Ernest Rutherford
gigatos | februarie 7, 2022
Rezumat
Ernest Rutherford, prim baron de Nelson Rutherford, OM, PC, FRS, PRS (30 august 1871 Spring Grove, Noua Zeelandă – 19 octombrie 1937 Cambridge, Anglia, Regatul Unit) a fost un fizician britanic născut în Noua Zeelandă.
Rutherford a avut posibilitatea de a primi educație încă din copilărie și a folosit-o pentru a reuși în studiile sale. A făcut propriile cercetări pe când era încă student și a fost acceptat în primul său grup de cercetare ca student postuniversitar la Universitatea din Cambridge, Anglia. Acesta a fost începutul cercetărilor fizicianului în domeniul radioactivității. Acestea au continuat pe tot parcursul vieții sale la diferite universități din întreaga lume, producând realizări majore.
Printre marile descoperiri din fizică, i se atribuie descoperirea nucleului atomic în cadrul unui experiment cunoscut în prezent sub numele de experimentul Rutherford. A studiat radioactivitatea și a fost primul care a introdus termenii de radiație alfa, beta și gamma. Rutherford a fost primul care a descoperit că jumătate din materialul radioactiv se dezintegrează într-un timp constant (timpul de înjumătățire). Rutherford a descoperit, de asemenea, protonul și a emis ipoteza existenței în atom a unor particule neîncărcate, neutronii. Rutherford a primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1908 pentru cercetările sale privind chimia elementelor radioactive.
Ernest s-a născut în Spring Grove, Noua Zeelandă, la 30 august 1871. Tatăl lui Ernest, James Rutherford, și mama sa, Martha Thompson, au emigrat împreună cu părinții lor în Noua Zeelandă la mijlocul secolului al XIX-lea, tatăl James din Scoția la vârsta de 4 ani, iar mama Martha din Anglia la vârsta de 13 ani. Ernest s-a născut într-o familie din clasa de mijloc. Potrivit diverselor surse, tatăl său a lucrat ca fermier și frezor de in în timpul vieții sale și a condus propria sa fabrică de cherestea, unde tânărul Ernest a lucrat, de asemenea, îndelung. Ernest a fost înconjurat de oameni muncitori și cu bune competențe tehnice. De asemenea, tatăl său a reparat și a întreținut utilaje și piese pentru diverse fabrici. Mama sa a fost profesoară și și-a învățat toți copiii să scrie și să citească. În familia Rutherford s-au născut 12 copii, cinci fete și șapte băieți. Ernest a fost al patrulea copil și al doilea fiu cel mai mare. Trei dintre frații lui Ernest au murit în copilărie, unul la naștere, iar doi s-au înecat în timpul unei excursii în familie. Acest lucru a dus la depresia mamei lui Ernest, din care aceasta nu și-a mai revenit niciodată în timpul vieții.
Copiii Rutherford au primit cu toții o educație bună, deoarece părinții lor prețuiau educația. Aprecierea părinților s-a datorat faptului că tatăl James nu a avut niciodată această oportunitate, iar mama Martha a avut. Mama sa credea că „orice cunoaștere înseamnă putere”. Ernest și-a petrecut anii de școală în școlile de la țară din localitatea în care a locuit până în 1886 (Foxhill Primary School 1876-81, Havelock Primary School 1882-86). A primit prima sa carte de științe de la școală la vârsta de 10 ani. În același an, Rutherford și-a construit propriul tun în miniatură, care, din fericire, a explodat fără să provoace pagube.
Citește și, istorie – Rusificare
Ani de studiu
În 1887, la a doua sa încercare, Ernest, în vârstă de 15 ani, a primit o bursă din partea Marlborough Board of Education la Nelson College, o școală secundară privată. S-a mutat departe de casă și a studiat cu succes la toate materiile, în special la matematică și științe. În timpul studiilor, a fost un jucător pasionat de rugby. După ce a părăsit școala în 1890, tot la a doua încercare, Ernest a reușit să obțină o bursă la Canterbury College din Christchurch, una dintre cele patru universități neozeelandeze. La Canterbury, Rutherford a avut norocul de a avea profesori străluciți care l-au făcut să se intereseze cu adevărat de cercetarea științifică. Pe parcursul celor trei ani de studii, a studiat latina, franceza și matematica. În 1892 a obținut licența (Bachelor of Arts) în matematică, matematică aplicată, latină, engleză, franceză și fizică. Datorită notelor sale excelente, a primit o bursă pentru un an de studii postuniversitare (anul „Honours”). În timpul acestui an suplimentar, dl Rutherford a obținut o diplomă de licență în geologie și chimie. De asemenea, a studiat în continuare matematica și fizica, efectuând în același timp cercetări independente, concentrându-se în principal asupra teoriei electricității și magnetismului. Principalele sale cercetări din acea perioadă au fost legate de inducția magnetică de înaltă frecvență și vâscozitatea magnetică a fierului și oțelului, domenii în care a publicat și primele sale lucrări. În timpul cercetărilor sale a dezvoltat, de asemenea, câteva dispozitive fizice noi, inclusiv un detector pentru impulsuri rapide de curent. În această perioadă a cunoscut-o și s-a îndrăgostit de Mary Newton, fiica proprietarului apartamentului în care studia.
Citește și, biografii – Francis Picabia
În calitate de student postuniversitar la universitate
Citește și, biografii – William Wordsworth
Cercetare și realizări în universități
Universitatea McGill, Montreal, Canada (1898-1907)
Universitatea din Manchester, Anglia (1907-19)
Universitatea din Cambridge, Laboratorul Cavendish, Anglia (1919-1937)
În 1898, Rutherford a acceptat un post de profesor la Universitatea McGill din Montreal, Canada (1898-1907). Universitatea avea laboratoare bine echipate, așa că Rutherford s-a mutat peste ocean. El a recrutat un tânăr chimist, Frederick Soddy, pentru a-l ajuta în cercetările sale și o studentă absolventă, Harriet Brooks, ca asistentă. Cu ajutorul lor, a demonstrat misterul dezintegrării radioactive: atomii unor elemente se descompun spontan în atomi de elemente mai ușoare. Aceasta a fost una dintre cele mai importante descoperiri ale carierei sale. După ce a descoperit că produsul final de dezintegrare a uraniului este plumbul, Rutherford și-a dat seama că, prin măsurarea proporțiilor relative de uraniu și plumb din minerale și a ratei de dezintegrare a atomilor de uraniu, se poate determina vârsta mineralelor. Datarea radioactivă a probelor de sol reprezintă și astăzi o parte importantă a cercetării geologice. Ca urmare a studiilor privind dezintegrarea elementelor grele, a fost dezvoltat conceptul de timp de înjumătățire, adică timpul necesar pentru ca jumătate din nucleele atomice ale unei substanțe radioactive să se dezintegreze în alte nuclee atomice.
Între 1902 și 1903, Rutherford și Soddy au dezvoltat teoria dezintegrării ca explicație pentru radioactivitate, considerată cea mai mare realizare a lui Rutherford la Universitatea McGill. În alchimie și în teoria elementelor de tranziție, atomii erau considerați a fi stabili, dar Rutherford și Soddy au susținut că energia radioactivă provine din interiorul atomului și că emisia spontană de particule alfa și beta marchează transformarea chimică a atomilor dintr-un element în altul. Dovezile copleșitoare din studiile experimentale i-au înăbușit pe cei care se îndoiau. Rutherford a crezut că particula alfa a fost cea care a contribuit cel mai mult la această schimbare chimică datorită masei concrete a particulei alfa. El a identificat o sarcină pozitivă pe particula alfa, dar nu a putut determina încă dacă era un ion de hidrogen sau de heliu.
În timpul petrecut la Universitatea McGill, Rutherford a acceptat din ce în ce mai mulți studenți cercetători, inclusiv femei, care erau puține la universitate la acea vreme. A fost o vorbitoare și o jurnalistă foarte solicitată. A fost ales membru al Societății Regale din Canada în 1900 și al Societății Regale din Londra în 1903. De asemenea, a scris cele mai importante manuale de radioactivitate din această perioadă. Prima sa carte despre radioactivitate a fost publicată în 1904. A primit burse, medalii și multe oferte de muncă. Mai târziu, în 1908, a primit Premiul Nobel pentru chimie pentru cercetările sale privind descompunerea elementelor și pentru rezultatele sale chimice privind substanțele radioactive. Un Rutherford nedumerit le spunea adesea prietenilor că cea mai rapidă schimbare pe care o cunoștea a fost trecerea sa de la fizician la chimist.
În 1900, Rutherford s-a întors pentru scurt timp în Noua Zeelandă pentru a se căsători cu iubita sa Mary Newton. Singurul lor copil, Eileen, s-a născut în 1901. Cuplul a vizitat Noua Zeelandă în 1905 pentru a reînnoi legăturile cu familiile lor.
Rutherford nu voia niciodată să stea prea mult timp pe loc și adesea avea în minte noi posibilități alternative. America de Nord avea o comunitate științifică bună, dar centrul fizicii terestre se afla în Europa. Anglia l-a atras din nou. Anglia era mai aproape de principalele centre științifice și avea mai mulți și mai buni studenți absolvenți. În 1907, când lui Rutherford i s-a oferit postul de director al Universității din Manchester, a acceptat.
În anul izbucnirii Primului Război Mondial (1914-1918), Rutherford a fost făcut cavaler. În timpul războiului, a efectuat cercetări pentru guvern, dezvoltând metode acustice pentru detectarea submarinelor. Aceste informații au fost apoi împărtășite americanilor. În același timp, a încercat fără succes să convingă tinerii oameni de știință că ar fi mai bine să-i folosească pentru a dezvolta și cerceta provocările din timpul războiului decât să le fie distruse viețile și talentul științific în tranșee. Spre sfârșitul războiului, în 1917, Rutherford a revenit la practica științei atomice. În timp ce bombarda atomi de lumină cu radiații alfa, Rutherford a observat că particulele rezultate au o energie mai mare decât cea a radiațiilor alfa și a presupus că particulele erau nuclee de hidrogen (protoni H+). Pe baza acestei observații, el a concluzionat că bombardamentul a transformat simultan atomii de azot în atomi de oxigen. Prin urmare, a reușit să folosească particule alfa (He2+) pentru a transforma un element în alt element ca urmare a unei reacții nucleare. Rutherford a devenit astfel primul alchimist de succes din lume și primul care a divizat nucleul, ceea ce i-a adus o reputație științifică de durată. Aceste descoperiri au fost publicate după război, în 1919.
După război, în 1919, s-a întors la rădăcinile sale de cercetător universitar și a avut onoarea de a ocupa postul de profesor de fizică experimentală la Cambridge și postul de director al Laboratorului Cavendish, succedându-i faimosului Sir J. J. Thomson. În prezent, timpul său era ocupat și cu sarcini administrative, astfel încât nu mai avea la fel de mult timp pentru a se concentra asupra cercetării ca înainte.
Rutherford l-a invitat pe James Chadwick, un student absolvent din Manchester, să i se alăture la Cavendish pentru a continua cercetările comune. În experimentele de laborator, aceștia au bombardat atomii ușori cu radiații alfa, provocând modificări în structura acestora, dar nu au reușit să penetreze nucleele elementelor mai grele cu radiații alfa. Sarcinile reciproce dintre radiația alfa și nucleele atomilor mai grei păreau să se respingă reciproc. În plus, ei nu au putut determina dacă particula alfa a fost reflectată înapoi sau dacă aceasta s-a unit cu nucleul pentru a fi bombardată oricum. În cele din urmă, la sfârșitul anilor 1920, progresele în domeniul ecotehnologiei au făcut posibilă rezolvarea acestor probleme. Între timp, în primul său deceniu ca profesor universitar și director de laborator, Rutherford s-a concentrat pe înființarea unor grupuri de cercetare de primă clasă. S-a dovedit a fi un lider uman și de sprijin, care s-a asigurat că studenții își asumă meritele pentru cercetările pe care le-a îndrumat. A militat la universitate pentru ca femeile să aibă aceleași drepturi ca bărbații.
În 1925, Rutherford a călătorit pentru ultima oară în Australia și Noua Zeelandă. În timpul vizitei sale de șase săptămâni în Noua Zeelandă a ținut mai multe conferințe publice. Oriunde a ținut prelegeri, a fost primit cu respect. Sălile erau pline de oameni care doreau să-l audă vorbind despre structura atomului. Rutherford a declarat că a fost întotdeauna mândru să fie neozeelandez. El și-a exprimat sprijinul pentru educație și cercetare și a recomandat efectuarea de cercetări științifice în beneficiul agricultorilor. Ca urmare a sprijinului său, în 1926 a fost înființat în Noua Zeelandă un Institut de Cercetare Științifică și Industrială. În timpul vizitei sale în Noua Zeelandă, a petrecut timp sprijinindu-și părinții bolnavi.
Singura fiică a soților Rutherford, Eileen, s-a căsătorit cu Ralph Fowler, fizician matematician la Laboratorul Cavendish. Au avut patru copii, toți cu un nivel de educație ridicat. Tristețea s-a abătut asupra familiei Rutherford când Eileen a murit din cauza unui cheag de sânge în 1930, la doar 29 de ani, la nouă zile după nașterea celui mai mic copil al ei și cu doar două zile înainte de Crăciunul din 1930. În ziua de Anul Nou din acel an, Rutherford a fost creată baronet, baron Rutherford of Nelson, dar această onoare a fost umbrită de tristețea morții fiicei sale.
Pe măsură ce tehnologia se dezvolta, anii 1930 au reprezentat epoca de aur a echipelor de cercetare ale lui Rutherford. În 1932, James Chadwick a descoperit neutronul, demonstrând că nucleul este compus din protoni și neutroni. Rutherford prezisese existența neutronului cu un deceniu mai devreme și l-a îndrumat pe Chadwick în cercetările sale, spunându-i ce proprietăți ar trebui să aibă neutronul. În același an, John Cockcroft și Ernest Walton au reușit să scindeze atomul de litiu prin bombardarea acestuia cu protoni, nucleele atomului de hidrogen, accelerați la viteze foarte mari de un accelerator de înaltă tensiune. Atomul de litiu s-a divizat în două particule alfa. Cei doi au primit ulterior Premiul Nobel pentru Fizică pentru munca lor, în 1951.
După inventarea camerei cu nori (de către fizicianul englez Charles Wilson, laureat al Premiului Nobel pentru Fizică în 1927), s-a obținut o dovadă vizuală a ceea ce se întâmplă de fapt în timpul coliziunilor. Fizicianul englez Patrick Blackett a folosit camera de nor pentru a studia 400 000 de coliziuni de particule alfa și a constatat că majoritatea acestora erau coliziuni elastice obișnuite. Cu toate acestea, unele dintre coliziuni au dus la dezintegrare. În acestea, radiația alfa a pătruns în nucleul ionului țintă, după care nucleul s-a divizat în două. Acesta a fost un pas foarte important în înțelegerea reacțiilor nucleare, iar Blackett a primit Premiul Nobel pentru Fizică în 1948 pentru rezultatele sale. Sub îndrumarea lui Rutherford a început o mare eră științifică. Cu ani în urmă, Rutherford a presupus că pentru a penetra nucleul unui atom ar fi nevoie de particule accelerate cu câteva milioane de volți pentru a egala energia particulelor eliminate din atomul radioactiv. În acest scop, ani de zile a făcut presiuni asupra industriei din țara sa pentru a dezvolta surse de înaltă tensiune. Cu toate acestea, George Gamow și Norman Feather, în cadrul propriilor lor cercetări, au făcut o descoperire care a arătat că particulele de energie mai mică erau mai eficiente în penetrarea nucleului atomului. Rutherford a pus în funcțiune un accelerator de particule de joasă tensiune cu un flux de particule mult mai bun. Ca urmare, Gilbert Lewis a reușit să experimenteze cu hidrogen mai greu, deuteriu și tritiu, și cu heliu ușor (He-3). Ca urmare, în 1932, Rutherford, fizicianul australian Mark Oliphant și chimistul german Paul Harteck au colaborat pentru a realiza prima reacție de fuziune. Aceștia au bombardat deuteriul (2H) cu deuteroni (2H+) pentru a produce tritiu (3H). Rutherford a sperat că fisiunea nucleară, care ar putea elibera eficient energia din uraniu, nu va fi descoperită până când oamenii nu vor putea trăi în armonie cu vecinii lor. Totuși, acest lucru a fost realizat doar la câțiva ani după moartea sa.
Citește și, biografii – Emily Dickinson
Epilog
Rutherford avea câteva interese în afară de știință, în special golful și automobilismul. A fost liberal, dar nu a fost activ din punct de vedere politic, deși a fost membru al Consiliului consultativ al Institutului guvernamental pentru cercetare științifică și industrială și președinte al Consiliului auxiliar academic.
În timpul vieții sale, Rutherford a primit numeroase premii științifice și doctorate onorifice în multe țări, precum și granturi din partea multor societăți și organizații. Mai multe clădiri au primit numele său, iar el a apărut pe timbre poștale din patru țări diferite și pe bancnotele din Noua Zeelandă. Elementul rutherfordium este numit în onoarea sa.
Rutherford a murit la Cambridge, la vârsta de 66 de ani, la 19 octombrie 1937, în urma unor complicații survenite în urma unei operații de hernie și a fost înmormântat în Westminster Abbey, Londra. Lady Rutherford s-a retras la bătrânețe în Noua Zeelandă natală, în Christchurch, unde a murit în 1954.
„A fost aproape la fel de incredibil ca și cum ai fi bombardat hârtie de șervețel cu proiectile de 15 inci care ar fi ricoșat și m-ar fi lovit.” (Rutherford a declarat că experimentul său a fost rezultatul cercetărilor care au dus la descoperirea nucleului atomic).
Citește și, istorie – Epoca comerțului Nanban
Publicații
sursele
