Rutherford Ernest (tuổi thọ: 1871-08-30 - 1937-10-19) - Nhà vật lý người Anh, người tạo ra mô hình hành tinh của nguyên tử, người sáng lập ngành vật lý hạt nhân. Ông là thành viên của Hiệp hội Hoàng gia London, từ năm 1925 đến năm 1930 - và là chủ tịch của nó. Người đàn ông này là người đoạt giải Nobel Hóa học mà ông nhận được vào năm 1908.
Nhà khoa học tương lai được sinh ra trong gia đình của James Rutherford, một thợ lăn và Martha Thompson, một giáo viên. Ngoài ông, gia đình còn có 5 con gái và 6 con trai.
Đào tạo và giải thưởng đầu tiên
Trước khi gia đình chuyển từ Đảo Nam của New Zealand đến Đảo Bắc vào năm 1889, Rutherford Ernest đã học ở Christchurch, tại trường Cao đẳng Canterbury. Ngay tại thời điểm này, khả năng tuyệt vời của các nhà khoa học tương lai đã được bộc lộ. Sau khi tốt nghiệp năm thứ 4, Ernest đã được trao giải cho công trình xuất sắc nhất trong lĩnh vực toán học, đồng thời cũng đứng thứ nhất trong các kỳ thi thạc sĩ về vật lý và toán học.
Phát minh ra máy dò từ tính
Trở thành bậc thầy nghệ thuật, Rutherford đã khôngrời đại học. Ông lao vào nghiên cứu khoa học độc lập về sự từ hóa của sắt. Ông đã phát triển và chế tạo một thiết bị đặc biệt - máy dò từ tính, trở thành một trong những thiết bị thu sóng điện từ đầu tiên trên thế giới, đồng thời là "tấm vé vào cổng" khoa học vĩ đại của Rutherford. Một sự thay đổi quan trọng đã sớm diễn ra trong cuộc đời anh ấy.
Rutherford đến Anh
Những đối tượng trẻ có năng khiếu nhất của vương miện tiếng Anh đến từ New Zealand đã được trao học bổng cho các em hai năm một lần. Triển lãm Thế giới năm 1851, khiến nó có thể đến Anh để nghiên cứu các ngành khoa học. Năm 1895, người ta quyết định rằng hai người New Zealand xứng đáng được vinh danh như vậy - nhà vật lý Rutherford và nhà hóa học Maclaurin. Tuy nhiên, chỉ có một nơi duy nhất, và hy vọng của Ernest đã tan thành mây khói. May mắn thay, Maclaurin buộc phải từ bỏ chuyến đi này vì lý do gia đình, và Rutherford Ernest đến Anh vào mùa thu năm 1895. Tại đây, ông bắt đầu làm việc tại Đại học Cambridge (trong Phòng thí nghiệm Cavendish) và trở thành nghiên cứu sinh tiến sĩ đầu tiên của J. Thomson, giám đốc của nó (hình bên dưới).
Nghiên cứu tia Becquerel
Thomson vào thời điểm đó đã là một nhà khoa học nổi tiếng, một trong những thành viên của Hiệp hội Hoàng gia London, được mọi người kính trọng. Ông nhanh chóng đánh giá cao khả năng của Rutherford và cho ông tham gia nghiên cứu sự ion hóa của các chất khí dưới tác động của tia X, mà ông đã thực hiện. Tuy nhiên, đã vào năm 1898, vào mùa hè, Ernest thực hiện những bước đầu tiên của mình trong một lĩnh vực nghiên cứu khác. Ông quan tâm đến "tia becquerel". Sự phát thải của muối uranium, mởBecquerel, một nhà vật lý người Pháp, sau này được gọi là chất phóng xạ. Nhà khoa học người Pháp cũng như gia đình Curies đã tích cực tham gia vào nghiên cứu của mình. Năm 1898 Rutherford Ernest tham gia công việc. Nhà khoa học này đã phát hiện ra rằng những chùm tia này bao gồm các dòng hạt nhân heli, mang điện tích dương (hạt alpha), cũng như các dòng electron (hạt beta).
Nghiên cứu sâu hơn về tia uranium
Công trình của Curies được trình bày cho Viện Hàn lâm Khoa học Paris vào ngày 18 tháng 7 năm 1898, điều này đã khơi dậy sự quan tâm lớn của Rutherford. Trong đó, các tác giả chỉ ra rằng ngoài uranium, còn có các nguyên tố phóng xạ khác (thuật ngữ này được sử dụng lần đầu tiên khi đó). Rutherford sau đó đã đưa ra khái niệm chu kỳ bán rã - một trong những đặc điểm phân biệt chính của các nguyên tố này.
Ernest vào tháng 12 năm 1897 đã mở rộng học bổng triển lãm. Nhà khoa học có cơ hội nghiên cứu sâu hơn về các tia uranium. Tuy nhiên, vào tháng 4 năm 1898, một chức vụ giáo sư tại Đại học McGill địa phương ở Montreal bị bỏ trống, và Ernest quyết định đến Canada. Thời gian học việc đã trôi qua. Mọi người đều thấy rõ rằng Rutherford đã sẵn sàng làm việc của riêng mình.
Chuyển đến Canada và công việc mới
Vào mùa thu năm 1898, ông chuyển đến Canada. Lúc đầu, việc giảng dạy của Rutherford không thành công lắm: các sinh viên không thích bài giảng, điều mà vị giáo sư trẻ, người chưa được học để cảm nhận hoàn toàn khán giả, quá bão hòa với các chi tiết. Cũng có một số khó khăn trong công việc khoa học do sự xuất hiện của các chế phẩm phóng xạ do Rutherford đặt hàng bị chậm trễ. Tuy nhiên, tất cảnhững khó khăn sớm được giải quyết, và Ernest bắt đầu một chuỗi may mắn và thành công. Tuy nhiên, thật khó để nói về thành công: mọi thứ đều đạt được nhờ làm việc chăm chỉ, có sự tham gia của những người bạn mới và những người cùng chí hướng của anh ấy.
Khám phá định luật biến đổi phóng xạ
Xung quanh Rutherford đã hình thành một bầu không khí đầy nhiệt huyết và đam mê sáng tạo. Công việc vui vẻ, dồn dập dẫn đến thành công rực rỡ. Rutherford phát hiện ra sự hình thành của thorium vào năm 1899. Cùng với Soddy vào năm 1902-1903, ông đã đi đến một định luật chung áp dụng cho tất cả các phép biến đổi phóng xạ. Cần nói thêm một chút về sự kiện khoa học quan trọng này.
Các nhà khoa học trên thế giới vào thời điểm đó đã khẳng định chắc chắn rằng không thể biến một nguyên tố hóa học này thành một nguyên tố hóa học khác, vì vậy ước mơ khai thác vàng từ chì của các nhà giả kim thuật sẽ bị chôn vùi vĩnh viễn. Và sau đó một công trình xuất hiện trong đó người ta lập luận rằng trong quá trình phân rã phóng xạ, sự biến đổi của các nguyên tố không chỉ xảy ra, mà chúng không thể bị chậm lại hoặc dừng lại. Hơn nữa, định luật của các phép biến đổi này đã được xây dựng. Ngày nay chúng ta hiểu rằng chính điện tích của hạt nhân quyết định tính chất hóa học của nguyên tố và vị trí của nó trong hệ thống tuần hoàn Mendeleev. Khi điện tích của hạt nhân giảm đi hai đơn vị, xảy ra trong quá trình phân rã alpha, nó "di chuyển" lên 2 ô trong bảng tuần hoàn. Nó dịch chuyển một ô xuống trong phân rã beta điện tử, và một ô lên trong phân rã positron. Bất chấp tính hiển nhiên của định luật này và sự đơn giản rõ ràng của nó, khám phá này là một trong những sự kiện quan trọng nhất trong khoa học vào đầu những năm 20kỷ.
Kết hôn với Mary Georgina Newton, sinh một cô con gái
Cùng lúc đó, một sự kiện quan trọng xảy ra trong cuộc đời cá nhân của Ernest. 5 năm sau khi đính hôn với Mary Georgina Newton, nhà khoa học Ernest Rutherford đã kết hôn với cô, người có tiểu sử cho đến thời điểm này đã được đánh dấu bởi những thành tựu đáng kể. Cô gái này là con gái của bà chủ khu nhà trọ ở Christchurch nơi anh từng sống. Năm 1901, vào ngày 30 tháng 3, cô con gái duy nhất trong gia đình Rutherford chào đời. Sự kiện này gần như trùng thời điểm với sự ra đời của một chương mới trong khoa học vật lý - vật lý hạt nhân. Và sau 2 năm, Rutherford trở thành thành viên của Hiệp hội Hoàng gia London.
Sách của Rutherford, thí nghiệm về giấy bạc mờ với các hạt alpha
Ernest đã tạo ra 2 cuốn sách, trong đó ông tóm tắt các kết quả tìm kiếm và thành tựu khoa học của mình. Cuốn đầu tiên được xuất bản với tựa đề "Phóng xạ" vào năm 1904. "Sự biến đổi phóng xạ" xuất hiện một năm sau đó. Tác giả của những cuốn sách này đã bắt đầu nghiên cứu mới vào thời điểm này. Ông nhận ra rằng chính từ các nguyên tử mà bức xạ phóng xạ đã phát ra, nhưng nơi xảy ra nó vẫn hoàn toàn không rõ ràng. Nó là cần thiết để nghiên cứu thiết bị của hạt nhân. Và sau đó Ernest chuyển sang kỹ thuật xuyên kim với các hạt alpha, từ đó ông bắt đầu công việc của mình với Thomson. Các thí nghiệm đã nghiên cứu cách dòng chảy của các hạt này đi qua các tấm lá mỏng.
Mô hình nguyên tử đầu tiên của Thomson
Mô hình nguyên tử đầu tiên được đề xuất khi người ta biết rằng các electron mang điện tích âm. Tuy nhiên, chúng xâm nhập vào nguyên tử,nói chung là trung tính về điện. Vì vậy, phải có một cái gì đó trong thành phần của nó mang điện tích dương. Để giải quyết vấn đề này, Thomson đã đề xuất mô hình sau: một nguyên tử giống như một giọt nước, tích điện dương, có bán kính một trăm phần triệu centimet. Bên trong nó là những electron cực nhỏ mang điện tích âm. Dưới tác động của lực Coulomb, chúng có xu hướng chiếm một vị trí trong chính tâm của nguyên tử, nhưng nếu có thứ gì đó làm mất cân bằng chúng, chúng sẽ dao động, kèm theo bức xạ. Mô hình này đã giải thích sự tồn tại của quang phổ phát xạ, một thực tế đã được biết đến vào thời điểm đó. Từ các thí nghiệm đã trở nên rõ ràng rằng trong chất rắn, khoảng cách giữa các nguyên tử xấp xỉ bằng kích thước của chúng. Do đó, có vẻ như hiển nhiên rằng các hạt alpha không thể bay qua một lớp giấy bạc, cũng như một viên đá không thể bay qua một khu rừng nơi các cây mọc gần như gần nhau. Tuy nhiên, những thí nghiệm đầu tiên được thực hiện bởi Rutherford đã thuyết phục rằng điều này không phải như vậy. Hầu hết các hạt alpha xuyên qua lá kim loại gần như không bị lệch, và chỉ một số ít bị lệch, đôi khi đáng kể. Ernest Rutherford rất quan tâm đến điều này. Sự thật thú vị cần được nghiên cứu thêm.
Mô hình hành tinh Rutherford
Và rồi trực giác của Rutherford và khả năng hiểu ngôn ngữ tự nhiên của nhà khoa học này một lần nữa xuất hiện. Ernest kiên quyết bác bỏ mô hình nguyên tử của Thomson. Các thí nghiệm của Rutherford đã dẫn đến sự thật rằng anh ấy đã đưa ra hành tinh của riêng mình, được gọi là hành tinh. Theo cô, ở trung tâmcủa một nguyên tử là hạt nhân, trong đó toàn bộ khối lượng của một nguyên tử nhất định được tập trung, mặc dù kích thước của nó khá nhỏ. Và xung quanh hạt nhân, giống như các hành tinh quay quanh mặt trời, các electron chuyển động. Về cơ bản, khối lượng của chúng nhỏ hơn đáng kể so với khối lượng của các hạt alpha, và đó là lý do tại sao khối sau thực tế không bị lệch khi chúng xuyên qua các đám mây electron. Và chỉ khi một hạt alpha bay đến gần một hạt nhân mang điện tích dương, lực đẩy Coulomb mới có thể bẻ cong mạnh quỹ đạo chuyển động của nó. Đây là lý thuyết của Rutherford. Đó chắc chắn là một khám phá tuyệt vời.
Quy luật điện động lực học và mô hình hành tinh
Kinh nghiệm của Rutherford đủ để thuyết phục nhiều nhà khoa học về sự tồn tại của một mô hình hành tinh. Tuy nhiên, nó chỉ ra rằng nó không phải là rõ ràng như vậy. Công thức của Rutherford, mà ông suy ra dựa trên mô hình này, phù hợp với dữ liệu thu được trong quá trình thử nghiệm. Tuy nhiên, cô ấy bác bỏ định luật điện động lực học!
Các định luật này, được thiết lập chủ yếu bởi các công trình của Maxwell và Faraday, nói rằng một điện tích chuyển động với tốc độ gia tốc sẽ bức xạ sóng điện từ và mất năng lượng vì điều này. Trong nguyên tử của Rutherford, electron chuyển động trong trường Coulomb của hạt nhân với tốc độ gia tốc và theo lý thuyết của Maxwell, nó phải mất hết năng lượng trong mười phần triệu giây, rồi rơi vào hạt nhân. Tuy nhiên, điều này đã không xảy ra. Do đó, công thức của Rutherford đã bác bỏ lý thuyết của Maxwell. Ernest biết điều này khi trở về Anh vào năm 1907.
Di chuyển đến Manchester và nhận giải Nobel
Công việc của Ernest ở McGillTrường đại học đã góp phần vào việc anh ấy trở nên rất nổi tiếng. Rutherford bắt đầu tranh giành những lời mời đến các trung tâm khoa học ở các quốc gia khác nhau. Vào mùa xuân năm 1907, nhà khoa học quyết định rời Canada và đến Manchester, tại Đại học Victoria, nơi ông tiếp tục nghiên cứu của mình. Cùng với H. Geiger, vào năm 1908, ông đã tạo ra máy đếm hạt alpha - một thiết bị mới đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện ra rằng các hạt alpha là nguyên tử heli, bị ion hóa gấp đôi. Rutherford Ernest, người có những khám phá có tầm quan trọng lớn, đã nhận được giải Nobel năm 1908 (về hóa học, không phải về vật lý!).
Hợp tác với Niels Bohr
Trong khi đó, mô hình hành tinh ngày càng chiếm trọn tâm trí anh. Và vào tháng 3 năm 1912, Rutherford bắt đầu hợp tác và làm bạn với Niels Bohr. Công lao lớn nhất của Bohr (ảnh của anh ấy được trình bày bên dưới) là anh ấy đã đưa các tính năng mới về cơ bản vào mô hình hành tinh - ý tưởng về lượng tử.
Anh ấy đưa ra "định đề" thoạt nhìn có vẻ mâu thuẫn nội bộ. Theo ông, nguyên tử có quỹ đạo. Một electron, chuyển động dọc theo chúng, không bức xạ, trái với định luật điện động lực học, mặc dù nó có gia tốc. Nhà khoa học này đã chỉ ra một quy luật mà các quỹ đạo này có thể được tìm thấy. Ông phát hiện ra rằng lượng tử bức xạ chỉ xuất hiện khi một electron chuyển từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác. Mô hình Rutherford-Bohr của nguyên tử đã giải quyết được nhiều vấn đề, và cũng trở thành một bước đột phá trong thế giới của những ý tưởng mới. Khám phá của nó đã dẫn đến một sự sửa đổi triệt để các ý tưởng về vật chất, về chuyển động của nó.
Các hoạt động mở rộng hơn nữa
Năm 1919Rutherford trở thành giáo sư tại Đại học Cambridge và là giám đốc Phòng thí nghiệm Cavendish. Hàng chục nhà khoa học đã coi ông là thầy của họ, kể cả những người sau này đã đoạt giải Nobel. Đó là J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Khariton, P. L. Kapitsa, G. Gamov và những người khác. Dòng chảy của các danh hiệu và giải thưởng ngày càng trở nên dồi dào hơn. Năm 1914, Rutherford được phong tước quý tộc. Ông trở thành Chủ tịch Hiệp hội Anh năm 1923, và từ năm 1925 đến năm 1930 là Chủ tịch Hiệp hội Hoàng gia. Ernest nhận được danh hiệu nam tước vào năm 1931 và trở thành lãnh chúa. Tuy nhiên, bất chấp khối lượng công việc ngày càng cao, và không chỉ là những công việc khoa học, ông vẫn tiếp tục công kích những bí ẩn của hạt nhân và nguyên tử.
Chúng tôi cung cấp cho bạn một thông tin thú vị liên quan đến các hoạt động khoa học của Rutherford. Được biết, Ernest Rutherford đã sử dụng tiêu chí sau khi lựa chọn nhân viên của mình: ông giao cho người lần đầu tiên đến gặp mình một nhiệm vụ, và nếu một nhân viên mới sau đó hỏi phải làm gì tiếp theo, anh ta ngay lập tức bị sa thải.
Nhà khoa học đã bắt đầu các thí nghiệm, kết thúc bằng việc khám phá ra sự phân hạch nhân tạo của các hạt nhân nguyên tử và sự biến đổi nhân tạo của các nguyên tố hóa học. Năm 1920, Rutherford dự đoán sự tồn tại của deuteron và neutron, và vào năm 1933, ông trở thành người khởi xướng và tham gia vào một thí nghiệm để kiểm tra mối quan hệ giữa năng lượng và khối lượng trong các quá trình hạt nhân. Năm 1932, vào tháng 4, ông ủng hộ ý tưởng sử dụng máy gia tốc proton trong nghiên cứu phản ứng hạt nhân.
Cái chết của Rutherford
Các tác phẩm của Ernest Rutherford và công trình nghiên cứu của các sinh viên của ông, thuộc nhiều thế hệ, đã có tác động to lớn đến khoa học và công nghệ, đến cuộc sống của hàng triệu người. Tất nhiên, nhà khoa học vĩ đại không thể không suy nghĩ xem liệu ảnh hưởng này có tích cực hay không. Tuy nhiên, ông là một người lạc quan, tin tưởng vào khoa học và con người một cách linh thiêng. Ernest Rutherford, người có tiểu sử ngắn gọn mà chúng tôi đã mô tả, qua đời vào năm 1937, vào ngày 19 tháng 10. Ông được chôn cất tại Tu viện Westminster.
