان فرانسوی، بعدها به عنوان رادیواکتیو شناخته شد. دانشمند فرانسوی و همچنین کوری ها به طور فعال در تحقیقات او مشغول بودند. در سال 1898 رادرفورد ارنست به این کار پیوست. این دانشمند کشف کرد که این پرتوها شامل جریان‌هایی از هسته‌های هلیوم، با بار مثبت (ذرات آلفا)، و همچنین جریان‌هایی از الکترون‌ها (ذرات بتا) هستند.
مطالعه بیشتر پرتوهای اورانیوم
کار کوری در 18 ژوئیه 1898 به آکادمی علوم پاریس ارائه شد که علاقه زیادی رادرفورد را برانگیخت. در آن، نویسندگان اشاره کردند که علاوه بر اورانیوم، عناصر رادیواکتیو دیگری نیز وجود دارد (این اصطلاح برای اولین بار در آن زمان استفاده شد). رادرفورد بعداً مفهوم نیمه عمر را معرفی کرد - یکی از اصلی ترین ویژگی های متمایز کننده این عناصر.
ارنست در دسامبر 1897 بورسیه نمایشگاه را تمدید کرد. دانشمند این فرصت را به دست آورد تا پرتوهای اورانیوم را بیشتر مطالعه کند. با این حال، در آوریل 1898، یک کرسی استادی در دانشگاه محلی مک گیل در مونترال خالی شد و ارنست تصمیم گرفت به کانادا برود. زمان شاگردی گذشت. برای همه روشن بود که رادرفورد آماده است تا خودش کار کند.
مهاجرت به کانادا و شغل جدید
در پاییز 1898، او به کانادا نقل مکان کرد. در ابتدا، تدریس رادرفورد چندان موفقیت آمیز نبود: دانشجویان از سخنرانی ها خوششان نمی آمد، که استاد جوان، که هنوز یاد نگرفته بود مخاطب را به طور کامل احساس کند، با جزئیات بیش از حد اشباع کرد. همچنین برخی از مشکلات در کار علمی به دلیل این واقعیت است که رسیدن آماده سازی رادیواکتیو به دستور رادرفورد به تاخیر افتاد. با این حال، همهناهمواری ها به زودی از بین رفت و ارنست یک رشته خوش شانسی و موفقیت را آغاز کرد. با این حال، به سختی می توان در مورد موفقیت صحبت کرد: همه چیز با سخت کوشی به دست آمد، که شامل دوستان جدید و افراد همفکر او بود.
کشف قانون تبدیلات رادیواکتیو
در اطراف رادرفورد قبلاً فضایی از اشتیاق و اشتیاق خلاقانه شکل گرفته بود. کار شاد و شدید بود، به موفقیت بزرگی منجر شد. رادرفورد در سال 1899 تراوش توریم را کشف کرد. او به همراه سودی در سالهای 1902-1903 به یک قانون کلی دست یافتند که برای همه دگرگونی‌های رادیواکتیو قابل اجرا بود. در مورد این رویداد مهم علمی باید کمی بیشتر گفت.
دانشمندان سراسر جهان در آن زمان کاملاً دریافتند که تبدیل یک عنصر شیمیایی به عنصر دیگر غیرممکن است، بنابراین رویاهای کیمیاگران برای استخراج طلا از سرب باید برای همیشه دفن شود. و سپس اثری ظاهر شد که در آن استدلال شد که در طی واپاشی های رادیواکتیو، دگرگونی عناصر نه تنها رخ می دهد، بلکه آنها را نه می توان کاهش داد و نه متوقف کرد. علاوه بر این، قوانین این تحولات تدوین شد. امروزه می دانیم که بار هسته است که خواص شیمیایی عنصر و موقعیت آن را در سیستم تناوبی مندلیف تعیین می کند. هنگامی که بار هسته دو واحد کاهش می یابد، که در هنگام واپاشی آلفا رخ می دهد، 2 سلول در جدول تناوبی به سمت بالا حرکت می کند. در واپاشی بتا الکترونیکی یک سلول را به سمت پایین و در واپاشی پوزیترون یک سلول را به سمت بالا منتقل می کند. با وجود بدیهی بودن این قانون و سادگی ظاهری آن، این کشف یکی از مهمترین رویدادهای علم در آغاز قرن بیستم بود.قرن.
ازدواج با مری جورجینا نیوتن، تولد یک دختر
در همان زمان، اتفاق مهمی در زندگی شخصی ارنست رخ داد. 5 سال پس از نامزدی با مری جورجینا نیوتن، دانشمند ارنست رادرفورد با او ازدواج کرد، که زندگی نامه او تا این زمان با دستاوردهای قابل توجهی مشخص شده بود. این دختر دختر صاحبخانه پانسیون در کرایست چرچ بود که زمانی در آن زندگی می کرد. در سال 1901، در 30 مارس، تنها دختر خانواده رادرفورد به دنیا آمد. این رویداد تقریباً همزمان با تولد فصل جدیدی در علم فیزیکی - فیزیک هسته ای - بود. و پس از 2 سال، رادرفورد به عضویت انجمن سلطنتی لندن درآمد.
کتاب‌های رادرفورد، آزمایش‌هایی روی فویل شفاف با ذرات آلفا
ارنست ۲ کتاب خلق کرد که در آنها نتایج جستجوها و دستاوردهای علمی خود را خلاصه کرد. اولین مورد با عنوان "رادیواکتیویته" در سال 1904 منتشر شد. "تحولات رادیواکتیو" یک سال بعد ظاهر شد. نویسنده این کتاب ها در این زمان تحقیقات جدیدی را آغاز کرد. او متوجه شد که از اتم ها تشعشعات رادیواکتیو ساطع می شود، اما مکان وقوع آن کاملاً نامشخص بود. مطالعه دستگاه هسته ضروری بود. و سپس ارنست به تکنیک transillumination با ذرات آلفا روی آورد که با آن کار خود را با تامسون آغاز کرد. آزمایش‌ها چگونگی عبور جریان این ذرات از ورقه‌های نازک فویل را مورد مطالعه قرار دادند.
اولین مدل اتم تامسون
اولین مدل اتم زمانی ارائه شد که مشخص شد الکترون ها دارای بار منفی هستند. با این حال، آنها وارد اتم می شوند،به طور کلی از نظر الکتریکی خنثی هستند. بنابراین باید چیزی در ترکیب آن وجود داشته باشد که حامل بار مثبت باشد. برای حل این مشکل، تامسون مدل زیر را پیشنهاد کرد: اتم چیزی شبیه یک قطره، بار مثبت، با شعاع صد میلیونیم سانتی متر است. درون آن الکترون های ریز با بار منفی وجود دارد. تحت تأثیر نیروهای کولن، آنها تمایل دارند در مرکز اتم موقعیت بگیرند، اما اگر چیزی آنها را از تعادل خارج کند، نوسان می کنند، همراه با تشعشع. این مدل وجود طیف انتشار را توضیح می‌دهد، واقعیتی که در آن زمان شناخته شده بود. قبلاً از آزمایشات مشخص شده است که در جامدات فاصله بین اتم ها تقریباً با اندازه آنها یکسان است. بنابراین بدیهی به نظر می رسید که ذرات آلفا نمی توانند از میان یک فویل عبور کنند، همانطور که یک سنگ نمی تواند در جنگلی که درختان تقریباً نزدیک به یکدیگر رشد کرده اند، پرواز کند. با این حال، اولین آزمایش های انجام شده توسط رادرفورد متقاعد شد که اینطور نیست. بیشتر ذرات آلفا، تقریباً بدون انحراف، به فویل نفوذ کردند، و فقط تعداد کمی از آنها انحراف، گاهی قابل توجه، نشان دادند. ارنست رادرفورد علاقه زیادی به این موضوع داشت. حقایق جالب نیاز به مطالعه بیشتر دارد.
مدل سیاره ای رادرفورد
و سپس شهود رادرفورد و توانایی این دانشمند در درک زبان طبیعت دوباره ظاهر شد. ارنست قاطعانه مدل اتم تامسون را رد کرد. آزمایش‌های رادرفورد به این واقعیت منجر شد که او آزمایش‌های خود را به نام سیاره‌ای مطرح کرد. به گفته او، در مرکزیک اتم، هسته ای است که کل جرم یک اتم، با وجود اندازه نسبتاً کوچک، در آن متمرکز است. و در اطراف هسته، مانند سیاراتی که به دور خورشید می چرخند، الکترون ها حرکت می کنند. جرم آنها به طور قابل ملاحظه ای کمتر از ذرات آلفا است و به همین دلیل است که ذرات آلفا عملاً هنگام نفوذ به ابرهای الکترونی منحرف نمی شوند. و تنها زمانی که یک ذره آلفا نزدیک به یک هسته با بار مثبت پرواز می کند، نیروی دافعه کولن می تواند مسیر حرکت خود را به شدت خم کند. این نظریه رادرفورد است. مطمئناً یک کشف بزرگ بود.
قوانین الکترودینامیک و مدل سیاره ای
تجربه رادرفورد برای متقاعد کردن بسیاری از دانشمندان به وجود یک مدل سیاره ای کافی بود. با این حال، معلوم شد که آنقدرها هم مبهم نیست. فرمول رادرفورد که او بر اساس این مدل به دست آورد، با داده های به دست آمده در طول آزمایش مطابقت داشت. با این حال، او قوانین الکترودینامیک را رد کرد!
این قوانین، که عمدتاً توسط کارهای ماکسول و فارادی وضع شده اند، بیان می کنند که باری که با سرعتی شتاب دار حرکت می کند، امواج الکترومغناطیسی را تابش می کند و به همین دلیل انرژی را از دست می دهد. در اتم رادرفورد، الکترون در میدان کولن هسته با سرعتی شتاب‌دار حرکت می‌کند و طبق نظریه ماکسول، باید تمام انرژی خود را در ده میلیونیم ثانیه از دست بدهد و سپس بر روی هسته بیفتد. با این حال، این اتفاق نیفتاد. در نتیجه، فرمول رادرفورد نظریه ماکسول را رد کرد. ارنست این را زمانی می دانست که زمان بازگشت به انگلستان در سال 1907 فرا رسید.
نقل مکان به منچستر و دریافت جایزه نوبل
کار ارنست در مک گیلدانشگاه به این واقعیت کمک کرد که او بسیار مشهور شد. رادرفورد شروع به رقابت با دعوت از مراکز علمی در کشورهای مختلف کرد. دانشمند در بهار 1907 تصمیم گرفت کانادا را ترک کند و به منچستر، در دانشگاه ویکتوریا رسید و در آنجا تحقیقات خود را ادامه داد. او به همراه H. Geiger در سال 1908 یک شمارنده ذرات آلفا ایجاد کرد - دستگاه جدیدی که نقش مهمی در یافتن این موضوع داشت که ذرات آلفا اتم‌های هلیوم هستند که یونیزه شده دو برابر شده‌اند. رادرفورد ارنست که اکتشافات او اهمیت زیادی داشت، در سال 1908 جایزه نوبل را دریافت کرد (در شیمی، نه در فیزیک!).
همکاری با نیلز بور
در همین حال، الگوی سیاره ای بیشتر و بیشتر ذهن او را به خود مشغول می کرد. و در مارس 1912، رادرفورد شروع به همکاری و دوستی با نیلز بور کرد. بزرگترین شایستگی بور (عکس او در زیر ارائه شده است) این بود که او ویژگی های اساسی جدیدی را در مدل سیاره ای - ایده کوانتا - معرفی کرد.
او "اصول"هایی را مطرح کرد که در نگاه اول از نظر درونی متناقض به نظر می رسید. به گفته وی، اتم دارای مدارهایی است. یک الکترون که در امتداد آنها حرکت می کند، برخلاف قوانین الکترودینامیک تابش نمی کند، اگرچه شتاب دارد. این دانشمند به قاعده ای اشاره کرد که با آن می توان این مدارها را پیدا کرد. او دریافت که کوانتوم های تابشی تنها زمانی ظاهر می شوند که الکترون از مداری به مدار دیگر حرکت کند. مدل رادرفورد-بور از اتم بسیاری از مشکلات را حل کرد و همچنین پیشرفتی در دنیای ایده های جدید شد. کشف آن منجر به تجدید نظر اساسی در ایده های ماده، در مورد حرکت آن شد.
فعالیت های گسترده بیشتر
در سال 1919رادرفورد استاد دانشگاه کمبریج و مدیر آزمایشگاه کاوندیش شد. ده ها دانشمند به درستی او را معلم خود می دانستند، از جمله کسانی که بعداً برنده جایزه نوبل شدند. اینها J. Chadwick، G. Moseley، M. Oliphant، J. Cockcroft، O. Gan، V. Geytler، Yu. B. خاریتون، پی.ال. کاپیتسا، جی. گاموف و دیگران جریان افتخارات و جوایز روز به روز فراوانتر شد. در سال 1914، رادرفورد اشراف را دریافت کرد. او در سال 1923 رئیس انجمن بریتانیا شد و از سال 1925 تا 1930 رئیس انجمن سلطنتی بود. ارنست در سال 1931 عنوان بارون را دریافت کرد و لرد شد. با این حال، علی‌رغم حجم کاری بالاتر، و نه تنها کارهای علمی، او همچنان به اسرار هسته و اتم حمله می‌کند.
ما یک واقعیت جالب در رابطه با فعالیت های علمی رادرفورد را به شما پیشنهاد می کنیم. مشخص است که ارنست رادرفورد هنگام انتخاب کارمندانش از معیار زیر استفاده می کرد: او به فردی که برای اولین بار به او مراجعه می کرد وظیفه ای می داد و اگر کارمند جدیدی بعداً می پرسید چه کاری باید انجام دهد، بلافاصله اخراج می شد.
این دانشمند قبلاً آزمایشاتی را آغاز کرده است که با کشف شکافت مصنوعی هسته های اتم و تبدیل مصنوعی عناصر شیمیایی به پایان رسید. رادرفورد در سال 1920 وجود دوترون و نوترون را پیش بینی کرد و در سال 1933 آغازگر و شرکت کننده آزمایشی برای آزمایش رابطه بین انرژی و جرم در فرآیندهای هسته ای شد. در سال 1932، در آوریل، او از ایده استفاده از شتاب دهنده های پروتون در مطالعه واکنش های هسته ای حمایت کرد.
مرگ رادرفورد
آثار ارنست رادرفورد و کارهای شاگردانش که متعلق به چندین نسل است، تأثیر زیادی بر علم و فناوری، بر زندگی میلیون‌ها انسان گذاشت. دانشمند بزرگ، البته، نمی توانست فکر کند که آیا این تأثیر مثبت خواهد بود یا خیر. با این حال، او خوش بین بود و به علم و مردم اعتقاد مقدس داشت. ارنست رادرفورد، که شرح حال مختصری از او را شرح دادیم، در سال 1937 در 19 اکتبر درگذشت. او در کلیسای وست مینستر به خاک سپرده شد.
