Raterfords Ernests (dzīves gadi: 30.08.1871. - 1937.10.19.) - angļu fiziķis, atoma planētas modeļa radītājs, kodolfizikas pamatlicējs. Viņš bija Londonas Karaliskās biedrības biedrs, no 1925. līdz 1930. gadam - un tās prezidents. Šis cilvēks ir Nobela prēmijas ķīmijā ieguvējs, ko viņš saņēma 1908. gadā.
Nākotnes zinātnieks ir dzimis ratu meistara Džeimsa Raterforda un skolotājas Martas Tompsones ģimenē. Bez viņa ģimenē vēl bija 5 meitas un 6 dēli.
Apmācība un pirmās balvas
Pirms ģimene 1889. gadā pārcēlās no Jaunzēlandes Dienvidu salas uz Ziemeļsalu, Raterfords Ernests studēja Kraistčērčā, Kenterberijas koledžā. Jau šajā laikā atklājās topošā zinātnieka spožās spējas. Pēc 4. kursa beigšanas Ernests tika apbalvots par labāko darbu matemātikas jomā, kā arī ieguva 1. vietu maģistra eksāmenos fizikā un matemātikā.
Magnētiskā detektora izgudrojums
Kļūstot par mākslas meistaru, Raterfords to nedarījapameta koledžu. Viņš iesaistījās neatkarīgā zinātniskā darbā par dzelzs magnetizāciju. Viņš izstrādāja un izgatavoja īpašu ierīci – magnētisko detektoru, kas kļuva par vienu no pasaulē pirmajiem elektromagnētisko viļņu uztvērējiem, kā arī Rezerforda "ieejas biļeti" lielajā zinātnē. Drīz viņa dzīvē notika svarīgas pārmaiņas.
Raterfords dodas uz Angliju
Angļu kronas apdāvinātākajiem jauniešiem no Jaunzēlandes reizi divos gados tika piešķirta stipendija. 1851. gada Pasaules izstāde, kas ļāva doties uz Angliju studēt zinātnes. 1895. gadā tika nolemts, ka šāda pagodinājuma cienīgi ir divi jaunzēlandieši - fiziķis Raterfords un ķīmiķis Maklaurins. Taču vieta bija tikai viena, un Ernesta cerības sabruka. Par laimi, Maklaurins bija spiests atteikties no šī ceļojuma ģimenes apsvērumu dēļ, un Rezerfords Ernests ieradās Anglijā 1895. gada rudenī. Šeit viņš sāka darbu Kembridžas Universitātē (Cavendish laboratorijā) un kļuva par tās direktora Dž. Tomsona pirmo doktorantu (attēlā zemāk).
Bekerela staru izpēte
Tomsons tajā laikā jau bija pazīstams zinātnieks, viens no Londonas Karaliskās biedrības biedriem, kuru visi cienīja. Viņš ātri novērtēja Rezerforda spējas un piesaistīja viņu darbam pie gāzu jonizācijas izpētes rentgenstaru ietekmē, ko viņš veica. Taču jau 1898. gada vasarā Ernests sper pirmos soļus citā pētniecības jomā. Viņu interesēja "bekerela stari". Urāna sāls emisija, atvērtaBekerels, franču fiziķis, vēlāk kļuva pazīstams kā radioaktīvs. Franču zinātnieks, kā arī Kirī aktīvi iesaistījās viņa pētījumos. 1898. gadā darbam pievienojās Rezerfords Ernests. Šis zinātnieks atklāja, ka šajos staros ietilpst pozitīvi lādētu hēlija kodolu plūsmas (alfa daļiņas), kā arī elektronu plūsmas (beta daļiņas).
Urāna staru turpmāka izpēte
Kirī darbs tika prezentēts Parīzes Zinātņu akadēmijai 1898. gada 18. jūlijā, kas izraisīja lielu Rezerforda interesi. Tajā autori norādīja, ka bez urāna ir arī citi radioaktīvi (šis termins pirmo reizi lietots tieši tobrīd) elementi. Rezerfords vēlāk ieviesa pussabrukšanas perioda jēdzienu - vienu no šo elementu galvenajām atšķirīgajām iezīmēm.
Ernests 1897. gada decembrī pagarināja izstādes stipendiju. Zinātnieks ieguva iespēju turpināt pētīt urāna starus. Tomēr 1898. gada aprīlī Monreālā atbrīvojās profesora vieta vietējā Makgila universitātē, un Ernests nolēma doties uz Kanādu. Mācekļa laiks ir pagājis. Visiem bija skaidrs, ka Rezerfords ir gatavs strādāt pats.
Pārcelšanās uz Kanādu un jauns darbs
1898. gada rudenī viņš pārcēlās uz Kanādu. Sākumā Rezerforda mācības nebija īpaši veiksmīgas: studentiem nepatika lekcijas, kuras jaunais profesors, kurš vēl nebija iemācījies pilnībā izjust auditoriju, pārsātināja ar detaļām. Zinātniskajā darbā bija arī zināmas grūtības, jo Razerforda pasūtīto radioaktīvo preparātu ierašanās aizkavējās. Tomēr visinelīdzenums drīz vien izlīdzinājās, un Ernestam sākās veiksmes un panākumu sērija. Tomēr diez vai ir pareizi runāt par panākumiem: viss tika panākts ar smagu darbu, kurā piedalījās viņa jaunie draugi un domubiedri.
Radioaktīvo pārvērtību likuma atklāšana
Ap Raterfordu jau toreiz veidojās radoša entuziasma un aizraušanās atmosfēra. Darbs bija priecīgs un spraigs, tas noveda pie lieliem panākumiem. Rezerfords atklāja torija emanāciju 1899. gadā. Kopā ar Sodiju 1902.–1903. gadā viņš jau nonāca pie vispārīga likuma, kas piemērojams visām radioaktīvajām pārveidojumiem. Par šo svarīgo zinātnisko notikumu jāpasaka nedaudz vairāk.
Zinātnieki visā pasaulē tolaik stingri uzzināja, ka vienu ķīmisko elementu nav iespējams pārvērst par otru, tāpēc alķīmiķu sapņi iegūt zeltu no svina ir jāapglabā uz visiem laikiem. Un tad parādījās darbs, kurā tika apgalvots, ka radioaktīvo sabrukšanas laikā elementu pārvērtības ne tikai notiek, bet tās nevar ne palēnināt, ne apturēt. Turklāt tika formulēti šo transformāciju likumi. Šodien mēs saprotam, ka tas ir kodola lādiņš, kas nosaka elementa ķīmiskās īpašības un tā stāvokli Mendeļejeva periodiskajā sistēmā. Kodola lādiņam samazinoties par divām vienībām, kas notiek alfa sabrukšanas laikā, tas periodiskajā tabulā "pārvietojas" par 2 šūnām uz augšu. Tas pārvieto vienu šūnu uz leju elektroniskajā beta sabrukšanas gadījumā un vienu šūnu uz augšu pozitronu sabrukšanas gadījumā. Neskatoties uz šī likuma acīmredzamību un šķietamo vienkāršību, šis atklājums bija viens no svarīgākajiem notikumiem zinātnē 20. gadu sākumā.gadsimtā.
Laulība ar Mēriju Džordžinu Ņūtoni, meitas piedzimšana
Tajā pašā laikā Ernesta personīgajā dzīvē notika nozīmīgs notikums. 5 gadus pēc saderināšanās ar Mēriju Džordžīnu Ņūtoni zinātnieks Ernests Raterfords viņu apprecēja, kura biogrāfija līdz tam laikam jau bija iezīmēta ar ievērojamiem sasniegumiem. Šī meitene bija Kraistčērčas pansionāta saimnieces meita, kur viņš kādreiz dzīvoja. 1901. gadā 30. martā Raterfordu ģimenē piedzima vienīgā meita. Šis notikums laikā gandrīz sakrita ar jaunas nodaļas dzimšanu fiziskajā zinātnē - kodolfizikā. Un pēc 2 gadiem Raterfords kļuva par Londonas Karaliskās biedrības biedru.
Raterforda grāmatas, eksperimenti ar caurspīdīgu foliju ar alfa daļiņām
Ernests izveidoja 2 grāmatas, kurās apkopoja savu zinātnisko meklējumu un sasniegumu rezultātus. Pirmais tika publicēts ar nosaukumu "Radioaktivitāte" 1904. gadā. "Radioaktīvās pārvērtības" parādījās gadu vēlāk. Šo grāmatu autors šajā laikā sāka jaunus pētījumus. Viņš saprata, ka radioaktīvais starojums ir radies no atomiem, taču tā rašanās vieta palika absolūti neskaidra. Bija nepieciešams izpētīt kodola ierīci. Un tad Ernests pievērsās transiluminācijas tehnikai ar alfa daļiņām, ar kuru viņš sāka darbu ar Tomsonu. Eksperimentos tika pētīts, kā šo daļiņu plūsma iziet cauri plānām folijas loksnēm.
Tomsona pirmais atoma modelis
Pirmais atoma modelis tika ierosināts, kad kļuva zināms, ka elektroniem ir negatīvs lādiņš. Tomēr tie nonāk atomos,parasti ir elektriski neitrāli. Tātad tā sastāvā ir jābūt kaut kam, kas nes pozitīvu lādiņu. Lai atrisinātu šo problēmu, Tomsons ierosināja šādu modeli: atoms ir kaut kas līdzīgs pilienam, pozitīvi uzlādēts, ar rādiusu simtmiljonā centimetru. Tā iekšpusē ir sīki elektroni ar negatīvu lādiņu. Kulona spēku ietekmē tie mēdz ieņemt pozīciju pašā atoma centrā, bet, ja kaut kas tos izjauc, tie svārstās, ko pavada starojums. Šis modelis izskaidro emisijas spektru esamību, kas tajā laikā bija zināms. Eksperimentos jau ir kļuvis skaidrs, ka cietās vielās attālumi starp atomiem ir aptuveni tādi paši kā to izmēri. Tāpēc šķita acīmredzams, ka alfa daļiņas nevar izlidot cauri folijai, tāpat kā akmens nevar lidot cauri mežam, kur koki aug gandrīz tuvu viens otram. Tomēr jau pirmie Rezerforda eksperimenti pārliecināja, ka tas tā nav. Lielākā daļa alfa daļiņu, gandrīz bez novirzes, iekļuva folijā, un tikai dažas uzrādīja novirzi, dažreiz ievērojamu. Ernestu Rezerfordu tas ļoti interesēja. Interesanti fakti prasīja turpmāku izpēti.
Raterforda planētu modelis
Un tad atkal parādījās Rezerforda intuīcija un šī zinātnieka spēja saprast dabas valodu. Ernests apņēmīgi noraidīja Tomsona atoma modeli. Rezerforda eksperimenti noveda pie tā, ka viņš izvirzīja savu, ko sauc par planetāru. Pēc viņas teiktā, centrāatoms ir kodols, kurā ir koncentrēta visa dotā atoma masa, neskatoties uz tā diezgan mazo izmēru. Un ap kodolu, tāpat kā planētas, kas griežas ap sauli, elektroni pārvietojas. To masa ir ievērojami mazāka nekā alfa daļiņu masa, un tāpēc pēdējās, iekļūstot elektronu mākoņos, praktiski nenovirzās. Un tikai tad, kad alfa daļiņa lido tuvu pozitīvi lādētam kodolam, Kulona atgrūšanas spēks var strauji saliekt tās kustības trajektoriju. Tā ir Rezerforda teorija. Tas noteikti bija lielisks atklājums.
Elektrodinamikas likumi un planētu modelis
Ruterforda pieredze bija pietiekama, lai pārliecinātu daudzus zinātniekus par planētas modeļa esamību. Tomēr izrādījās, ka tas nav tik viennozīmīgi. Rezerforda formula, ko viņš atvasināja, pamatojoties uz šo modeli, atbilda eksperimenta laikā iegūtajiem datiem. Tomēr viņa atspēkoja elektrodinamikas likumus!
Šie likumi, kurus noteica galvenokārt Maksvela un Faradeja darbi, nosaka, ka lādiņš, kas pārvietojas ar paātrinātu ātrumu, izstaro elektromagnētiskos viļņus un tāpēc zaudē enerģiju. Rezerforda atomā elektrons pārvietojas kodola Kulona laukā ar paātrinātu ātrumu, un saskaņā ar Maksvela teoriju tam ir jāzaudē visa enerģija sekundes desmitmiljondaļās un pēc tam jānokrīt kodolā. Tomēr tas nenotika. Līdz ar to Rezerforda formula atspēkoja Maksvela teoriju. Ernests to zināja, kad bija pienācis laiks atgriezties Anglijā 1907. gadā.
Pārcelieties uz Mančestru un saņemiet Nobela prēmiju
Ernesta darbs MakgilāUniversitāte veicināja to, ka viņš kļuva ļoti slavens. Rezerfords sāka sacensties ar uzaicinājumiem uz zinātniskiem centriem dažādās valstīs. Zinātnieks 1907. gada pavasarī nolēma pamest Kanādu un ieradās Mančestrā, Viktorijas Universitātē, kur turpināja pētījumus. Kopā ar H. Geigeru viņš 1908. gadā izveidoja alfa daļiņu skaitītāju - jaunu ierīci, kurai bija liela nozīme, lai noskaidrotu, ka alfa daļiņas ir hēlija atomi, divkārši jonizēti. Rezerfords Ernests, kura atklājumiem bija liela nozīme, 1908. gadā saņēma Nobela prēmiju (ķīmijā, nevis fizikā!).
Sadarbība ar Nīlu Boru
Tikmēr planētu raksts arvien vairāk nodarbināja viņa prātu. Un 1912. gada martā Rezerfords sāka sadarboties un draudzēties ar Nīlsu Boru. Lielākais Bora nopelns (viņa fotoattēls ir parādīts zemāk) bija tas, ka viņš planētas modelī ieviesa principiāli jaunas iezīmes - kvantu ideju.
Viņš izvirzīja "postulātus", kas no pirmā acu uzmetiena šķita iekšēji pretrunīgi. Pēc viņa teiktā, atomam ir orbītas. Pa tiem pārvietojoties elektrons, pretēji elektrodinamikas likumiem neizstaro, lai gan tam ir paātrinājums. Šis zinātnieks norādīja uz likumu, pēc kura šīs orbītas var atrast. Viņš atklāja, ka starojuma kvanti parādās tikai tad, kad elektrons pārvietojas no orbītas uz orbītu. Rezerforda-Bora atoma modelis atrisināja daudzas problēmas, kā arī kļuva par izrāvienu jaunu ideju pasaulē. Tās atklāšana izraisīja radikālu priekšstatu par matēriju un tās kustību pārskatīšanu.
Turpmākās plašas aktivitātes
1919. gadāRezerfords kļuva par Kembridžas universitātes profesoru un Kavendišas laboratorijas direktoru. Desmitiem zinātnieku pamatoti uzskatīja viņu par savu skolotāju, tostarp tie, kas vēlāk ieguva Nobela prēmijas. Tie ir J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Haritons, P. L. Kapitsa, G. Gamovs un citi. Atzinību un apbalvojumu plūsma kļuva arvien bagātīgāka. 1914. gadā Rezerfords saņēma muižniecību. Viņš kļuva par Britu asociācijas prezidentu 1923. gadā un no 1925. līdz 1930. gadam bija Karaliskās biedrības prezidents. Ernests 1931. gadā saņem barona titulu un kļūst par lordu. Tomēr, neskatoties uz arvien lielāku darba slodzi, un ne tikai zinātnisko, viņš turpina uzbrukt kodola un atoma noslēpumiem.
Piedāvājam jums vienu interesantu faktu, kas saistīts ar Raterforda zinātnisko darbību. Zināms, ka Ernests Raterfords, izvēloties savus darbiniekus, izmantoja šādu kritēriju: viņam, kas pirmo reizi ieradās pie viņa, viņš deva uzdevumu, un, ja pēc tam jaunais darbinieks jautāja, ko darīt tālāk, viņš tika nekavējoties atlaists.
Zinātnieks jau ir sācis eksperimentus, kas beidzās ar atomu kodolu mākslīgās dalīšanās atklāšanu un ķīmisko elementu mākslīgu pārveidošanu. 1920. gadā Raterfords paredzēja deuterona un neitrona eksistenci un 1933. gadā kļuva par iniciatoru un dalībnieku eksperimentā, lai pārbaudītu enerģijas un masas attiecības kodolprocesos. 1932. gada aprīlī viņš atbalstīja ideju kodolreakciju izpētē izmantot protonu paātrinātājus.
Raterforda nāve
Ernesta Raterforda darbiem un viņa studentu darbiem, kas pieder vairākām paaudzēm, bija milzīga ietekme uz zinātni un tehnoloģijām, uz miljoniem cilvēku dzīvi. Lielais zinātnieks, protams, nevarēja nedomāt, vai šī ietekme būs pozitīva. Tomēr viņš bija optimists, svēti ticēja zinātnei un cilvēkiem. Ernests Raterfords, kura īso biogrāfiju mēs esam aprakstījuši, nomira 1937. gadā, 19. oktobrī. Viņš tika apbedīts Vestminsteras abatijā.
