Leniwiec.edu.pl

1871 - 1937

     Ernest Rutherford jest powszechnie uważany za największego fizyka eksperymentalnego XX w. Odegrał główną rolę w poznaniu zjawiska promieniotwórczości, a ponadto zapoczątkował badania w dziedzinie fizyki jądrowej. Jego odkrycia, mające olbrzymie znaczenie teoretyczne, znalazły także szerokie i ważne zastosowania praktyczne. Bez nich nie byłoby broni jądrowej i elektrowni atomowych, promieniotwórczych wskaźników oraz datowania na podstawie pomiaru radioaktywności. Jego wpływ na świat jest głęboki, wciąż wzrasta i z pewnością okaże się trwały.
Rutherford urodził się i wychował w Nowej Zelandii. Uczęszczał tam do Canterbury College; w wieku dwudziestu trzech lat miał już trzy stopnie naukowe (bakałarz i magister sztuki, bakałarz nauk). W następnym roku przyznano mu stypendium na studia na uniwersytecie w Cambridge w Anglii, gdzie będąc studentem prowadził prace badawcze pod kierunkiem profesora J. J. Thomsona, jednego z najwybitniejszych ówczesnych uczonych. Mając dwadzieścia siedem lat został profesorem fizyki na uniwersytecie McGill w Kanadzie, na którym spędził dziewięć lat. Powrócił do Anglii w 1907 r. by kierować wydziałem fizyki uniwersytetu w Manchesterze. W 1919 r. wrócił do Cambridge, tym razem jako dyrektor Cavendish Laboratory i pozostał tam do końca życia.
     Promieniotwórczość odkrył w 1896 r. francuski uczony Antoine Henri Becquerel w trakcie doświadczeń ze związkami uranu. Becquerel nie interesował się dalej tym zagadnieniem i większość naszej wiedzy na temat promieniotwórczości zawdzięczamy rozległym badaniom Rutherforda. (Maria i Piotr Curie odkryli dwa pierwiastki promieniotwórcze - polon i rad - ale nie można im przypisać żadnych fundamentalnych dokonań naukowych.) Jednym z pierwszych odkryć Rutherforda było stwierdzenie, że promieniowanie emitowane przez uran zawiera dwa zupełnie różne składniki: nazwał je promieniowaniem alfa i bela. Udało mu się również wyjaśnić istotę każdego z tych składników (promieniowanie to tworzą cząstki poruszające się z dużą prędkością) i wykazać, że oprócz nich istnieje trzeci składnik, który nazwał promieniowaniem gamma. Ważną cechą promieniotwórczości jest związana z nią energia. Becquerel i małżonkowie Curie, a także większość innych uczonych przypuszczali, że pochodzi ona z zewnątrz, ale Rutherford dowiódł, że energia ta - znacznie większa niż energia wyzwalana w wyniku reakcji chemicznych - emitowana jest z wnętrza atomu uranu! W ten sposób wprowadził on ważne pojęcie energii atomowej.
     Uczeni zakładali zawsze, że poszczególne atomy są niepodzielne i niezmienne. Rutherford (z pomocą bardzo utalentowanego młodego asystenta, Fredericka Soddy'ego) zdołał wykazać, że jeżeli atom wyemituje promieniowanie alfa lub beta, to w następstwie tego przekształca się w atom zupełnie innego pierwiastka. Chemicy początkowo nie dawali temu wiary, ale Rutherford i Soddy odkryli cały szereg promieniotwórczych rozpadów, prowadzących od uranu do ołowiu. Zmierzyli również szybkość, z jaką zachodzi rozpad, i sformułowali ważne pojęcie czasu połowicznego rozpadu. Doprowadziło to szybko do rozwoju techniki ustalania wieku przez oznaczenie zawartości pierwiastków promieniotwórczych. Technika ta jest niezwykle przydatna w badaniach naukowych, znajduje ważne zastosowanie w geologii, archeologii, astronomii i wielu innych dziedzinach.
     Przełomowe odkrycia Rutherforda przyniosły mu Nagrodę Nobla w 1908 r. (później również i Soddy dostał Nagrodę Nobla), ale jego najważniejsze osiągniecie miało dopiero nastąpić. Rutherford zauważył, że poruszające się z dużą prędkością cząstki alfa przechodzą przez cienką folię ze złota (nie zostawiając żadnych śladów przebicia), odchylając się przy tym nieznacznie od pierwotnego kierunku biegu. Nasuwał się wniosek, że atomy złota nie są wcale twardymi, nieprzemakalnymi cząstkami, przypominającymi ,,malutkie kule bilardowe" - jak przedtem przypuszczali uczeni - ale są wewnątrz ,,miękkie"!
     Wyglądało na to, że małe twarde cząstki alfa mogą przejść przez atom złota podobnie, jak szybki pocisk przechodzi przez galaretę.
Rutherford (razem z dwoma młodszymi współpracownikami, Geigerem i Marsdenem) stwierdził także, iż niektóre cząstki alfa trafiając w złotą folię gwałtownie zmieniają kierunek biegu. W rzeczywistości niektóre z nich odbijają się nawet i zawracają! Rutherford wyczuł, że kryje się za tym coś istotnego, i polecił wielokrotnie powtórzyć to doświadczenie, starannie licząc cząstki odbite w każdym kierunku. Następnie przeprowadził bardzo trudną, ale całkowicie przekonującą analizę matematyczną i wykazał, że wyniki doświadczeń można wyjaśnić tylko w jeden sposób: atom złota składa się głównie z pustej przestrzeni, a niemal cała jego masa skupiona jest w miniaturowym ,,jądrze", znajdującym się w środku atomu!
     W ten sposób jednym pociągnięciem pióra Rutherford zniszczył nasz zdroworozsądkowy obraz świata. Jeżeli nawet kawałek metalu pozornie przedmiot najbardziej solidny - składa się w istocie głównie z pustej przestrzeni, to nagle musimy uznać, że wszystkie rzekomo trwałe obiekty są niczym innym, jak tylko zbiorowiskami małych drobin poruszających się w rozległej próżni.
     Odkrycie jądra atomowego stanowi podstawę wszystkich nowożytnych teorii budowy atomu. Dwa lala później Niels Bohr opublikował słynną pracę, w której przedstawił model atomu jako miniaturowego układu słonecznego, rządzonego prawami mechaniki kwantowej. Dla Bohra punktem wyjścia był właśnie model Rutherforda. ód tego modelu zaczęli również, swe rozważania Heisenberg i Schroedinger, którzy skonstruowali bardziej złożone modele atomu, zgodne z prawami mechaniki macierzowej i falowej.
     Odkrycie Rutherforda przyczyniło się również do powstania nowej dziedziny nauki: fizyki jądrowej. Rutherford był pionierem także i w tej dziedzinie; w 1919 r. bombardując jądra azotu szybko poruszającymi się cząstkami alfa zdołał przekształcić je w jądra tlenu. To osiągnięcie mogło zaćmić nawet marzenia dawnych alchemików.
     Wkrótce też uświadomiono sobie. że przemiany jądrowe mogą być źródłem energii słonecznej. Przemiana jąder atomowych jest również kluczowym procesem, na którym opiera się działanie bomb i elektrowni atomowych.
     Odkrycie Rutherforda ma zatem znaczenie daleko wykraczające poza dziedzinę czystego poznania. Niezwykła osobowość Rutherforda wywierała wrażenie na wszystkich, którzy się z nim stykali. Był potężnie zbudowany, odznaczał się donośnym głosem, nieograniczoną energią i pewnością siebie, a także uderzającym brakiem skromności. Gdy jeden z kolegów zwrócił uwagę na niesamowita umiejętność Rutherforda utrzymywania się zawsze „na fali" badań naukowych, Rutherford odpowiedział z miejsca: „No, a co w tym dziwnego? Przecież to ja stworzyłem falę, prawda?" Niewielu uczonych zaprzeczyłoby temu twierdzeniu.