Rutherford Ernest (שנות חיים: 1871-08-30 - 1937-10-19) - פיזיקאי אנגלי, יוצר המודל הפלנטרי של האטום, מייסד הפיזיקה הגרעינית. הוא היה חבר באגודה המלכותית של לונדון, ובין השנים 1925 עד 1930 - ונשיאה. האיש הזה הוא זוכה פרס נובל לכימיה, אותו קיבל בשנת 1908.
המדען העתידי נולד במשפחתם של ג'יימס רתרפורד, יוצר גלגלים, ומרתה תומפסון, מורה. בנוסף אליו היו למשפחה 5 בנות ו-6 בנים.
הדרכה ופרסים ראשונים
לפני שהמשפחה עברה מהאי הדרומי של ניו זילנד לאי הצפוני ב-1889, רתרפורד ארנסט למד בקרייסטצ'רץ', בקנטרברי קולג'. כבר בשלב זה נחשפו היכולות המבריקות של המדען העתידי. לאחר שסיים שנה ד', זכה ארנסט על העבודה הטובה ביותר בתחום המתמטיקה, וכן זכה במקום 1 בבחינות המאסטר בפיזיקה ומתמטיקה.
המצאת הגלאי המגנטי
רתרפורד לא הפך להיות מאסטר באמנויותעזב את המכללה. הוא צלל לעבודה מדעית עצמאית על מגנטיזציה של ברזל. הוא פיתח ויצר מכשיר מיוחד - גלאי מגנטי, שהפך לאחד המקלטים הראשונים בעולם של גלים אלקטרומגנטיים, וכן ל"כרטיס הכניסה" של רתרפורד למדע הגדול. עד מהרה חל שינוי חשוב בחייו.
רת'רפורד נוסע לאנגליה
הנחקרים הצעירים הכי מוכשרים של הכתר האנגלי מניו זילנד קיבלו מלגה כל שנתיים. התערוכה העולמית של 1851, שאפשרה לצאת לאנגליה ללמוד את המדעים. ב-1895 הוחלט ששני ניו זילנדים ראויים לכבוד כזה - הפיזיקאי רתרפורד והכימאי מקלורין. עם זאת, היה רק מקום אחד, ותקוותיו של ארנסט נכזבו. למרבה המזל, מקלאורין נאלץ לנטוש את הטיול הזה מסיבות משפחתיות, ורתרפורד ארנסט הגיע לאנגליה בסתיו 1895. כאן הוא החל לעבוד באוניברסיטת קיימברידג' (במעבדת קוונדיש) והפך לדוקטורנט הראשון של ג'יי תומסון, מנהלה (בתמונה למטה).
מחקר של קרני בקרל
תומסון באותו זמן כבר היה מדען ידוע, אחד מחברי החברה המלכותית של לונדון, המכובד על ידי כולם. הוא העריך במהירות את יכולותיו של רתרפורד ומשך אותו לעבוד על חקר היינון של גזים בהשפעת קרני רנטגן, שאותו ביצע. עם זאת, כבר בשנת 1898, בקיץ, ארנסט עושה את צעדיו הראשונים בתחום אחר של מחקר. הוא התעניין ב"קרני בקר". פליטת מלח אורניום, פתוחבקאר, פיזיקאי צרפתי, נודע מאוחר יותר כרדיואקטיבי. המדען הצרפתי, כמו גם הקורי, עסקו באופן פעיל במחקר שלו. בשנת 1898 הצטרף רתרפורד ארנסט לעבודה. מדען זה גילה שהאלומות הללו כוללות זרמים של גרעיני הליום, בעלי מטען חיובי (חלקיקי אלפא), וכן זרמים של אלקטרונים (חלקיקי בטא).
מחקר נוסף של קרני אורניום
עבודת הקורייז הוצגה באקדמיה למדעים של פריז ב-18 ביולי 1898, מה שעורר עניין רב אצל רתרפורד. בו ציינו המחברים כי בנוסף לאורניום, ישנם יסודות רדיואקטיביים נוספים (המונח הזה שימש לראשונה בדיוק אז) יסודות. רתרפורד הציג מאוחר יותר את המושג זמן מחצית חיים - אחד המאפיינים המובהקים העיקריים של יסודות אלה.
ארנסט בדצמבר 1897 האריך את מלגת התערוכה. המדען קיבל את ההזדמנות להמשיך ולחקור את קרני האורניום. אולם באפריל 1898 התפנה משרת פרופסור באוניברסיטת מקגיל המקומית במונטריאול, וארנסט החליט לנסוע לקנדה. זמן ההתלמדות עבר. לכולם היה ברור שרתרפורד מוכן לעבוד בכוחות עצמו.
מעבר לקנדה ועבודה חדשה
בסתיו 1898, הוא עבר לקנדה. תחילה, הוראתו של רתרפורד לא הייתה מוצלחת במיוחד: הסטודנטים לא אהבו את ההרצאות, שהפרופסור הצעיר, שעדיין לא למד להרגיש את הקהל במלואו, רווי יתר על המידה בפרטים. היו גם כמה קשיים בעבודה המדעית בשל העובדה שהגעת ההכנות הרדיואקטיביות שהורה רתרפורד התעכבה. עם זאת, כולםהחספוס החליק במהרה, וארנסט החל ברצף של מזל טוב והצלחה. עם זאת, בקושי ראוי לדבר על הצלחה: הכל הושג בעבודה קשה, שכללה את חבריו החדשים ואנשים בעלי דעות דומות.
גילוי חוק התמרות הרדיואקטיביות
סביב רתרפורד כבר אז יצרה אווירה של התלהבות ותשוקה יצירתית. העבודה הייתה שמחה ואינטנסיבית, הובילה להצלחה גדולה. רתרפורד גילה את יציאת התוריום ב-1899. יחד עם סודי בשנים 1902-1903, הוא כבר הגיע לחוק כללי החל על כל טרנספורמציות רדיואקטיביות. צריך לומר קצת יותר על האירוע המדעי החשוב הזה.
מדענים ברחבי העולם למדו בתוקף באותה תקופה שאי אפשר להפוך יסוד כימי אחד למשנהו, ולכן חלומותיהם של אלכימאים להפיק זהב מעופרת צריכים להיקבר לנצח. ואז הופיעה עבודה שבה נטען שבמהלך התפרקות רדיואקטיבית, הטרנספורמציות של יסודות לא רק מתרחשות, אלא גם לא ניתן להאט או לעצור אותן. יתרה מכך, חוקי התמורות הללו גובשו. כיום אנו מבינים שמטען הגרעין הוא שקובע את התכונות הכימיות של היסוד ואת מיקומו במערכת המחזורית של מנדלייב. כאשר המטען של הגרעין יורד בשתי יחידות, המתרחש במהלך ריקבון אלפא, הוא "זז" למעלה 2 תאים בטבלה המחזורית. זה מעביר תא אחד למטה בהתפרקות בטא אלקטרונית, ותא אחד למעלה בהתפרקות פוזיטרונים. למרות המובן מאליו של חוק זה ופשטותו לכאורה, גילוי זה היה אחד האירועים החשובים ביותר במדע בתחילת ה-20המאה.
נישואים למרי ג'ורג'ינה ניוטון, לידת בת
במקביל, אירוע חשוב התרחש בחייו האישיים של ארנסט. 5 שנים לאחר האירוסין עם מרי ג'ורג'ינה ניוטון, המדען ארנסט רתרפורד התחתן איתה, שהביוגרפיה שלה בשלב זה כבר הייתה מסומנת בהישגים משמעותיים. הילדה הזו הייתה בתה של בעלת הבית של הפנסיון בקרייסטצ'רץ' שבו גר פעם. ב-1901, ב-30 במרץ, נולדה הבת היחידה במשפחת רתרפורד. אירוע זה כמעט חפף בזמן עם לידתו של פרק חדש במדע הפיזיקלי - פיזיקה גרעינית. ואחרי שנתיים, רתרפורד הפך לחבר בחברה המלכותית של לונדון.
הספרים של רתרפורד, ניסויים על נייר כסף שקוף עם חלקיקי אלפא
ארנסט יצר 2 ספרים שבהם סיכם את תוצאות החיפושים וההישגים המדעיים שלו. הראשון פורסם תחת הכותרת "רדיואקטיביות" ב-1904. "טרנספורמציות רדיואקטיביות" הופיעו שנה לאחר מכן. מחבר הספרים הללו החל במחקר חדש בזמן זה. הוא הבין שקרינה רדיואקטיבית נובעת מהאטומים, אך מקום התרחשותה נותר לא ברור לחלוטין. היה צורך ללמוד את המכשיר של הגרעין. ואז ארנסט פנה לטכניקת ההארה באמצעות חלקיקי אלפא, איתה החל את עבודתו עם תומסון. הניסויים בחנו כיצד זרימת החלקיקים הללו עוברת דרך יריעות דקות של נייר כסף.
הדגם הראשון של תומסון של האטום
הדגם הראשון של האטום הוצע כאשר נודע כי לאלקטרונים יש מטען שלילי. עם זאת, הם נכנסים לאטומים,הם בדרך כלל ניטרליים מבחינה חשמלית. אז חייב להיות משהו בהרכב שלו הנושא מטען חיובי. כדי לפתור בעיה זו, תומסון הציע את המודל הבא: אטום הוא משהו כמו טיפה, טעון חיובי, ברדיוס של מאה מיליון סנטימטר. בתוכו נמצאים אלקטרונים זעירים בעלי מטען שלילי. בהשפעת כוחות קולומב, הם נוטים לתפוס עמדה ממש במרכז האטום, אבל אם משהו מפריע להם, הם מתנודדים, מלווה בקרינה. מודל זה הסביר את קיומם של ספקטרום פליטה, עובדה ידועה באותה תקופה. כבר התברר מניסויים שבמוצקים המרחקים בין האטומים זהים בערך לגודלם. נראה היה ברור, אם כן, שחלקיקי אלפא אינם יכולים לעוף דרך נייר כסף, בדיוק כפי שאבן אינה יכולה לעוף דרך יער שבו העצים גדלו כמעט קרוב זה לזה. עם זאת, הניסויים הראשונים שערך רתרפורד שכנעו שזה לא כך. רוב חלקיקי האלפא, כמעט ללא סטיה, חדרו לרדיד, ורק מעטים הפגינו סטיה, לפעמים משמעותית. ארנסט רתרפורד התעניין מאוד בכך. עובדות מעניינות דרשו מחקר נוסף.
דגם פלנטרי של רת'רפורד
ואז שוב הופיעו האינטואיציה של רתרפורד והיכולת של המדען הזה להבין את שפת הטבע. ארנסט דחה בנחישות את מודל האטום של תומסון. הניסויים של רתרפורד הובילו לעובדה שהוא הציג את שלו, שנקרא הפלנטרי. לדבריה, במרכזשל אטום הוא הגרעין, שבו מרוכזת כל המסה של אטום נתון, למרות גודלו הקטן למדי. ומסביב לגרעין, כמו כוכבי לכת המסתובבים סביב השמש, אלקטרונים נעים. המסות שלהם פחותות במידה ניכרת מאלה של חלקיקי אלפא, וזו הסיבה שהאחרונים למעשה אינם סוטים כאשר הם חודרים לענני אלקטרונים. ורק כאשר חלקיק אלפא עף קרוב לגרעין טעון חיובי, כוח הדחייה של קולומב יכול לכופף בחדות את מסלול תנועתו. זו התיאוריה של רתרפורד. זה בהחלט היה תגלית נהדרת.
חוקי האלקטרודינמיקה והמודל הפלנטרי
ניסיונו של ראתרפורד הספיק כדי לשכנע מדענים רבים בקיומו של מודל פלנטרי. עם זאת, התברר שזה לא כל כך חד משמעי. הנוסחה של רתרפורד, שאותה הסיק על בסיס מודל זה, הייתה עקבית עם הנתונים שהתקבלו במהלך הניסוי. עם זאת, היא הפריכה את חוקי האלקטרודינמיקה!
חוקים אלה, שנקבעו בעיקר על ידי עבודותיהם של מקסוול ופאראדיי, קובעים שמטען שנע בקצב מואץ מקרין גלים אלקטרומגנטיים ומאבד אנרגיה בגלל זה. באטום של רתרפורד, האלקטרון נע בשדה קולומב של הגרעין בקצב מואץ ולפי התיאוריה של מקסוול הוא חייב לאבד את כל האנרגיה שלו תוך עשר מיליוניות השנייה, ואז ליפול על הגרעין. אולם זה לא קרה. כתוצאה מכך, הנוסחה של רתרפורד הפריכה את התיאוריה של מקסוול. ארנסט ידע זאת כשהגיע הזמן לחזור לאנגליה ב-1907.
עבור למנצ'סטר וקבלו את פרס נובל
עבודתו של ארנסט במקגילהאוניברסיטה תרמה לעובדה שהוא התפרסם מאוד. רתרפורד החל להתחרות עם הזמנות למרכזים מדעיים במדינות שונות. המדען באביב 1907 החליט לעזוב את קנדה והגיע למנצ'סטר, לאוניברסיטת ויקטוריה, שם המשיך במחקריו. יחד עם ה. גייגר, הוא יצר ב-1908 מונה חלקיקי אלפא - מכשיר חדש שמילא תפקיד חשוב בגילוי שחלקיקי אלפא הם אטומי הליום, מיוננים כפולים. רתרפורד ארנסט, שתגליותיו היו בעלות חשיבות רבה, קיבל את פרס נובל בשנת 1908 (בכימיה, לא בפיזיקה!).
שיתוף פעולה עם נילס בוהר
בינתיים, התבנית הפלנטרית העסיקה את מוחו יותר ויותר. ובמארס 1912 החל רתרפורד לשתף פעולה ולהיות חברים עם נילס בוהר. הכשרון הגדול ביותר של בוהר (התמונה שלו מוצגת להלן) היה בכך שהוא הכניס תכונות חדשות ביסודו למודל הפלנטרי - רעיון הקוואנטה.
הוא העלה "הנחות" שנראו סותרות מבחינה פנימית במבט ראשון. לדבריו, לאטום יש מסלולים. אלקטרון, שנע לאורכם, אינו מקרין, בניגוד לחוקי האלקטרודינמיקה, למרות שיש לו תאוצה. מדען זה הצביע על כלל שלפיו ניתן למצוא את המסלולים הללו. הוא גילה שקוואנטות קרינה מופיעות רק כאשר אלקטרון נע ממסלול למסלול. מודל האטום של רתרפורד-בוהר פתר בעיות רבות, וגם הפך לפריצת דרך לעולם הרעיונות החדשים. גילויו הוביל לשינוי רדיקלי של רעיונות על חומר, על תנועתו.
פעילויות נרחבות נוספות
בשנת 1919רתרפורד הפך לפרופסור באוניברסיטת קיימברידג' ולמנהל מעבדת קוונדיש. עשרות מדענים ראו בו בצדק את המורה שלהם, כולל אלה שזכו מאוחר יותר בפרסי נובל. אלו הם J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Khariton, P. L. קפיטסה, ג' גמוב ואחרים. זרם הכבוד והפרסים הלך וגדל. ב-1914 קיבל רתרפורד את האצולה. הוא הפך לנשיא האגודה הבריטית ב-1923, ובין 1925 ל-1930 היה נשיא החברה המלכותית. ארנסט מקבל את התואר ברון ב-1931 והופך לאורד. עם זאת, למרות עומסי עבודה גבוהים מתמיד, ולא רק מדעיים, הוא ממשיך לתקוף את המסתורין של הגרעין והאטום.
אנו מציעים לכם עובדה מעניינת אחת הקשורה לפעילות המדעית של רתרפורד. ידוע שארנסט רתרפורד השתמש בקריטריון הבא בבחירת עובדיו: הוא נתן לאדם שהגיע אליו בפעם הראשונה משימה, ואם עובד חדש שאל אז מה לעשות הלאה, הוא פוטר מיד.
המדען כבר החל בניסויים, שהסתיימו בגילוי הביקוע המלאכותי של גרעיני אטום והתמרה מלאכותית של יסודות כימיים. ב-1920 חזה רתרפורד את קיומם של הדויטרון והנייטרון, וב-1933 הפך ליוזם ומשתתף בניסוי לבדיקת הקשר בין אנרגיה למסה בתהליכים גרעיניים. בשנת 1932, באפריל, הוא תמך ברעיון של שימוש במאיצי פרוטונים בחקר תגובות גרעיניות.
מותו של רתרפורד
ליצירותיו של ארנסט רתרפורד ועבודתם של תלמידיו, השייכים למספר דורות, הייתה השפעה עצומה על המדע והטכנולוגיה, על חייהם של מיליוני אנשים. המדען הגדול, כמובן, לא יכול היה שלא לחשוב אם השפעה זו תהיה חיובית. עם זאת, הוא היה אופטימי, האמין בקדושה במדע ובאנשים. ארנסט רתרפורד, שאת הביוגרפיה הקצרה שלו תיארנו, מת ב-1937, ב-19 באוקטובר. הוא נקבר במנזר ווסטמינסטר.
