Rutherford Ernest (roky života: 30. 8. 1871 - 19. 10. 1937) - anglický fyzik, tvůrce planetárního modelu atomu, zakladatel jaderné fyziky. Byl členem Královské společnosti v Londýně a v letech 1925 až 1930 - a jejím prezidentem. Tento muž je nositelem Nobelovy ceny za chemii, kterou obdržel v roce 1908.
Budoucí vědec se narodil v rodině Jamese Rutherforda, koláře, a Marthy Thompsonové, učitelky. Kromě něj měla rodina 5 dcer a 6 synů.
Školení a první ocenění
Než se rodina v roce 1889 přestěhovala z novozélandského Jižního ostrova na Severní ostrov, studoval Rutherford Ernest v Christchurch na Canterbury College. Již v této době byly odhaleny brilantní schopnosti budoucího vědce. Ernest byl po absolvování 4. ročníku oceněn za nejlepší práci v oblasti matematiky a také obsadil 1. místo v magisterských zkouškách z fyziky a matematiky.
Vynález magnetického detektoru
Rutherford se nestal mistrem uměníopustil vysokou školu. Vrhl se do samostatné vědecké práce o magnetizaci železa. Vyvinul a vyrobil speciální zařízení – magnetický detektor, který se stal jedním z prvních přijímačů elektromagnetických vln na světě a také Rutherfordovou „vstupenkou“do velké vědy. V jeho životě brzy došlo k důležité změně.
Rutherford jde do Anglie
Nejnadanějším mladým subjektům anglické koruny z Nového Zélandu bylo každé dva roky poskytnuto stipendium. Světová výstava v roce 1851, která umožnila odjet do Anglie studovat vědy. V roce 1895 bylo rozhodnuto, že si takové pocty zaslouží dva Novozélanďané – fyzik Rutherford a chemik Maclaurin. Bylo však jen jedno místo a Ernestovy naděje byly zmařeny. Naštěstí byl Maclaurin nucen tuto cestu z rodinných důvodů opustit a Rutherford Ernest přijel do Anglie na podzim roku 1895. Zde začal pracovat na University of Cambridge (v Cavendish Laboratory) a stal se prvním doktorandem J. Thomsona, jejího ředitele (na obrázku níže).
Studie Becquerelových paprsků
Thomson byl v té době již známým vědcem, jedním z členů Královské společnosti v Londýně a všemi respektován. Rychle ocenil Rutherfordovy schopnosti a přilákal ho k práci na studiu ionizace plynů pod vlivem rentgenového záření, kterou prováděl. Již v roce 1898, v létě, však Ernest podniká první kroky v jiné oblasti výzkumu. Zajímal se o „becquerelské paprsky“. Emise uranové soli, otevřenáBecquerel, francouzský fyzik, se později stal známým jako radioaktivní. Francouzský vědec, stejně jako manželé Curieovi, se aktivně zapojili do jeho výzkumu. V roce 1898 se k dílu připojil Rutherford Ernest. Tento vědec zjistil, že tyto paprsky zahrnují proudy jader helia, kladně nabité (částice alfa), stejně jako proudy elektronů (částice beta).
Další studium uranových paprsků
Dílo Curieových bylo 18. července 1898 představeno pařížské akademii věd, což vzbudilo velký zájem Rutherforda. Autoři v něm upozornili, že kromě uranu existují i další radioaktivní (tento termín byl poprvé použit právě tehdy) prvky. Rutherford později představil koncept poločasu rozpadu - jeden z hlavních rozlišovacích znaků těchto prvků.
Ernest v prosinci 1897 prodloužil výstavní stipendium. Vědec dostal příležitost dále studovat paprsky uranu. V dubnu 1898 se však v Montrealu uvolnila profesura na místní McGillově univerzitě a Ernest se rozhodl odjet do Kanady. Čas na učňovství uplynul. Všem bylo jasné, že Rutherford je připraven pracovat na vlastní pěst.
Stěhování do Kanady a nová práce
Na podzim roku 1898 se přestěhoval do Kanady. Rutherfordova výuka se zpočátku příliš nedařila: studentům se nelíbily přednášky, které mladý profesor, který se ještě nenaučil plně vnímat publikum, přesycený detaily. Ve vědecké práci byly také určité potíže kvůli skutečnosti, že příchod radioaktivních přípravků nařízených Rutherfordem byl zpožděn. Nicméně všechnydrsnost se brzy vyrovnala a Ernest začal řadu štěstí a úspěchu. Stěží je však vhodné mluvit o úspěchu: všeho dosáhl tvrdou prací, na které se podíleli jeho noví přátelé a podobně smýšlející lidé.
Objev zákona o radioaktivních přeměnách
Kolem Rutherfordu se již tehdy vytvořila atmosféra tvůrčího nadšení a vášně. Práce byla radostná a intenzivní, vedla k velkému úspěchu. Rutherford objevil emanaci thoria v roce 1899. Spolu se Soddym v letech 1902-1903 již dospěl k obecnému zákonu platnému pro všechny radioaktivní přeměny. O této významné vědecké události by se mělo říci trochu více.
Vědci z celého světa v té době pevně poznali, že není možné přeměnit jeden chemický prvek na jiný, takže sny alchymistů o získávání zlata z olova by měly být navždy pohřbeny. A pak se objevila práce, ve které se tvrdilo, že při radioaktivních rozpadech k přeměnám prvků nejen dochází, ale nelze je ani zpomalit, ani zastavit. Navíc byly formulovány zákony těchto transformací. Dnes víme, že je to náboj jádra, který určuje chemické vlastnosti prvku a jeho pozici v periodickém systému Mendělejeva. Když se náboj jádra sníží o dvě jednotky, k čemuž dochází při rozpadu alfa, „posune“se v periodické tabulce o 2 buňky nahoru. Posouvá jednu buňku dolů v elektronickém beta rozpadu a jednu buňku nahoru v pozitronovém rozpadu. Přes samozřejmost tohoto zákona a jeho zdánlivou jednoduchost byl tento objev jednou z nejdůležitějších událostí ve vědě na počátku 20.století.
Sňatek s Mary Georginou Newtonovou, narození dcery
Ve stejné době došlo v Ernestově osobním životě k důležité události. 5 let po zasnoubení s Mary Georginou Newtonovou se s ní oženil vědec Ernest Rutherford, jehož biografie již byla v té době poznamenána významnými úspěchy. Tato dívka byla dcerou majitelky penzionu v Christchurch, kde kdysi bydlel. V roce 1901, 30. března, se narodila jediná dcera v rodině Rutherfordových. Tato událost se časově téměř shodovala se zrodem nové kapitoly fyzikální vědy – jaderné fyziky. A po 2 letech se Rutherford stal členem Královské společnosti v Londýně.
Rutherfordovy knihy, experimenty na průsvitné fólii s částicemi alfa
Ernest vytvořil 2 knihy, ve kterých shrnul výsledky svých vědeckých hledání a úspěchů. První vyšel pod názvem „Radioaktivita“v roce 1904. „Radioaktivní transformace“se objevily o rok později. Autor těchto knih v této době zahájil nový výzkum. Uvědomil si, že právě z atomů vychází radioaktivní záření, ale místo jeho výskytu zůstalo absolutně nejasné. Bylo nutné prostudovat zařízení jádra. A pak se Ernest obrátil k technice prosvěcování alfa částicemi, se kterou začal svou práci s Thomsonem. Experimenty zkoumaly, jak proudění těchto částic prochází tenkými fóliemi.
Thomsonův první model atomu
První model atomu byl navržen, když vyšlo najevo, že elektrony mají záporný náboj. Vstupují však do atomů,jsou obecně elektricky neutrální. V jeho složení tedy musí být něco, co nese kladný náboj. K vyřešení tohoto problému Thomson navrhl následující model: atom je něco jako kapka, kladně nabitá, o poloměru sto miliontin centimetru. Uvnitř jsou drobné elektrony se záporným nábojem. Pod vlivem Coulombových sil mají tendenci zaujmout polohu v samém středu atomu, ale pokud je něco vyvede z rovnováhy, rozkmitají se za doprovodu záření. Tento model vysvětlil existenci emisních spekter, což je v té době známá skutečnost. Z experimentů již vyšlo najevo, že v pevných látkách jsou vzdálenosti mezi atomy přibližně stejné jako jejich velikosti. Zdálo se tedy zřejmé, že částice alfa nemohou proletět fólií, stejně jako kámen nemůže proletět lesem, kde stromy rostly téměř blízko sebe. Již první experimenty, které provedl Rutherford, však přesvědčily, že tomu tak není. Většina alfa částic, téměř bez vychýlení, pronikla fólií a jen několik vykazovalo vychýlení, někdy významné. Ernesta Rutherforda to velmi zajímalo. Zajímavá fakta vyžadovala další studium.
Rutherfordův planetární model
A pak se znovu objevila Rutherfordova intuice a schopnost tohoto vědce porozumět řeči přírody. Ernest Thomsonův model atomu rezolutně odmítl. Rutherfordovy experimenty vedly k tomu, že předložil svůj vlastní, nazývaný planetární. Podle ní v centruatomu je jádro, ve kterém je soustředěna veškerá hmota daného atomu, navzdory jeho poměrně malé velikosti. A kolem jádra, jako planety obíhající kolem Slunce, se pohybují elektrony. Jejich hmotnosti jsou podstatně menší než u částic alfa, a proto se tyto částice při průniku elektronovými mračny prakticky neodchylují. A teprve když alfa částice proletí blízko kladně nabitého jádra, Coulombova odpudivá síla může ostře ohnout trajektorii jejího pohybu. To je Rutherfordova teorie. Bylo to určitě skvělé zjištění.
Zákony elektrodynamiky a planetární model
Rutherfordovy zkušenosti stačily k přesvědčení mnoha vědců o existenci planetárního modelu. Ukázalo se však, že to není tak jednoznačné. Rutherfordův vzorec, který odvodil na základě tohoto modelu, byl v souladu s daty získanými během experimentu. Vyvrátila však zákony elektrodynamiky!
Tyto zákony, které byly stanoveny především pracemi Maxwella a Faradaye, říkají, že náboj pohybující se zrychlenou rychlostí vyzařuje elektromagnetické vlny a kvůli tomu ztrácí energii. V Rutherfordově atomu se elektron pohybuje v Coulombově poli jádra zrychlenou rychlostí a podle Maxwellovy teorie musí ztratit veškerou energii během desetimiliontiny sekundy a poté spadnout na jádro. To se však nestalo. V důsledku toho Rutherfordův vzorec vyvrátil Maxwellovu teorii. Ernest to věděl, když v roce 1907 nastal čas vrátit se do Anglie.
Přestěhujte se do Manchesteru a získejte Nobelovu cenu
Ernestova práce v McGillUniverzita přispěla k tomu, že se stal velmi slavným. Rutherford začal soupeřit s pozváním do vědeckých center v různých zemích. Vědec se na jaře 1907 rozhodl opustit Kanadu a dorazil do Manchesteru na University of Victoria, kde pokračoval ve svém výzkumu. Spolu s H. Geigerem vytvořil v roce 1908 počítač alfa částic - nové zařízení, které sehrálo důležitou roli při zjištění, že částice alfa jsou atomy helia, dvakrát ionizované. Rutherford Ernest, jehož objevy byly velmi důležité, obdržel v roce 1908 Nobelovu cenu (za chemii, nikoli za fyziku!).
Spolupráce s Nielsem Bohrem
Mezitím planetární vzorec zaměstnával jeho mysl stále více. A v březnu 1912 začal Rutherford spolupracovat a přátelit se s Nielsem Bohrem. Největší Bohrova zásluha (jeho fotografie je uvedena níže) byla v tom, že do planetárního modelu zavedl zásadně nové funkce - myšlenku kvanta.
Předložil „postuláty“, které se na první pohled zdály vnitřně protichůdné. Atom má podle něj oběžné dráhy. Elektron, pohybující se podél nich, v rozporu se zákony elektrodynamiky nevyzařuje, ačkoli má zrychlení. Tento vědec poukázal na pravidlo, podle kterého lze tyto dráhy nalézt. Zjistil, že kvanta záření se objevují pouze tehdy, když se elektron pohybuje z oběžné dráhy na oběžnou dráhu. Rutherford-Bohrův model atomu vyřešil mnoho problémů a stal se také průlomem do světa nových myšlenek. Jeho objev vedl k radikální revizi představ o hmotě, o jejím pohybu.
Další rozsáhlé aktivity
V roce 1919Rutherford se stal profesorem na University of Cambridge a ředitelem Cavendish Laboratory. Desítky vědců ho právem považovaly za svého učitele, včetně těch, kteří později získali Nobelovy ceny. Jsou to J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Khariton, P. L. Kapitsa, G. Gamov aj. Tok vyznamenání a ocenění byl stále hojnější. V roce 1914 obdržel Rutherford šlechtu. V roce 1923 se stal prezidentem Britské asociace a v letech 1925 až 1930 byl prezidentem Královské společnosti. Ernest získává v roce 1931 baronský titul a stává se lordem. Navzdory stále vyššímu pracovnímu vytížení, a to nejen vědeckému, stále útočí na záhady jádra a atomu.
Nabízíme vám jeden zajímavý fakt související s vědeckými aktivitami Rutherforda. Je známo, že Ernest Rutherford při výběru svých zaměstnanců použil následující kritérium: osobě, která za ním přišla poprvé, zadal úkol, a pokud se nový zaměstnanec poté zeptal, co má dělat dál, byl okamžitě propuštěn.
Vědec již zahájil experimenty, které skončily objevem umělého štěpení atomových jader a umělé přeměny chemických prvků. V roce 1920 Rutherford předpověděl existenci deuteronu a neutronu a v roce 1933 se stal iniciátorem a účastníkem experimentu, který měl otestovat vztah mezi energií a hmotou v jaderných procesech. V roce 1932, v dubnu, podpořil myšlenku použití protonových urychlovačů při studiu jaderných reakcí.
Smrt Rutherforda
Díla Ernesta Rutherforda a práce jeho studentů, patřících několika generacím, měla obrovský dopad na vědu a techniku, na životy milionů lidí. Velký vědec se samozřejmě nemohl ubránit úvahám o tom, zda bude tento vliv pozitivní. Byl však optimistou, posvátně věřil ve vědu a v lidi. Ernest Rutherford, jehož stručný životopis jsme popsali, zemřel v roce 1937, 19. října. Byl pohřben ve Westminsterském opatství.
