Эрнест Резерфорд

Эрнест Резерфорд — британский физик новозеландского происхождения, основоположник ядерной физики, лауреат Нобелевской премии по химии 1908 года. Известен как создатель планетарной модели атома, первооткрыватель альфа- и бета-излучения, а также автор опыта по рассеянию альфа-частиц, который привёл к открытию атомного ядра. Считается одним из величайших экспериментаторов в истории науки.

Ранние годы и образование

Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 года в Брайтуотере, Новая Зеландия, в семье фермера и учительницы. Был четвёртым из двенадцати детей. С ранних лет проявлял способности к математике и естественным наукам. Окончил начальную школу в Фокстоне, затем учился в колледже Нельсона, где получил стипендию для обучения в Кентерберийском колледже (ныне — часть Университета Новой Зеландии) в Крайстчерче.

В 1892 году Резерфорд получил степень бакалавра искусств, в 1893 году — магистра искусств, а в 1894 году — степень бакалавра наук. Во время учёбы он занимался исследованиями в области электромагнетизма, в частности, разработал детектор радиоволн, который позже использовал Гульельмо Маркони. В 1895 году Резерфорд выиграл стипендию для продолжения обучения в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета под руководством Джозефа Джона Томсона.

Научная деятельность

Работа в Кавендишской лаборатории (1895–1898)

В Кембридже Резерфорд начал исследования радиоактивности, которая была открыта Анри Беккерелем в 1896 году. Совместно с Дж. Дж. Томсоном он изучал ионизацию газов под действием рентгеновского излучения. В 1897 году Резерфорд опубликовал работу, в которой показал, что уран испускает два типа излучения: легко поглощаемое (альфа-излучение) и более проникающее (бета-излучение). Это различие стало основой для дальнейшей классификации радиоактивных излучений.

Профессура в Монреале (1898–1907)

В 1898 году Резерфорд занял должность профессора физики в Университете Макгилла в Монреале, Канада. Там он продолжил исследования радиоактивности. В 1899 году он открыл и назвал альфа- и бета-излучение, а в 1900 году — гамма-излучение (совместно с Полем Вилларом). В 1902 году совместно с Фредериком Содди Резерфорд сформулировал теорию радиоактивного распада, согласно которой радиоактивные элементы самопроизвольно превращаются в другие элементы, испуская частицы. Эта теория опровергала устоявшееся представление о неизменности атомов. За эти работы Резерфорд был удостоен Нобелевской премии по химии в 1908 году.

Профессура в Манчестере (1907–1919)

В 1907 году Резерфорд переехал в Великобританию, став профессором физики Манчестерского университета. Именно здесь он провёл свой самый известный эксперимент — опыт по рассеянию альфа-частиц. В 1909 году под руководством Резерфорда его ассистенты Ганс Гейгер и Эрнест Марсден бомбардировали тонкую золотую фольгу альфа-частицами. Ожидалось, что частицы будут проходить сквозь фольгу с минимальными отклонениями, но эксперимент показал, что некоторые частицы отклонялись на большие углы, а отдельные отражались назад.

На основе этих результатов в 1911 году Резерфорд предложил планетарную модель атома: атом состоит из массивного положительно заряженного ядра, занимающего ничтожную долю объёма атома, и вращающихся вокруг него электронов. Эта модель заменила «пудинговую» модель Дж. Дж. Томсона, в которой положительный заряд распределялся по всему объёму атома. В 1914 году Резерфорд выдвинул гипотезу о существовании нейтрона, которая была подтверждена в 1932 году Джеймсом Чедвиком.

Работа в Кавендишской лаборатории (1919–1937)

В 1919 году Резерфорд сменил Дж. Дж. Томсона на посту директора Кавендишской лаборатории в Кембридже. В том же году он осуществил первую искусственную ядерную реакцию, бомбардируя азот альфа-частицами и получая изотоп кислорода и протон. Это открытие положило начало ядерной физике и ядерным реакциям. Под руководством Резерфорда в Кавендишской лаборатории работали многие выдающиеся физики, включая Джеймса Чедвика, Джона Кокрофта, Эрнеста Уолтона и Петра Капицу.

Основные научные достижения

• Открытие альфа-, бета- и гамма-излучений.
• Формулировка теории радиоактивного распада (совместно с Ф. Содди).
• Создание планетарной модели атома (1911).
• Открытие атомного ядра (1911).
• Первая искусственная ядерная реакция (1919).
• Предсказание существования нейтрона (1914).

Награды и звания

• Нобелевская премия по химии (1908).
• Медаль Румфорда (1905).
• Медаль Копли (1922).
• Президент Королевского общества (1925–1930).
• Член многих академий наук мира, включая Российскую академию наук (1922).

В 1914 году Резерфорд получил рыцарское звание, а в 1931 году — титул барона Резерфорда Нельсонского.

Личная жизнь и последние годы

В 1900 году Резерфорд женился на Мэри Ньютон, дочери домовладелицы. У них родилась одна дочь, Эйлин. Резерфорд был известен своим живым характером, любовью к гольфу и общению с коллегами. Он активно поддерживал молодых учёных, среди которых был и советский физик Пётр Капица.

Эрнест Резерфорд скончался 19 октября 1937 года в Кембридже после краткой болезни. Похоронен в Вестминстерском аббатстве, рядом с могилами Исаака Ньютона и Джеймса Клерка Максвелла.

Интересные факты

• Резерфорд получил Нобелевскую премию по химии, хотя сам считал себя физиком. Он шутил, что «все науки делятся на физику и коллекционирование марок».
• В опыте с золотой фольгой Резерфорд сравнивал отклонение альфа-частиц с тем, как если бы пушечное ядро отскочило от листа папиросной бумаги.
• В честь Резерфорда назван химический элемент резерфордий (Rf, номер 104), открытый в 1964 году.
• Его именем названа единица измерения активности радиоактивного источника — резерфорд (устаревшая, не входит в СИ).
• Резерфорд был наставником 11 будущих нобелевских лауреатов, работавших в его лаборатории.

Источники

• Э. Резерфорд. Избранные научные труды. — М.: Наука, 1971.
• Д. Эванс. Эрнест Резерфорд. — М.: Атомиздат, 1972.
• А. С. Сонин. Эрнест Резерфорд: жизнь и наука. — М.: Знание, 1987.
• J. Chadwick. The Collected Papers of Lord Rutherford of Nelson. — London: George Allen and Unwin, 1962–1965.
• E. N. da C. Andrade. Rutherford and the Nature of the Atom. — New York: Doubleday, 1964.
• Биографические данные Королевского общества Великобритании.