Rutherford Ernest (roky života: 30. 8. 1871 - 19. 10. 1937) – anglický fyzik, tvorca planetárneho modelu atómu, zakladateľ jadrovej fyziky. Bol členom Kráľovskej spoločnosti v Londýne av rokoch 1925 až 1930 - a jej prezidentom. Tento muž je nositeľom Nobelovej ceny za chémiu, ktorú dostal v roku 1908.
Budúci vedec sa narodil v rodine Jamesa Rutherforda, kolára, a Marthy Thompson, učiteľky. Okrem neho mala rodina 5 dcér a 6 synov.
Školenie a prvé ocenenia
Predtým, ako sa rodina v roku 1889 presťahovala z južného ostrova Nového Zélandu na Severný ostrov, študoval Rutherford Ernest v Christchurch na Canterbury College. Už v tomto čase sa ukázali skvelé schopnosti budúceho vedca. Ernest bol po absolvovaní 4. ročníka ocenený za najlepšiu prácu v oblasti matematiky a taktiež obsadil 1. miesto na magisterských skúškach z fyziky a matematiky.
Vynález magnetického detektora
Rutherford sa nestal majstrom umeniaopustil vysokú školu. Vrhol sa do samostatnej vedeckej práce o magnetizácii železa. Vyvinul a vyrobil špeciálny prístroj – magnetický detektor, ktorý sa stal jedným z prvých prijímačov elektromagnetických vĺn na svete, ako aj Rutherfordovým „vstupenkou“do veľkej vedy. Čoskoro nastala v jeho živote dôležitá zmena.
Rutherford ide do Anglicka
Najnadanejšie mladé subjekty anglickej koruny z Nového Zélandu dostávali každé dva roky štipendium. Svetová výstava v roku 1851, ktorá umožnila ísť študovať vedu do Anglicka. V roku 1895 sa rozhodlo, že dvaja Novozélanďania sú hodní takejto pocty – fyzik Rutherford a chemik Maclaurin. Bolo však len jedno miesto a Ernestove nádeje boli zmarené. Našťastie bol Maclaurin nútený túto cestu z rodinných dôvodov opustiť a Rutherford Ernest prišiel do Anglicka na jeseň roku 1895. Tu začal pracovať na University of Cambridge (v Cavendish Laboratory) a stal sa prvým doktorandom J. Thomsona, jej riaditeľa (na obrázku nižšie).
Štúdium Becquerelových lúčov
Thomson bol v tom čase už známym vedcom, jedným z členov Kráľovskej spoločnosti v Londýne, ktorého všetci rešpektovali. Rýchlo ocenil Rutherfordove schopnosti a zapojil ho do práce na štúdiu ionizácie plynov pod vplyvom röntgenového žiarenia, ktorú realizoval. Avšak už v roku 1898, v lete, Ernest podniká prvé kroky v inej oblasti výskumu. Zaujímal sa o „bequerelské lúče“. Emisie uránovej soli, otvorenéBecquerel, francúzsky fyzik, sa neskôr stal známym ako rádioaktívny. Francúzsky vedec, ako aj manželia Curieovci, sa aktívne venovali jeho výskumu. V roku 1898 sa k dielu pridal Rutherford Ernest. Tento vedec zistil, že tieto lúče zahŕňajú prúdy jadier hélia, kladne nabité (častice alfa), ako aj prúdy elektrónov (častice beta).
Ďalšia štúdia uránových lúčov
Práca Curieovcov bola predstavená Parížskej akadémii vied 18. júla 1898, čo vzbudilo veľký záujem Rutherforda. Autori v ňom poukázali na to, že okrem uránu existujú aj ďalšie rádioaktívne (tento termín bol prvýkrát použitý práve vtedy) prvky. Rutherford neskôr predstavil koncept polčasu rozpadu - jeden z hlavných charakteristických znakov týchto prvkov.
Ernest v decembri 1897 predĺžil výstavné štipendium. Vedec dostal príležitosť ďalej študovať lúče uránu. V apríli 1898 sa však v Montreale uvoľnila profesúra na miestnej McGill University a Ernest sa rozhodol odísť do Kanady. Čas učňovskej prípravy uplynul. Každému bolo jasné, že Rutherford je pripravený pracovať sám.
Sťahovanie do Kanady a nová práca
Na jeseň roku 1898 sa presťahoval do Kanady. Rutherfordovo vyučovanie sa spočiatku veľmi nevydarilo: študentom sa nepáčili prednášky, ktoré mladý profesor, ktorý sa ešte nenaučil naplno vnímať publikum, presýtil detailmi. Vo vedeckej práci sa vyskytli aj určité ťažkosti v dôsledku toho, že príchod rádioaktívnych prípravkov nariadených Rutherfordom sa oneskoril. Avšak, všetkydrsnosť sa čoskoro vyrovnala a Ernest začal sériu šťastia a úspechu. Sotva je však vhodné hovoriť o úspechu: všetko dosiahol tvrdou prácou, na ktorej sa podieľali jeho noví priatelia a podobne zmýšľajúci ľudia.
Objavenie zákona o rádioaktívnych premenách
V okolí Rutherfordu sa už vtedy vytvorila atmosféra tvorivého nadšenia a vášne. Práca bola radostná a intenzívna, viedla k veľkému úspechu. Rutherford objavil emanáciu tória v roku 1899. Spolu so Soddym v rokoch 1902-1903 už dospel k všeobecnému zákonu platnému pre všetky rádioaktívne premeny. O tejto významnej vedeckej udalosti by sa malo povedať trochu viac.
Vedci na celom svete v tom čase pevne zistili, že nie je možné premeniť jeden chemický prvok na druhý, takže sny alchymistov o extrakcii zlata z olova by mali byť navždy pochované. A potom sa objavila práca, v ktorej sa tvrdilo, že pri rádioaktívnych rozpadoch k premenám prvkov nielen dochádza, ale nemožno ich ani spomaliť, ani zastaviť. Okrem toho boli formulované zákony týchto transformácií. Dnes chápeme, že je to náboj jadra, ktorý určuje chemické vlastnosti prvku a jeho polohu v periodickom systéme Mendelejeva. Keď sa náboj jadra zníži o dve jednotky, čo nastáva pri rozpade alfa, "posunie" sa o 2 bunky v periodickej tabuľke hore. Posúva o jednu bunku nadol pri elektronickom beta rozpade a o jednu bunku nahor pri pozitrónovom rozpade. Napriek samozrejmosti tohto zákona a jeho zjavnej jednoduchosti bol tento objav jednou z najdôležitejších udalostí vo vede na začiatku 20.storočia.
Manželstvo s Mary Georginou Newton, narodenie dcéry
V Ernestovom osobnom živote sa zároveň stala dôležitá udalosť. 5 rokov po zasnúbení s Mary Georginou Newtonovou sa s ňou oženil vedec Ernest Rutherford, ktorého biografia už bola v tom čase poznačená významnými úspechmi. Toto dievča bolo dcérou majiteľky penziónu v Christchurch, kde kedysi býval. V roku 1901 sa 30. marca narodila jediná dcéra v rodine Rutherfordovcov. Táto udalosť sa takmer časovo zhodovala so zrodom novej kapitoly fyzikálnej vedy – jadrovej fyziky. A po 2 rokoch sa Rutherford stal členom Kráľovskej spoločnosti v Londýne.
Rutherfordove knihy, experimenty na priesvitnej fólii s časticami alfa
Ernest vytvoril 2 knihy, v ktorých zhrnul výsledky svojich vedeckých výskumov a úspechov. Prvá vyšla pod názvom „Rádioaktivita“v roku 1904. „Rádioaktívne premeny“sa objavili o rok neskôr. Autor týchto kníh začal v tomto čase s novým výskumom. Uvedomil si, že práve z atómov vychádza rádioaktívne žiarenie, no miesto jeho výskytu zostalo absolútne nejasné. Bolo potrebné študovať zariadenie jadra. A potom sa Ernest priklonil k technike transiluminácie alfa časticami, s ktorou začal svoju prácu s Thomsonom. Experimenty skúmali, ako prúdenie týchto častíc prechádza tenkými plátmi fólie.
Thomsonov prvý model atómu
Prvý model atómu bol navrhnutý, keď sa zistilo, že elektróny majú záporný náboj. Vstupujú však do atómov,sú vo všeobecnosti elektricky neutrálne. Takže v jeho zložení musí byť niečo, čo nesie pozitívny náboj. Na vyriešenie tohto problému Thomson navrhol nasledujúci model: atóm je niečo ako kvapka, kladne nabitá, s polomerom sto milióntiny centimetra. Vo vnútri sú drobné elektróny so záporným nábojom. Pod vplyvom Coulombových síl majú tendenciu zaujať polohu v samom strede atómu, no ak ich niečo vyvedie z rovnováhy, rozkmitajú sa, sprevádzané žiarením. Tento model vysvetľoval existenciu emisných spektier, fakt známy v tom čase. Z experimentov už vyplynulo, že v pevných látkach sú vzdialenosti medzi atómami približne rovnaké ako ich veľkosti. Zdalo sa teda zrejmé, že častice alfa nemôžu preletieť fóliou, rovnako ako kameň nemôže preletieť lesom, kde stromy rástli takmer blízko seba. Už prvé experimenty, ktoré vykonal Rutherford, však presvedčili, že to tak nie je. Väčšina alfa častíc prerazila fóliu takmer bez vychýlenia a len niekoľko vykazovalo vychýlenie, niekedy výrazné. Ernesta Rutherforda to veľmi zaujímalo. Zaujímavé fakty si vyžadovali ďalšie štúdium.
Rutherfordský planetárny model
A potom sa opäť objavila Rutherfordova intuícia a schopnosť tohto vedca porozumieť jazyku prírody. Ernest Thomsonov model atómu rezolútne odmietol. Rutherfordove experimenty viedli k tomu, že predložil svoje vlastné, nazývané planetárne. Podľa nej v centreatómu je jadro, v ktorom je sústredená celá hmotnosť daného atómu, napriek jeho pomerne malej veľkosti. A okolo jadra, podobne ako planéty obiehajúce okolo Slnka, sa pohybujú elektróny. Ich hmotnosti sú podstatne menšie ako hmotnosti častíc alfa, a preto sa tieto častice pri prieniku do elektrónových oblakov prakticky neodchyľujú. A len keď alfa častica preletí blízko kladne nabitého jadra, Coulombova odpudivá sila môže prudko ohnúť trajektóriu jej pohybu. Toto je Rutherfordova teória. Bol to určite skvelý objav.
Zákony elektrodynamiky a planetárny model
Rutherfordova skúsenosť stačila na to, aby presvedčila mnohých vedcov o existencii planetárneho modelu. Ukázalo sa však, že to nie je také jednoznačné. Rutherfordov vzorec, ktorý odvodil na základe tohto modelu, bol v súlade s údajmi získanými počas experimentu. Vyvrátila však zákony elektrodynamiky!
Tieto zákony, ktoré boli stanovené najmä prácami Maxwella a Faradaya, uvádzajú, že náboj pohybujúci sa zrýchlenou rýchlosťou vyžaruje elektromagnetické vlny a kvôli tomu stráca energiu. V Rutherfordovom atóme sa elektrón pohybuje v Coulombovom poli jadra zrýchlenou rýchlosťou a podľa Maxwellovej teórie musí stratiť všetku svoju energiu za desaťmilióntinu sekundy a potom spadnúť na jadro. To sa však nestalo. V dôsledku toho Rutherfordov vzorec vyvrátil Maxwellovu teóriu. Ernest to vedel, keď v roku 1907 nastal čas vrátiť sa do Anglicka.
Presťahujte sa do Manchestru a získajte Nobelovu cenu
Ernestova práca v McGillUniverzita prispela k tomu, že sa stal veľmi známym. Rutherford začal súperiť s pozvaním do vedeckých centier v rôznych krajinách. Vedec sa na jar 1907 rozhodol opustiť Kanadu a prišiel do Manchestru na University of Victoria, kde pokračoval vo svojom výskume. Spolu s H. Geigerom vytvoril v roku 1908 počítadlo častíc alfa - nové zariadenie, ktoré zohralo dôležitú úlohu pri zistení, že častice alfa sú atómy hélia, dvojnásobne ionizované. Rutherford Ernest, ktorého objavy boli veľmi dôležité, dostal v roku 1908 Nobelovu cenu (za chémiu, nie za fyziku!).
Spolupráca s Nielsom Bohrom
Medzitým planetárny vzorec zamestnával jeho myseľ stále viac a viac. A v marci 1912 začal Rutherford spolupracovať a byť priateľom s Nielsom Bohrom. Najväčšou Bohrovou zásluhou (jeho fotografia je uvedená nižšie) bolo, že do planetárneho modelu zaviedol zásadne nové funkcie - myšlienku kvanta.
Predložil „postuláty“, ktoré sa na prvý pohľad zdali vnútorne protirečivé. Atóm má podľa neho obežné dráhy. Elektrón, ktorý sa po nich pohybuje, v rozpore so zákonmi elektrodynamiky nevyžaruje, hoci má zrýchlenie. Tento vedec poukázal na pravidlo, podľa ktorého možno tieto dráhy nájsť. Zistil, že kvantá žiarenia sa objavujú iba vtedy, keď sa elektrón pohybuje z obežnej dráhy na obežnú dráhu. Rutherford-Bohrov model atómu vyriešil mnohé problémy a stal sa aj prielomom do sveta nových myšlienok. Jeho objav viedol k radikálnej revízii predstáv o hmote, o jej pohybe.
Ďalšie rozsiahle aktivity
V roku 1919Rutherford sa stal profesorom na univerzite v Cambridge a riaditeľom Cavendish Laboratory. Desiatky vedcov ho právom považovali za svojho učiteľa, vrátane tých, ktorí neskôr získali Nobelove ceny. Sú to J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Khariton, P. L. Kapitsa, G. Gamov a i.. Tok vyznamenaní a ocenení bol čoraz hojnejší. V roku 1914 dostal Rutherford šľachtu. V roku 1923 sa stal prezidentom Britskej asociácie a v rokoch 1925 až 1930 bol prezidentom Kráľovskej spoločnosti. Ernest dostáva v roku 1931 barónsky titul a stáva sa lordom. Napriek stále vyššiemu pracovnému zaťaženiu, a to nielen vedeckému, naďalej útočí na záhady jadra a atómu.
Ponúkame vám jeden zaujímavý fakt súvisiaci s vedeckými aktivitami Rutherforda. Je známe, že Ernest Rutherford pri výbere svojich zamestnancov použil nasledujúce kritérium: osobe, ktorá za ním prišla prvýkrát, zadal úlohu, a ak sa ho nový zamestnanec spýtal, čo má robiť ďalej, bol okamžite prepustený.
Vedec už začal s experimentmi, ktoré skončili objavom umelého štiepenia atómových jadier a umelej premeny chemických prvkov. V roku 1920 Rutherford predpovedal existenciu deuterónu a neutrónu a v roku 1933 sa stal iniciátorom a účastníkom experimentu na testovanie vzťahu medzi energiou a hmotnosťou v jadrových procesoch. V roku 1932, v apríli, podporil myšlienku použitia protónových urýchľovačov pri štúdiu jadrových reakcií.
Smrť Rutherforda
Diela Ernesta Rutherforda a práce jeho študentov, patriacich niekoľkým generáciám, mali obrovský vplyv na vedu a techniku, na životy miliónov ľudí. Veľký vedec, samozrejme, nemohol nepomyslieť na to, či tento vplyv bude pozitívny. Bol však optimistom, posvätne veril vo vedu a v ľudí. Ernest Rutherford, ktorého krátky životopis sme opísali, zomrel v roku 1937, 19. októbra. Bol pochovaný vo Westminsterskom opátstve.
