Ърнест Ръдърфорд (Ernest Rutherford)
30 август 1871 г. – 19 октомври 1937 г.
Нобелова награда за химия, 1908 г.
(За изследванията му, засягащи разпада на радиоактивните вещества.)
Английският физик Ърнест Ръдърфорд е роден в Нова Зеландия, недалече от гр. Нелсън. Той е едно от дванадесетте деца на майстора на колелета и строителен работник Джеймс Ръдърфорд, шотландец по произход, и Марта (Томпсън) Ръдърфорд, учителка от Англия. Отначало Ръдърфорд посещава началното и средното местно училище, а след това става стипендиант на Нелсън колидж, частно висше училище, където се проявява като талантлив студент, особено по математика. Благодарение на успехите си в учението той получава още една стипендия, която му позволява да постъпи в Кентърбъри колидж (днес Canterbury University) в Крайстчърч, един от най-големите градове в Нова Зеландия.
В колежа Ръдърфорд изпитва силно влияние на преподавателя по физика и химия Е.У.Бикертън и математика Дж.Х.Х.Кук. След като през 1892 г. му е присъдена степента бакалавър по хуманитарни науки, той остава в Кентърбъри колидж и продължава заниманията си благодарение на получената стипендия по математика. На следващата година става магистър по хуманитарни науки, като взема най-добре от всички изпитите си по математика и физика. Магистърската му дисертация засяга откриването на високочестотните радиовълни, чието съществуване е доказано преди около десет години. За да изучи явлението, Ръдърфорд конструира безжичен радиоприемник (няколко години преди Гулелмо Маркони) и с негова помощ получава сигнали, които колегите му предават от разстояние половин миля.
През 1894 г. на Ръдърфорд е присъдена степен бакалавър по природни науки. В Кентърбъри колидж има традиция: всеки студент, който получи степен магистър по хуманитарни науки и остане в колежа, трябва да продължи изследванията си и да получи степен бакалавър по естествени науки. След това Ръдърфорд за кратко време преподава в едно от мъжките училища в Крайстчърч. Благодарение на необикновените си научни способности той е удостоен със стипендия на Тринити колидж, Кеймбридж, където се занимава в лабораторията Кавендиш, един от водещите световни центрове за научни изследвания.
В Кеймбридж Ръдърфорд работи под ръководството на английския физик Дж.Дж.Томсън. Томсън е дълбоко впечатлен от изследването на Ръдърфорд, свързано с радиовълните, и му предлага през 1896 г. да изучават заедно въздействието на рентгеновите лъчи (открити една година по-рано от Вилхелм Рентген) върху електрическите разряди в газовете. Сътрудничеството им се увенчава със сериозни резултати, сред които и откриването от Томсън на електрона - атомна частица, носеща отрицателен електрически заряд. Опирайки се на своите изследвания, Томсън и Ръдърфорд изказват предположението, че когато рентгеновите лъчи преминават през газ, разрушават атомите на газа, освобождавайки еднакво количество положително и отрицателно заредени частици. Тези частици те наричат йони. След тази работа Ръдърфорд се заема с изучаване на атомната структура.
През 1898 г. Ръдърфорд приема мястото на професор в Макгилския университет (Монреал, Канада), където започна серия важни експерименти, засягащи радиоактивното излъчване на елемента уран. Скоро той открива два вида такова излъчване: изпускане на алфа-лъчи, разпространяващи се само на късо разстояние, и на бета-лъчи, които се разпространяват на значително по-голямо разстояние. След това Ръдърфорд открива, че радиоактивният торий изпуска газообразен радиоактивен продукт, който той нарича "еманация".
По-нататъшните изследвания показват, че два други радиоактивни елемента - радий и актиний - също произвеждат еманация. На основата на тези и други открития Ръдърфорд достига до два важни за разбирането на природата на радиацията извода: всички известни радиоактивни елементи изпускат алфа и бета лъчи и, което е още по-важно, радиоактивността на всеки радиоактивен елемент след определен конкретен период от време намалява. Тези изводи дават основание да се предположи, че всичките радиоактивни елементи принадлежат към едно семейство атоми и че в основата на класификацията им може да се постави периода на намаляване на радиоактивността им.
Опирайки се на по-нататъшните изследвания, проведени в Макгилския университет през 1901-1902 г., Ръдърфорд и колегата му Фредерик Соди формулират основните принципи на създадената от тях теория за радиоактивността. В съответствие с нея радиоактивност се появява тогава, когато атомът откъсва частица от себе си, която се изхвърля с огромна скорост, и тази загуба превръща атома на един химически елемент в атом на друг. Предложената от Ръдърфорд и Соди теория противоречи на редица съществуващи по-рано представи, включително и на признаваната от всички дълго време концепция, според която атомите са неделими и неизменяеми частици.
Ръдърфорд прави по-нататъшни опити за получаване на резултати, които потвърждават изградената теория. През 1903 г. той доказва, че алфа-частиците имат положителен заряд. Тъй като те притежават измерима маса, "изхвърлянето" им от атома има решаващо значение за превръщането на едни радиоактивен елемент в друг. Създадената теория позволява на Ръдърфорд да предскаже и с каква скорост различните радиоактивни елементи ще се превръщат в това, което той нарича дъщерен материал. Ученият е убеден, че алфа-частиците не се различават от атомното ядро на хелия. Потвърждение на това е получено, когато Соди, работещ по това време с английския химик Уйлям Рамзи, открива, че еманацията на радия съдържа хелий, предполагаема алфа-частица.
Стремейки се да е по-близо до центъра на научните изследвания, през 1907 г. Ръдърфорд заема поста професор по физика в Манчестърския университет (Англия). С помощта на Ханс Гайгер, прославил се по-късно с изобретения от него гайгеров брояч, той създава в Манчестър школа по изучаване на радиоактивността.
След получаването на Нобеловата награда Ръдърфорд се заема да изучава явленията, които се наблюдават при бомбардиране на тънко златно фолио с алфа-частици, излъчвани от радиоактивен елемент като урана. Оказва се, че с помощта на ъгъла на отражение на алфа-частиците може да се изучи структурата на устойчивите елементи, от които е изградено фолиото. Според приетите по това време представи моделът на атома прилича на пудинг със стафиди: положителните и отрицателните заряди са равномерно разпределени вътре в атома и следователно не могат да променят значително посоката на движение на алфа-частиците. Но Ръдърфорд забелязва, че определени алфа-частици се отклоняват от очакваната посока доста повече, отколкото теорията допуска. Работейки с Ърнест Марсдън, студент от Манчестърския университет, ученият потвърждава, че доста голямо количество алфа-частици се отклоняват много повече, отколкото се очаква, някои от които под ъгъл по-голям от 90o.
Размишлявайки над това явление, Ръдърфорд предлага през 1911 г. нов модел на атома. Според неговата теория, която днес се е превърнала в общоприета, положително заредените частици са съсредоточени в тежкия център на на атома, а отрицателно заредените (електроните) обикалят около ядрото, на доста голямо разстояние от него. Този модел, подобен на миниатюрен модел на Слънчевата система, предполага, че атомите се състоят предимно от празно пространство. Широко признание теорията на Ръдърфорд получава, когато през 1913 г. към работата на учения в Манчестърския университет се присъединява датския физик Нилс Бор. Бор доказва, че в рамките на предлаганата от Ръдърфорд структура могат да бъдат обяснени общоизвестните физически свойства на водорода, а също така и на атомите на няколко по-тежки елемента.
Когато започва Първата световна война, Ръдърфорд е назначен за член на гражданския комитет на Управлението за изобретения и изследвания на британското Адмиралтейство и изучава проблема за определяне на местоположението на подводниците с помощта на акустика. След войната се връща в манчестърската лаборатория и през 1919 г. прави още едно фундаментално откритие. Изучавайки структурата на водородните атоми чрез бомбардирането им с алфа-частици, притежаващи висока скорост, той забелязва на детектора си сигнал, който може да се обясни като резултат от това, че ядрото на водородния атом се е раздвижило от сблъскване с алфа-частица. Но съвсем същият сигнал се появява и когато ученият заменя атомите на водорода с атоми на азот. Ръдърфорд обяснява причината за явлението с това, че бомбардирането е предизвикало разпад на устойчивия атом. Или при процес, аналогичен на естествено протичащия разпад, причиняван от радиацията, алфа-частицата избива единствения протон (ядрото на водородния атом) от устойчивото при нормални условия атомно ядро на азота и му придава чудовищна скорост. Още едно свидетелство в полза на това тълкуване на явлението е получено през 1934 г., когато Фредерик Жолио и Ирен Жолио-Кюри откриват изкуствената радиоактивност.
През 1919 г. Ръдърфорд се премества в Кеймбриджкия университет, наследявайки Томсън като професор по експериментална физика и директор на лабораторията Кавендиш, а през 1921 г. заема длъжността професор по естествени науки в Кралския лондонски институт. През 1930 г. е назначен за председател на правителствения консултативен съвет на Управлението за научни и промишлени изследвания. Намирайки се на върха на кариерата си, ученият привлича на работа в лабораторията си в Кеймбридж много талантливи млади физици, сред които М. П. Блакет, Джон Кокрофт, Джеймс Чадуик и Ърнест Уолтън. Въпреки че му остава по-малко време за активна изследователска работа, дълбоката заинтересованост от провежданите изследвания и умелото ръководство помагат на Ръдърфорд да поддържа високо равнище на работата, осъществявана в неговата лаборатория. Учениците и колегите му го помнят като мил и добър човек. Наред с присъщия му като на теоретик дар да предвижда Ръдърфорд притежава и практическа жилка. Затова именно е винаги точен в обясняването на наблюдаваните явления, колкото и необикновени да изглеждат на пръв поглед.
Обезпокоен от политиката, която провежда нацисткото правителство на Адолф Хитлер, през 1933 г. Ръдърфорд става президент на Академичния съвет за подпомагане, създаден да оказва съдействие на бежанците от Германия.
През 1900 г. по време на кратко пътуване до Нова Зеландия Ръдърфорд се жени за Мери Нютън, която му ражда дъщеря. Почти до края на живота си е в отлично здраве и умира в Кеймбридж след кратко боледуване. Погребан е в Уестминстърското абатство близо до гроба на Исак Нютон и Чарлз Дарвин.
Сред наградите, които Ръдърфорд получава, са медалът Ръмфорд (1904 г.) и
медалът Копли (1922 г.) на Лондонското кралско дружество, както и британският орден
"За заслуги" (1925 г.). През 1931 г. ученият получава титлата пер. Удостоен е с почетни
степени на Новозеландския, Кеймбриджкия, Висконсинския,
Пенсилванския
и Макгилския университет. Член-кореспондент е на Гьотингенското кралско дружество, а
също така член на Новозеландския философски институт, Американското философско
дружество, Академията на науките на Сент Луи, Лондонското кралско дружество и
Британската асоциация за съдействие на развитието на науката.
Превод
от руски: Павел Б. Николов
