Эрнест Резерфорд

Эрнест Резерфорд — биография

---

Эрнест Резерфорд – британский ученый-физик с новозеландскими корнями, именуемый отцом ядерной физики. Нобелевский лауреат, рыцарь-бакалавр, обладатель титула английского барона.

Лорд Эрнест Резерфорд – ученый с мировым именем, чьи заслуги перед наукой стоят в одном ряду с достижениями Эйнштейна, Планка и Бора. В 2021 году исполнилось 150 лет со дня рождения исследователя: это прекрасный повод вспомнить, как мальчику с берегов пролива Кука удалось заглянуть в самое сердце атома и получить Нобелевскую премию.

Об открытиях Резерфорда знает каждый школьник. В учебниках описываются его опыты по изучению строения атома, положившие начало огромному направлению в науке – ядерной физике. Благодаря изысканиям ученого человечество получило ядерное оружие и атомные станции, узнало о возможностях Большого адронного коллайдера.

Детство и юность

Один из величайших умов человечества родился 30 августа 1871 года в новозеландском селе Спринг Гроув, что расположен в северной части Южного острова. Его родителями были простые фермеры – колесный мастер Джеймс Резерфорд и его жена Марта, работавшая школьной учительницей. Изначально супруги-англичане планировали жить в Канаде, но бесплатные билеты на корабль удалось получить только до Новой Зеландии.

Здесь переселенцы осели, завели детей и стали вести нехитрое фермерское хозяйство. У супругов родилось двенадцать наследников, четвертым из которых был Эрнест. Мальчик рос необычайно крепким, имел отличную память и способности к учебе.

Через некоторое время Резерфорды переехали на Северный остров, поселившись в селении Пунгареху провинции Таранаки. Решение о переезде принял отец семейства, наслушавшись разговоров о благодатной влажной почве местности, подходящей для возделывания льна. Это была самая настоящая глушь, которую местные аборигена маори называли Рыбой Мауи. Солнечные холмы и бескрайние свомпы стали для маленького Эрнеста поистине родными местами.

Здесь, в Пунгареху, Резерфорд с отличием окончил местную школу и даже получил материальное поощрение на последующее обучение. В колледже Нельсона он вновь стал одним из лучших студентов, получив государственную стипендию для поступления в университет Крайстчерча. Здесь юноша поначалу не мог определиться с предметом – его одинаково сильно влекли физика и математика. Профессор физики Биккертон смог увлечь студента именно своим предметом, продемонстрировав, сколько неизведанного еще осталось в этой науке.

Эрнест поражал профессора пытливостью ума, неиссякаемой тягой к исследованиям и смелостью в экспериментах. Он самостоятельно выбирал предметы для изучения, строил планы проведения опытов, создавал приборы, фиксирующие ход испытаний. Из лаборатории молодого ученого было попросту не выманить.

Первые шаги в науке

В 1892 году Резерфорд закончил работу над магистерской диссертацией «Намагничивание железа при высокочастотных разрядах». Этот труд был посвящен радиоволнам, которые в те годы активно изучались научным сообществом. В частности, над улавливанием радиоволн и возможностью беспроводного способа связи работали такие светила, как Гульельмо Маркони и Александр Попов.

Исследовательская работа молодого ученого дала жизнь новому изобретению – магнитному детектору, ставшему прототипом современного приемника электромагнитных волн. Разумеется, создателем радио Резерфорда назвать нельзя, ведь Маркони с Поповым в своих изысканиях продвинулись намного дальше. Тем не менее, столь мощный научный труд принес Эрнесту первое признание и стипендию на обучение в Кембриджском университете. Покидая родной Северный остров, молодой человек оставил здесь частичку своего сердца – будущую жену Мэри и любимую маму.

Новость о присужденной стипендии застала молодого ученого за выкопкой картошки на отцовской ферме. По воспоминаниям матери, сын швырнул лопату и радостно воскликнул: «Это была последняя картофелина, которую я выкопал!».

Вообще, многие факты биографии ученого сохранились благодаря его матери. Женщина была для Эрнеста не просто родным человеком, но и близким другом. Именно она стала первой учительницей сына, открывшей ему удивительный мир науки. Практически всю взрослую жизнь исследователь провел вдали от дома, но при этом не переставал вести переписку с любимой мамой.

В 1931 году 60-летний ученый, нобелевский лауреат получил титулы баронета и лорда. Первая же телеграмма, адресованная Марте Резерфорд, гласила: «Итак, я лорд Резерфорд. Это твоя заслуга, а не моя. Люблю, Эрнест».

Лаборатория Кавендиша в Кембридже

Девятнадцатый век для физики стал периодом прорыва: мир узнал о существовании термодинамики, закона сохранения энергии, электромагнетизма. Все чаще звучало мнение, что вот-вот настанет предел научных знаний, ведь человечество уже открыло все возможное.

С этим был в корне не согласен молодой, амбициозный ученый из далекой Новой Зеландии. Приехав в Англию, стипендиат сделал все, чтобы попасть в Кавендишскую лабораторию и начать исследования. Эрнест стал одним из первых иностранных докторантов, получивших право работать под началом Джона Джозефа Томсона.

Лаборатория Кавендиша считалась самым молодым заведением в структуре Кембриджа. Здесь проводились самые смелые исследования, например, прохождение электрического тока через газовую среду. К слову, за этот труд Джон Томсон в 1906 году получил Нобелевскую премию.

Эрнест мечтал продолжить работу с детектором волн, но его опередил Маркони, получивший в 1896 году грант от британского министерства почты. Резерфорду ничего не оставалось, кроме как двигаться в другом направлении. Он вместе со своим руководителем занялся изучением рентгеновских лучей, свойства которых волновали умы ученых всего мира. О радиоволнах молодой физик забыл навсегда, но не по причине уязвленного самолюбия. Просто любопытство пытливого изыскателя иссякло, и он решил изучать неизведанные до сих пор явления. Он стал ассистентом Томсона в исследованиях по ионизации газов.

Открытые мюнхенским физиком Вильгельмом Рентгеном Х-лучи стали предметом изучения для многих ученых мира. Во Франции в работу включились Анри Беккерель, в Великобритании – Джозеф Томсон и его команда. В 1896 году докторант лаборатории Кавендиша Эрнест Резерфорд начал первые опыты по прохождению рентгеновских лучей через баллоны, наполненные газом.

В том же году Анри Беккерель сделал заявление о том, что под воздействием урано-калиевой соли происходит засвечивание фотографической пластинки. Это явление позже назовут радиоактивностью и глубоко изучат, но тогда о нем не было известно практически ничего. Кому-то предстояло заняться этим вопросом.

Для испытателей уран был настоящей загадкой: они долго не могли понять, как этот элемент производит рентгеновские лучи, и почему это происходит всегда непрерывно и с одинаковой силой. Какие только действия не проводили с ураном – подвергали нагреванию, охлаждению, пропускали через него электрический ток, а он не переставал испускать загадочные лучи.

Незадолго до этого Резерфорд и Томсон сделали серьезное открытие: облучая газ, делали его электрическим проводником. Эта работа стала важнейшим шагом на пути к изучению строения атома. Статью «О прохождении электричества через газы, подвергнутые действию рентгеновых лучей» в 1896 году опубликовало лондонское научное издательство «Philosophical Magazine».

Проводя исследования в области электропроводимости газов, Томсон произвел замер массы отрицательно и положительно заряженных частиц. Каково же было его удивление, когда выяснилось, что отрицательные частицы имеют более чем в тысячу раз меньший вес, чем самый легчайший атом.

Уже в 20-м столетии ученые обнаружат, что вес электрона меньше массы протона более чем в 1800 раз. В лаборатории Кавендиша этим носителям отрицательного заряда было дано название – «корпускулы». В апреле 1897-го Томсон выступил с докладом на эту тему, но ему никто поначалу не поверил. К новости о том, что частица может иметь меньшую массу, чем атом, научное сообщество отнеслось скептически.

Исследования по теме урановой радиации и создаваемой ею электропроводимости продолжил ученик Томсона Эрнест Резерфорд. В 1898 году докторант переоткрыл урановое излучение, проведя глубокие исследования альфа- и бета- частиц. Поместив излучающие вещества в центр магнитного поля, ученый выяснил, что один поток направляется вправо, другой – влево, а третий стоит на месте. Труд по этой теме Эрнест опубликовал в 1899 году. Его исследования позволили провести финальную черту под всеми изысканиями девятнадцатого столетия и приблизить открытие теории строения вещества. Были даны определения: положительно заряженным частицам – альфа-излучение, а отрицательно заряженным – бета.

Весной 1898 года парижанка Мария Кюри опубликовала статью «О лучах, испускаемых соединениями тория и урана». 27-летний Резерфорд с присущим ему азартом подключился к научному соревнованию.

В том же году Пьер и Мария Кюри объявили об открытии нового радиоактивного вещества, содержащегося в руде урана. Тогда в научном мире появилось понятие радиоактивности, которое сегодня хорошо знакомо каждому школьнику.

Поиск причин и природы радиоактивности

Вскоре Эрнесту доверили профессорскую кафедру и назначили достойный оклад. Это позволило ученому наладить наконец личную жизнь и жениться на возлюбленной Мэри Ньютон. Кафедра находилась в канадском университете Макгилла, и профессору пришлось перебраться на другой берег океана. За несколько лет работы Резерфорд превратил Монреаль в самый настоящий мировой центр изучения физики.

Хорошим лектором Эрнест никогда не был, зато руководителем и исследователем он был отменным. В самом конце 19-го века вышел его совместный с Оуэнсом труд «Радиация урана и тория», в котором освещались вопросы постоянной радиоактивности урана и переменной – тория.

В этот же период ученый работал над изучением «эманации тория», открыв «возбужденную радиоактивность» этого элемента. Эрнест ощущал небывалый подъем: его громогласный голос разносился по всему зданию факультета. Окружающим в те дни ученый и сам представлялся радиоактивным – настолько ярко излучал он свет своих открытий. Впоследствии выяснилось, что Резерфорд и вправду был носителем радиоактивного излучения после тысяч проведенных экспериментов. Кабинет исследователя в университете Монреаля по сей день вызывает реакцию прибора Гейгера.

Обосновавшись на новом месте, в 1900 году Эрнест привез сюда и будущую супругу Мэри Ньютон. После года совместной жизни у пары появилась дочь Эйлин.

Тем временем научная работа кипела и во Франции: супруги Пьер и Мария Кюри заявили об открытии радия и полония. Ученая чета обнаружила период ослабления радиоактивного излучения: более 600 минут для возбужденного излучения, 1 минуту для периода эманации.

Резерфорд прекрасно понимал, что для продолжения научной работы ему просто необходим радиохимик, которого в те годы было не сыскать. Однако вскоре удача улыбнулась профессору: в Канаду прибыл молодой оксфордский химик Фредерик Содди, который в будущем тоже станет нобелевским лауреатом. Совместно с новым коллегой в 1902 году Резерфорд издал исследовательский труд «Радиоактивность соединений тория». Эта работа приблизила человечество к получению модели атома.

В течение года Эрнест со своим помощником проводили эксперименты, в результате которых был сделан ряд важных открытий. Ученые выяснили, что, если радиоактивное вещество начинает испускать луч – это свидетельствует о начале преобразования атома, а каждый очередной всплеск служит сигналом серьезных изменений внутри атома. Поставленные опыты легли в основу масштабного труда «Причина и природа радиоактивности», где впервые изучался радиоактивный распад.

Таким образом было открыто естественное превращение элементов, благодаря чему исследователи поняли причину возникновения сверхновых веществ. Это был грандиозный вклад в базу знаний о строении мира. В это же время супруги Кюри и Беккерель стали нобелевскими лауреатами за открытие новых элементов – полония и радия.

В 1903-м Эрнест стал членом Лондонской королевской академии, а его французская коллега Мария Кюри удостоилась чести получить докторскую степень. Встретив ученую даму на торжественном мероприятии, Резерфорд заметил сильнейшее воспаление на ее руках. Да, это было следствие воздействия радиации, но разве могла лучевая болезнь испугать увлеченных изыскателей? Если бы кто-нибудь догадался поднести к столику Резерфорда, Кюри и Беккереля счетчик Гейгера, окружающие поразились бы раздавшемуся треску.

Манчестерский университет

Через четыре года профессор покинул Канаду и устроился заведующим отделением физики в манчестерский университет. В 1908 году 37-летний Эрнест получил Нобелевскую премию за огромный вклад в исследования химии радиоактивных веществ и распада элементов. Скромная жизнь на профессорский оклад осталась в прошлом: ученый обрел признание и богатство. Резерфорд наконец смог обеспечить семье достойное существование. Вместе с ним премию получали Илья Мечников, Пауль Эрлих и Габриэль Липпман.

Работая в Манчестере, исследователь познакомился с Гейгером, ставшим впоследствии соавтором некоторых его статей. В то же время один из последователей ученого проводил эксперименты с бомбардировками тонкого листа золота альфа-частицами. В результате опытов обнаружилось, что некоторые альфа-частицы отклоняются от траектории, и, встретив неведомую силу, тут отскакивают назад.

Планетарная модель атома

Таким образом выяснилось, что меняет направление лишь часть альфа-частиц. Это стало началом полного понимания устройства атома. Зимой 1911 года Резерфорд собрал в своем доме учеников, чтобы сообщить им нечто важное. С той встречи даже сохранился рисунок ученого: посередине круга красовалась мощная точка, сверху которой был изображен символ «+» — ядро атома, несущее положительный заряд. Вокруг центра и до границы круга доктор разместил множество знаков «-», изображающих отрицательно заряженные частицы. Таким схематическим рисунком Эрнест познакомил последователей со своим представлением о строении атома, которое позже стало настоящим прорывом в науке. В памяти студентов факультета физики этот день остался навечно. Ученые всего мира узнали об открытии весной 1911 года, когда в научном журнале «Philosophical magazine» была опубликована статья под названием «Рассеяние альфа- и бета-частиц в веществе и структура атома».

Ошеломляющий результат трудов профессора заставил мир стремительно меняться. Уже летом того же года в Брюсселе состоялось собрание светил науки, где главной темой обсуждения стали «излучение и кванты». А у Эрнеста появился новый последователь – Нильс Бор, который приехал специально, чтобы поучиться у великого мастера. Будущий создатель неклассической механики атома стал близким другом семейства Резерфордов. Впоследствии Бор обосновал «сырую» планетарную модель атома своего наставника. Труд молодого ученого «О конституции атомов и молекул» увидел свет в 1913 году, став одной из фундаментальных работ по изучению микромира.

В том же году Генри Мозли, еще один талантливый ученик профессора, путем научных экспериментов доказал теорию «Заряд ядра равен номеру элемента в таблице Менделеева». Довольный наставник ответил статьей в журнале «Nature», где сообщил, что его аспиранту удалось найти убедительное доказательство равности числа электронов в атоме табличному атомному номеру. Уже через год мистер Резерфорд из мистеров превратился в самого настоящего английского лорда и рыцаря.

После войны

В начале войны Резерфорды перебрались в Новую Зеландию. После возвращения профессор обнаружил пустую лабораторию: всех аспирантов призвали на фронт. Вернулись к научной работе не все: один из талантливейших учеников Эрнеста Генри Мозли погиб в боях под Дарданеллой.

Исследовательская деятельность профессора и его команды возобновилась в 1920-х годах. Почти сразу же после войны в лабораторию прибыл полный идей молодой российский физик Петр Капица.

Достоверно известно, что именно от Капицы Резерфорд получил шутливое прозвище «Крокодил». Скорее всего, Петр имел в виду громогласный, решительный образ своего учителя, напоминающий ему страшного зверя из сказки.

В начале 1930-х ученый удостоился чести стать английским пэром и Нельсоновским баронетом. У Резерфорда появился собственный герб, на котором красовалась новозеландская птичка киви. Помимо этого, на гербе появилось изображение экспоненты – убывающей кривой числа радиоактивных элементов.

Позже, в 1933 году, Петр Капица основал собственную лабораторию в Кембридже. На церемонии ее открытия посетители заметили огромного крокодила, высеченного во всю торцевую стену двухэтажного строения. Нетрудно догадаться, что это был портрет гениального учителя.

Личная жизнь

Со своей женой Мэри Ньютон, владелицей пансиона в новозеландском городке Крайстчерч, ученый познакомился еще в юности. Потом была работа в Канаде, поэтому свадьба состоялась только через пять лет после помолвки.

Из сохранившихся записей обоих супругов можно сделать вывод, что их личная жизнь была вполне счастливой. В браке родилась единственная наследница – дочь Эйлин.

Смерть

Фермерский сын Резерфорд внес в мировую науку вклад, сопоставимый с достижениями Альберта Эйнштейна и Нильса Бора. Когда выяснилось наличие у ученого пупочной грыжи, за его лечение взялись самые титулованные доктора. Врачебное сообщество долго не могло решить, какому хирургу доверить оперировать гениального профессора, да к тому же английского лорда.

Однако решение надо было принимать как можно быстрее – состояние больного стремительно ухудшалось. Медики же, опасаясь ответственности, допустили серьезную проволочку и не провели операцию вовремя. В результате 19 октября 1937 года Эрнест Резерфорд скончался, оставив после себя великое наследие из важнейших научных открытий.

Профессор похоронен на кладбище Вестминстерского аббатства. Его художественные портреты и фотографии сегодня можно встретить практически во всех технических университетах и на страницах учебников.

Память

• Один из самых уважаемых ученых мира, Эрнест Резерфорд дал свое имя:
• химическому элементу №104 – Резерфордию;
• национальной британской лаборатории Резерфорда – Эплтона;
• кратеру на обратной стороне Луны;
• астероиду Резерфордия;
• мемориальному ордену Канадского королевского общества;
• медали британского Института физики;
• ордена новозеландского Королевского общества.

Научные труды

• Нуклеарное строение атома
• Биография альфа-частицы
• Естественное и искусственное разложение элементов
• Атомные ядра и их превращения
• Дискуссия о строении атомного ядра
• Современная алхимия
• Радиоактивность
• Строение атома и искусственное превращение элементов

Ссылки

• Страница в Википедии