Эрнест Резерфорд

Для того чтобы уметь управлять процессами мироздания, исследовать многочисленные явления на земле и во вселенной, практически использовать огромные источники энергии, таящиеся в природе, нужно прежде всего познать материю. Вот почему наука об атоме, как элементарной частице материи стала основной и самой важной в современной физике и химии.

XX век — это век поистине замечательных открытий в области физики и химии, благодаря которым отчетливо вырисовалась сложная конструкция атома. Наука об атоме стала тем маяком, относительно которого ориентируются крупнейшие ученые мира. Поразительный рост этой науки за последние три десятка лет неразрывно связан с именем известного ученого Эрнеста Резерфорда. Резерфорд заложил фундамент науки об атоме; он проделал целый ряд больших работ, каждая из которых была целой эпохой в физике.

«Резерфорд, как и Фарадей, — в основном экспериментатор, наделенный исключительной интуицией (чутьем). Эта интуиция вела его к тем экспериментам, посредством которых он находил в самых трудных и основных проблемах науки простые и ясные решения. В физике, как и во всякой науке, существует ряд основных проблем, решение которых обозначает как бы вехами тот путь, по которому развивается научная мысль. Мало кому из ученых удается поставить больше одной такой вехи. Резерфорд, как и Фарадей, поставил их несколько» — так охарактеризовал проф. П. Л. Капица этого великого ученого современности.

Эрнест Резерфорд родился в Нельсоне, на Новой Зеландии, в 1871 г. После окончания Новозеландского университета он состоял профессором университета в Монреале (Канада).

Еще в начале XX в. многие физики заметили, что воздух, окружающий вещества, которые содержат даже в самых незначительных количествах радий, становится радиоактивным. Двадцатидевятилетний Резерфорд совместно с другим монреальским ученым, Фредериком Содди, разгадал сущность этого удивительного явления. Резерфорд сделал простое и смелое предположение, что из радия непрерывно излучается какой-то радиоактивный газ. Он назвал этот новый загадочный газ «эманацией радия». Дальнейшие опыты Резерфорда и Содди показали, что с течением времени радиоактивные свойства эманации уменьшаются. Это позволило высказать гипотезу о постепенном угасании радиоактивных свойств вообще всех радиоактивных элементов. Огромное количество экспериментов подтвердило эту гипотезу.

В результате тщательных исследований эманации радия в сильном магнитном поле Резерфорд в 1903 г. показал, что радий испускает три вида лучей, названных альфа-, бета- и гамма-лучами.

Далее, основываясь на результатах многочисленных опытов и наблюдений, он доказал, что радиоактивность, т. е. свойство испускать альфа-, бета- и гамма-лучи, есть самопроизвольный (спонтанный) распад радия и других радиоактивных элементов. Эта работа Резерфорда совершила революцию в науке, так как опрокинула установившееся в течение многих веков понятие о постоянстве атома. Она явилась фундаментом, на котором покоится вся современная наука об атоме.

Резерфорд впервые ввел понятие о ядре атома и показал, что оно является источником радиоактивного распада.

В 1911 г., работая в Манчестере (Англия), Резерфорд создал «ядерную» модель атома. Модель атома Резерфорда подобна солнечной системе. В центре ее находится, положительно заряженное ядро, которое содержит основную массу атома и вместе с тем ничтожно мало по сравнению с величиной атома; вокруг ядра расположены по орбитам отрицательно заряженные электроны в виде сплошного электронного облака,

Модель атома Резерфорда легла в основу «динамической» модели атома, созданной учеником Резерфорда, крупнейшим датским физиком-теоретиком Нильсом Бором. Нильс Бор, изучая модель Резерфорда, искал те законы, по каким происходит движение электронов в электронной оболочке атома. Он доказал, что обычные законы механики не применимы к движению электронов. Начиная с 1913 по 1927 г. Нильс Бор искал такие законы, которым подчинялось бы движение электронов в атоме. Эти искания, участие в которых приняли и другие крупные ученые, привели к созданию новой механики — квантовой механики. Так работа Резерфорда явилась первым звеном в цепи новых открытий, новых теорий.

В 1919 г. Резерфорд создал новую эру ядерной физики. Зная, что альфа-частицы представляют собой тяжелые ядра гелия, вылетающие из радиоактивных элементов с громадной скоростью — около 16 т. км в секунду, — он бомбардировал этими частицами ядра азота. В результате этой бомбардировки Резерфорд получал ядра водорода — протоны. Здесь имели место действительное разрушение и перестройка ядра, которая является основой превращения одних элементов в другие, так как элемент сохраняет свои индивидуальные свойства только до тех пор, пока цело его ядро.

Таким образом, Резерфорд впервые осуществил превращение элементов, которое имеет громадное научное значение.

Успешная бомбардировка ядра азота помогла осуществить многочисленные эксперименты по бомбардировке ядер других элементов. В лаборатории Резерфорда впервые было высказано предположение, что бомбардировать атомные ядра можно с помощью быстро несущихся заряженных частиц, получаемых искусственно в разнообразных электрических приборах. И вот производить такие частицы научились в циклотронах и других электрических приборах, которые работают при напряжении в несколько миллионов вольт. Такими приборами широко пользуются ученые и в настоящее время для экспериментов в области атомного ядра.

Резерфорд совместно с Гейгером сконструировал замечательный прибор, известный под названием «счетчика Гейгера». Благодаря этому прибору можно подсчитывать количество ионов и других заряженных частиц, из которых состоят, например, космические лучи, альфа-лучи и т. д.

Мы указали здесь на ряд крупнейших физических проблем, решенных Резерфордом. Помимо них, им было проделано много других работ, имеющих также большое значение для развития современной физики.

С 1919 г. Резерфорд — профессор экспериментальной физики и директор знаменитой Кавендишской лаборатории в Кембридже (Англия). Будучи крупнейшим ученым, Резерфорд воспитал многочисленное поколение учеников, ставших впоследствии также крупными физиками. Среди его учеников много таких замечательных физиков, как Чэдвик, который известен своими работами по бомбардировке атомного ядра, открывший нейтрон, Кокрофт и Уолтон, осуществившие превращение элемента лития, и Комптон, известный исследователь атомного ядра и космических лучей, автор так называемого «эффекта Комптона».

Кавендишская лаборатория за то время, что Резерфорд руководил ею, выпустила ряд крупнейших работ, имеющих неоценимое значение для науки. Среди них: 1) изотопы и измерение массы атомов, 2) искусственное превращение элементов с помощью альфа-частиц, 3) открытие положительных электронов, 4) применение высоковольтных разрядных трубок и протонов для бомбардировки атомного ядра, 5) открытие нейтрона, 6) методы получения сверхсильных магнитных полей.

Последнюю работу проделал известный советский ученый проф. П. Л. Капица во время своего пребывания в Англии.

Работы Резерфорда получили мировое признание уже в начале текущего столетия. Он был выбран почетным членом всех академий наук мира, в том числе и Академии наук СССР. В 1908 году он получил нобелевскую премию по химии.

Резерфорд умер 19 октября 1937 г. в Кембридже в возрасте 66 лет. Причиной смерти была неудачная операция, произведенная ему в Кембриджском госпитале.

Профессор П. Л. Капица, работавший в течение ряда лет под руководством Резерфорда и хорошо знавший его лично, говорит: «В лице Резерфорда мировая наука потеряла самого крупного физика-экспериментатора наших дней. Я не сомневаюсь, что его имя в истории физики станет наравне с именем Фарадея».

Работы Резерфорда повлекли за собой появление множества работ и исследований, которые не только объяснили сложные процессы, происходящие внутри атома и ядра, но и приблизили нас к практическому применению результатов научного эксперимента.

Огромная армия физиков — теоретиков и экспериментаторов — в СССР и других странах изучает материю, намечает те пути, по которым должны идти наука и техника, чтобы овладеть колоссальными запасами энергии, заключенной в материи.