Tale of Ernest Rutherford, der opfandt atomens kosmiske model

Tale of Ernest Rutherford, der opfandt atomens kosmiske model

Nick. Gorkavyy
"Science and Life" №9, 2015

Andre videnskabelige fortællinger Nick. Gorky se i "Science and Life" № 11, 2010, № 12, 2010, № 1, 2011, № 2, 2011, № 3, 2011, № 4, 2011, № 5, 2011, № 6, 2011, № 9, 2011, nr. 11, 2011, nr. 6, 2012, nr. 7, 2012, nr. 8, 2012, nr. 9, 2012, nr. 10, 2012, nr. 12, 2012, nr. 1, 2013, nr. 11, 2013, nr. 1, 2014, nr. 2, 2014, nr. 3, 2014, nr. 7, 2014, nr. 8, 2014, nr. 10, 2014, nr. 12, 2014, nr. 1, 2015, nr. 4, 2015, nr. 5, 2015, nr. 6, 2015, nr. 7, 2015.

"Rumsdetektiver" – en ny bog af Nikolai Nikolaevich Gorkavy, en forfatter, doktor i fysiske og matematiske videnskaber. Hendes figurer er bekendt med læserne af sci-fi-trilogien "Astrovityanka" og videnskabelige fortællinger offentliggjort i tidsskriftet 2010-2014. og i № 1, 4, 5, 6, 7 2015

En kandidat fra Canterbury College Ernest Rutherford i en alder af 21 år. Foto: Wikimedia Commons / Public Domain

Om aftenen før jeg gik i seng, åbnede Dzintara som altid bogen og læste til børnene den første sætning af et nyt eventyr:

– Atomfysikens historie ville have været anderledes, hvis der ikke var så meget arable jord i Skotland.

– Er du sikker på, at der ikke er nogen fejl i denne sætning? – spurgte forsigtigt Galatea – Måske to sætninger fra forskellige historier faldt sammen i det?

"Vi ses nu," sagde forvirrede Dzintara og fortsatte med at læse.

Baron Rutherfords våbenskjold

– På grund af manglen på landbrugsjord i Skotland begyndte den britiske regering at distribuere gratis billetter til dampere til landløse landmænd, der blev sendt til fjerntliggende og tyndt befolkede britiske kolonier, hvor de fattige kunne få deres eget land.Rutherford-familien fik en billet, ikke til Canada, ligesom mange andre mere vellykkede landmænd, men langt videre til New Zealand. Der begyndte familiens leder, James, at vokse hør. Han havde 12 børn. Det fjerde barn hed Ernest. Drengen havde en vidunderlig hukommelse, stærk styrke og sundhed. Levende, man kan sige i verdens kanten, blev han fascineret af videnskaben og ønskede at flytte til England, hvor landmænd havde svært ved, og videnskabsmænd havde fuldstændig frihed.

Stærkt ønske er den vigtigste komponent i succes. Ernest er uddannet fra gymnasiet og modtaget et stipendium til at studere på Canterbury College, det bedste i New Zealand, i Christchurch. På det tidspunkt var der kun 150 studerende og 7 professorer i den. Nu er dette New Zealand University.

Om 21 år sluttede Ernest fra college, da han forsvarede sin mesters arbejde i radiobølger, åbnet flere år tidligere af den tyske fysiker Heinrich Rudolf Hertz. For at registrere bølgerne opfandt New Zealand Master en ny type radiomodtager baseret på magnetisering af jern i en højfrekvent udladning. Men drømmen om england var stadig en drøm.

– Og hvad så? – Andrew spurgte utålmodigt.

Joseph John Thomson.Foto: Wikimedia Commons

– Ernest ansøgte om et stipendium, der lovede at studere i England. Dette stipendium – en til hele New Zealand – blev givet en gang hvert andet år. I afventning af et svar fik Rutherford et arbejde som gymnasielærer. Desværre blev stipendiet givet til en anden. Men det uventede skete – han nægtede stipendiet og blev boende i New Zealand. Og Rutherford gik til England. Han ankom til University of Cambridge, gik på arbejde på Cavendish Laboratory og blev en kandidatstuderende af den berømte fysiker Joseph John Thomson.

– Hvad er han berømt for? – Galatea spurgte.

– Thomson var direktør for det berømte Cavendish Laboratory ved University of Cambridge. Han undersøgte katodestråler og viste, at de uanset katodematerialet består af identiske partikler med samme ladning-til-masse-forhold. Dette Thomson-forhold måles ved afvigelsen af ​​partikelbanerne i de elektriske og magnetiske felter. Således blev Thomson opdager af elektroner – små ladede partikler af materie. I 1906 modtog han Nobelprisen for den. En anden velkendt fysiker, Nobelpristageren fra 1905, undersøgte også katodestrålerne Philip Edward Anton von Lenard og var tæt på at bevise, at de var lavet af partikler, men savnede retten til at blive kaldt elektronopdageren.

– Han var også sen med røntgenstråler! – mindede Andrew.

– Ja, Lenard var kronisk uheldig, sejlede alle de lyseste opdagelser forbundet med katodestråler fra hans hænder.

Thomson opdagede ikke kun elektroner, men foreslog også, at de er en del af ethvert stof, det vil sige, at de er partikler af et atom. Før han betragtede atomer som noget helt og udeleligt, og Thomson var den første til at forsøge at skabe en mere detaljeret model af atomet, som ville omfatte individuelle partikler – elektroner. Men elektroner, der er negativt ladede, afviser hinanden. Så deres gensidige afstødning bør kompenseres af forekomsten af ​​materiale med en positiv ladning, så atomet som helhed er neutralt. Thomson fremsætter følgende hypotese: Et atom er en massiv sky af positivt ladet materiale, hvor der som ligner rosiner i budding er lyse negative elektroner. Denne model blev kaldt "pudding-modellen af ​​atomet."

Frederick Soddy. Foto: Public Domain

Sådan var situationen i atomfysikken, især i England, da en stærk New Zealand-dreng, søn af en bonde Ernest Rutherford, ankom der. Et af hans første værker var opdagelsen af ​​stråler af en ny type.I 1898 viste Rutherford ved anvendelse af en naturlig kilde til radioaktiv stråling, at to typer partikler er til stede i denne stråling: positivt ladede massive alfa partikler og negativt ladede lette beta-partikler. De reagerer forskelligt på et magnetfelt, der afviger i forskellige retninger.

– Hvad er disse partikler? spurgte Galatea.

– Beta partikler – de meget elektroner opdaget af Thomson; alfa partikler er heliumkerner, de er tusinder gange tungere end elektroner. Et år senere viste den franske fysiker Paul Villard, at der også er neutralt ladede partikler, der ikke afbøjes i et magnetfelt – de kaldes gammastråler. Dette er elektromagnetisk stråling, kun mere kortbølge end røntgenstråler.

Unge Rutherfords arbejde var meget vellykket, men han kunne ikke komme ind i kredsen af ​​engelske professorer. I efteråret 1898 modtog han et tilbud om at tage et professorat ved University of Montreal i Canada. Der mødtes han med den yngre laboratorieassistent Frederick Soddy. I fem års samarbejdsvilje skabte de en teori om radioaktivt henfald. Unge forskere har afvist synspunktet om atomer er udelelige og uændrede.De udtalte: "Som et resultat af atomomdannelse dannes en helt ny type stof, helt forskelligt i dets fysiske og kemiske egenskaber fra det oprindelige stof."

I 1910, et par år efter disse opdagelser, blev juniorteknikeren Soddy en akademiker og medlem af Royal Society, og senere i 1921 en nobelpristager.

"Sådan hjalp venskab med sønnen til en newzealandsk landmand ham!" – lo Galatea

Ernest Rutherford i laboratoriet ved University of Montreal i Canada. 1905. Foto: Wikimedia Commons / Public Domain

– Ernest Rutherford blev også kendt. I 1903 blev han valgt akademiker. Efter mere end otte års arbejde forlod han Canada og vendte tilbage til England. I foråret 1907 modtog Rutherford et professorat ved University of Manchester med en løn på to og en halv gange mere end i Canada. Det følgende år blev han tildelt Nobelprisen "for hans forskning inden for nedbrydning af elementer i kemi af radioaktive stoffer." Efter at have lært prisen, sagde den nyoprettede laureat de ord, der blev winged: "All videnskab er enten fysik eller frimærkeindsamling."

På universitetet i Manchester skabte Rutherford et nyt laboratorium, der oversvømmede resultaterne af hans arbejde Cavendish.Rutherfords elev, en fysiker fra Rusland, Peter Leonidovich Kapitsa, gav Rutherford kælenavnet Crocodile. "Dette dyr vender aldrig tilbage," forklarede han, "og kan derfor symbolisere Rutherfords indsigt og hans hurtige fremskridt."

Hovedopdagelsen Rutherford lavede kort efter Nobelprisen. På hans forslag i 1908 begyndte fysikerne Hans Wilhelm Geiger og Ernest Marsden at studere alfa-partikelspredningsprocesserne på tynd guldfolie. De fik et mystisk resultat: omkring ti tusind alpha partikler fløj gennem folien, kun lidt afvigende fra deres vej, men en af ​​disse 10.000 partikler afvigende meget stærkt, og nogle gange fløj selv igen.

Rutherfords portræt om New Zealands $ 100 regning

– Og hvordan man forklarer det? spurgte Galatea.

– Som du husker, var det ifølge Thomson en løs, positivt ladet sky, der var sprængt med elektroner. Elektronerne vejede syv tusind gange mindre end alfa partiklerne og kunne ikke aflede dem tilbage. Ernest Rutherford skrev om refleksionen af ​​alfa-partikler tilbage: "Det var næsten lige så utroligt, som om du skyder en 15-tommers projektil på et stykke tyndt papir, og projektilet ville vende tilbage til dig og slog."Thomson blev ikke modløs af dette resultat – han mente, at et stort antal mindre afvigelser kunne opsummere, vende nogle alfa-partikler tilbage. Men han lagde ikke op på sit gæt med beregninger, og dette tilfredsstilte ikke den omhyggelige og stædige Rutherford.

I 1904 foreslog den japanske fysiker Hantaro Nagaoka en planetarisk model af atomet, i midten af ​​hvilket der var en massiv positiv kerne, og elektroner cirklede rundt som ringer af Saturn.

Rutherford overvejede lang tid resultaterne af Geiger og Marsden og skabte i 1911 sin egen planetære model af atomet, hvor den lille positive kerne var ti tusind gange mindre end selve atomet, men på grund af dets massive og stærke elektriske felt kunne det hurtigt vende tilbage til alfa partikler.

Skematisk repræsentation af et atom med alfa-passerende partikler: til venstre – Thomsons model eller pudding til højre – Rutherford model

– Det gælder for sorte huller og for atomkerner! – skinnede Andrew. – Tross alt, jo mindre radius, desto stærkere er feltet. Kun felterne er forskellige: sorte huller har gravitations- og atomkerner elektriske.

– Godt gjort, Andrew! – Til gengæld var det glædeligt Dzintara. – Hurtigt tænker du!

Galatea kiggede på sin bror i afsky.

– Afbryd ikke!

"Intet," Dzintara beroligede hende, "det er interessant at diskutere de vigtigste punkter langs eventyret." Så foreslog Rutherford sin egen model af atomet – og var meget tilfreds med det. "Nu ved jeg, hvad et atom ser ud!" – sagde han. Samtidig betragtede han det som en arbejdsmodel, der hjælper med at forklare interessante eksperimenter, men han er stadig langt fra perfekt. Og så syntes der blandt Rutherfords elever en mand, der tog denne model alvorligt, men det er en ny historie. Og i dag er det tid til at sove.

Og Dzintar lukkede bogen på trods af de protesterende skrig af børn.

Khantaro Nagaoka (1865-1950) – japansk fysiker. I 1904 foreslog han den første planetariske model af et atom med en massiv positiv kerne og negative elektroner, der cirkler rundt om det.

Ernest Rutherford (1871-1937) – britisk fysiker oprindeligt fra New Zealand. Vinder af Nobelprisen i kemi for 1908. Eksperimentelt beviste tilstedeværelsen af ​​en lille tæt og tung kerne inde i et forholdsvis stort og næsten tomt (i andre områder) af atomet. Skaberen af ​​den berømte fysikskole: 12 studerende i Rutherford blev nobelpristagere.

Frederick Soddy (1877-1956) – Engelsk Radiochemist, medlem af Royal Society of London, vinder af Nobelprisen i Kemi 1921. Sammen med Rutherford arbejdede han på oprettelsen af ​​en teori om radioaktivt henfald.

Joseph John Thomson (1856-1940) – Engelsk fysiker, Nobelprisen i fysik i 1906, Præsident for Royal Society of London og London Society of Physics, Direktør for Cavendish Laboratory ved University of Cambridge, hvor Ernest Rutherford arbejdede under hans ledelse.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: