زندگینامه ارنست رادرفورد؛ نابغه‌ای که اتم را دگرگون کرد

ارنست رادرفورد

چکیده بیوگرافی ارنست رادرفورد

نام کامل: ارنست رادرفورد

تاریخ تولد: ۳۰ اوت ۱۸۷۱

محل تولد: حومه برایت‌واتر شهر نلسون، ساحل شمالی جزیره جنوبی، نیوزیلند

ملیت: بریتانیایی

حرفه: فیزیک دان، استاد دانشگاه

محل تحصیل: دانشگاه کانتربوری، دانشگاه کمبریج

درگذشت: ۱۹ اکتبر ۱۹۳۷

زندگینامه ارنست رادرفورد

زندگینامه ارنست رادرفورد

ارنست رادرفورد (Ernst Rutherford) در ۳۰ اوت ۱۸۷۱ در حومه شهر برایت واتر از نیوزلند به دنیا آمد. او در یک خانواده پرجمعیت بزرگ شد که هفت پسر و پنج دختر داشتند، ارنست فرزند چهارم والدینش بود. جیمز رادرفورد پدرش، یک چرخساز اسکاتلندی بود که همراه با تمام خانواده اش در سال ۱۸۴۲ به نیوزلند مهاجرت کردند. مادر ارنست رادرفورد خواهر زاده مارتا تامپسون یک معلم مدرسه انگلیسی بود. 

رادرفورد به دلیل دستاوردهای علمی خود به‌عنوان «پدر فیزیک هسته‌ای» شناخته می‌شود.

دوران تحصیل ارنست رادرفورد

هوش این دانشمند از همان کودکی نیز مشخص بود، او توانست تحصیلات اولیه خود را در مدارس دولتی به اتمام برساند و در سن ۱۶ سالگی اولین بورسیه تحصیلی زندگی خود را به دست آورد و وارد مدرسه کالج نلسون شد. سپس در سال ۱۸۸۹ بورسیه دانشگاهی به وی تعلق گرفت و توانست وارد دانشگاه نیوزلند، ولینگتون شود از آنجا نیز وارد کالج کانتربری شد.

ارنست رادرفورد در سال ۱۸۹۳ با مدرک کارشناسی ارشد رشته ریاضیات و علوم فیزیک فارغ التحصیل شد و توانست برای مدتی کارهای تحقیقاتی در کالج انجام دهد، سرانجام مدرک  B.Sc را دریافت کرد.

در سال ۱۸۵۱ یک نمایشگاه علمی برگزار شد و بورسیه علمی آن را به ارنست رادرفورد اهدا کردند به همین دلیل وی توانست به عنوان دانشجوی پژوهشی در آزمایشگاه کاوندیش با نظارت جی جی تامسون به کالج ترینیتی، کمبریج برود. 

عکس ارنست رادرفورد روی پول نیوزیلند

ارنست رادرفورد در دانشگاه کمبریج

با توجه به اهمیت روزافزون علم، دانشگاه کمبریج در آن دوران قوانین خود را تغییر داد تا به فارغ التحصیلان سایر موسسات اجازه دهد پس از دو سال تحصیل و تکمیل یک پروژه تحقیقاتی قابل قبول، مدرک کمبریج را نیز کسب کنند، درنتیجه رادرفورد توانست اولین دانشجوی پژوهشی مدرسه شود.

رادرفورد علاوه بر نشان دادن اینکه تخلیه نوسانی آهن را مغناطیسی می کند، مشخص کرد که یک سوزن مغناطیسی بخشی از مغناطیسی خود را در میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان متناوب از دست می دهد، سپس این سوزن را به آشکارساز امواج الکترومغناطیسی تبدیل کرد و شد پدیده ای که به تازگی کشف شده است.

در سال ۱۸۶۴ فیزیکدان اسکاتلندی جیمز کلرک ماکسول وجود چنین امواجی را پیش‌بینی کرده بود و بین سال‌های ۱۸۸۵ تا ۱۸۸۹ فیزیکدان آلمانی هاینریش هرتز آنها را در آزمایش‌هایی در آزمایشگاه خود تشخیص داد. دستگاه رادرفورد برای تشخیص امواج الکترومغناطیسی یا امواج رادیویی ساده‌تر بود و پتانسیل تجاری نیز داشت. او سال بعد را در آزمایشگاه کاوندیش گذراند و توانست برد و حساسیت دستگاه خود را افزایش دهد درنتیجه دستگاه می‌توانست سیگنال‌ها را از فاصله نیم مایلی دریافت کند.

همکاری رادرفورد و تامسون

رادرفورد نمی‌توانست دعوت تامسون را برای همکاری در تحقیق در مورد نحوه تغییر رسانایی گازها توسط اشعه ایکس رد کند و نتیجه این همکاری یک مقاله کلاسیک در مورد یونیزاسیون - شکستن اتم‌ها یا مولکول‌ها به بخش‌های مثبت و منفی (یون‌ها) - و جذب ذرات باردار به الکترودهایی با قطب مخالف بود.

سپس تامسون نسبت بار به جرم رایج‌ترین یون را که بعداً الکترون نامیده شد، مطالعه کرد، در حالی که رادرفورد به دنبال تشعشعات دیگری بود که یون‌ها را تولید می‌کردند.

آزمایشگاه علمی ارنست رادرفورد

کشف پرتوهای آلفا و بتا

رادرفورد ابتدا به تشعشعات فرابنفش و سپس به تشعشعات ساطع شده از اورانیوم پرداخت. (تابش اورانیوم برای اولین بار در سال ۱۸۹۶ توسط هانری بکرل فیزیکدان فرانسوی شناسایی شد.)

قرار دادن اورانیوم در نزدیکی ورقه های نازک به رادرفورد نشان داد که تشعشع پیچیده تر از آن چیزی است که قبلاً تصور می شد: یک نوع به راحتی توسط یک ورقه بسیار نازک دفع می شد، اما نوع دیگر به راحتی جذب می شد. نوع غالب اشعه به همان فویل های نازک نفوذ می کردند.

او برای سادگی کار این نوع تشعشعات را به ترتیب آلفا و بتا نامگذاری کرد. (بعدها مشخص شد که ذره آلفا همان هسته یک اتم معمولی هلیوم است - متشکل از دو پروتون و دو نوترون - و ذره بتا همان الکترون یا نسخه مثبت آن، پوزیترون است.) چندین سال بعد، این تشعشعات مورد توجه قرار گرفتند. 

ارنست رادرفورد و کشف نیمه عمر

توانایی پژوهشی رادرفورد باعث شد تا او در دانشگاه مک گیل، مونترال، که یکی از مجهزترین آزمایشگاه‌های نیمکره غربی را در اختیار داشت، به مقام استادی برسد. او و یکی از همکارانش با معطوف کردن توجه خود به یکی دیگر از معدود عناصری که در آن زمان به عنوان رادیواکتیو شناخته می شدند، دریافتند که توریم یک محصول گازی رادیواکتیو منتشر می کند که او آن را "نشست" نامید.

عجیب بود که پس از عملیات شیمیایی، برخی از عناصر رادیواکتیویته، قدرت رادیواکتیویته خود را از دست می دادند اما در نهایت آن را دوباره به دست آوردند، در حالی که مواد دیگر، در ابتدا قوی، به تدریج فعالیت خود را از دست دادند. این پژوهش  در سال ۱۹۰۷ درنهایت منجر به کشف مفهوم نیمه عمر شد؛ که به معنای فاصله زمانی لازم برای تجزیه نیمی از هسته های اتمی یک نمونه رادیواکتیو است و از ثانیه تا میلیاردها سال متغیر خواهد بود و برای هر عنصر رادیویی منحصر به فرد است.

در سال ۱۹۰۳، رادرفورد به همراه فرانسیس اسنودی (Francis Soddy) کشف کرد که اورانیوم به دو عنصر رادیواکتیو دیگر به نام‌های راد و رادون تجزیه می‌شود. این کشف نشان داد که رادیواکتیوی پدیده‌ای پایدار است و نه یک پدیده موقت.

ارنست رادرفورد از تعداد فزاینده ای از دانشجویان پژوهشگر در آزمایشگاه خود استقبال کرد، از جمله زنان که در آن زمان تعداد کمی از زنان به تحصیل علم می پرداختند. از او به عنوان سخنران و نویسنده مقالات مجلات بسیار دعوت می شد. او همچنین کتاب درسی برجسته آن دوره را در مورد رادیواکتیویته (۱۹۰۴) نوشت، همچنین مدال ها و مشارکت در انجمن سلطنتی لندن را نیز کسب کرد.

آزمایش ورقه طلا و کشف هسته اتم

در سال ۱۹۱۱، رادرفورد آزمایش معروف ورقه طلا را انجام داد. در این آزمایش، او پرتوهای آلفا را به یک ورقه نازک طلا شلیک کرد و مشاهده کرد که برخی از این پرتوها با زاویه‌های بسیار زیاد منحرف می‌شوند. این نتیجه نشان می‌داد که اتم دارای یک هسته کوچک و بسیار متراکم است که بار مثبت زیادی دارد.

رادرفورد بر اساس این آزمایش، مدل اتمی جدیدی را ارائه کرد که به نام «مدل اتمی رادرفورد» معروف است. در این مدل، هسته اتم در مرکز قرار دارد و الکترون‌ها در اطراف آن به دور می‌چرخند.

کشف پروتون و نوترون

رادرفورد در سال ۱۹۱۷ کشف کرد که هسته اتم از پروتون‌ها، که بار مثبت دارند، تشکیل شده است. او همچنین در سال ۱۹۳۲ کشف کرد که در هسته اتم ذرات بدون بار به نام نوترون نیز وجود دارند.

جوایز و افتخارات ارنست رادرفورد

رادرفورد به دلیل دستاوردهای علمی خود جوایز و افتخارات زیادی کسب کرد. او در سال ۱۹۰۸ به‌خاطر تحقیقاتش در زمینه رادیواکتیوی برنده جایزه نوبل شیمی شد.

او همچنین عضو انجمن سلطنتی (Royal Society) و انجمن علمی آمریکا (American Association for the Advancement of Science) بود.

جوایز ارنست رادرفورد

مرگ ارنست رادرفورد

ارنست رادرفورد در ۱۹ اکتبر ۱۹۳۷ در سن ۶۶ سالگی درگذشت. علت مرگ او فتق محتقن (incarcerated hernia) بود که در اثر سقوط او از درخت هنگام هرس کردن ایجاد شده بود.

رادرفورد در روز ۱۶ اکتبر در حال هرس کردن درختان در باغ خانه‌اش در کمبریج بود که از درخت سقوط کرد و دچار جراحت شد. او بلافاصله به بیمارستان منتقل شد، اما پزشکان نتوانستند فتق او را ترمیم کنند و او در روز ۱۹ اکتبر بر اثر این جراحت درگذشت.

مرگ رادرفورد برای جامعه علمی جهان یک ضایعه بزرگ بود. او یکی از برجسته‌ترین دانشمندان تاریخ بود که با کشفیات خود دنیای علم را دگرگون کرد.

یادبود ارنست رادرفورد

سخن پایانی درباره ارنست رادرفورد

ارنست رادرفورد یکی از بزرگترین فیزیک‌دانان تاریخ است که با کشفیات خود دنیای علم را دگرگون کرد. او پایه‌گذار فیزیک هسته‌ای بود و تحقیقات او زمینه‌ساز پیشرفت‌های بسیاری در این زمینه شد. رادرفورد همچنین معلم و راهنمای بسیاری از دانشمندان برجسته بود که در آینده به دستاوردهای بزرگی دست یافتند. ارنست رادرفورد یک مرد بزرگ و یک نابغه واقعی بود.

گردآوری: بخش بیوگرافی سرپوش