РЕЗЕРФОРД, ЭРНЕСТ

(1871-1937) английский физик, основоположник ядерной физики

Эрнест Резерфорд родился в Спринг-Гроуве (сейчас г.Брайтуотер) в Новой Зеландии, в простой шотландской семье. Его отец. Джеймс Резерфорд, был колесным мастером, а мать, Марта Томсон, — учительницей. Эрнест был четвертым ребенком из двенадцати детей. С детства он был очень наблюдательным и трудолюбивым мальчиком. Окончив начальную школу как лучший ученик, Эрнест получил стипендию для продолжения об­разования в колледже провинции Нельсон, куда поступил в 1887 году в пятый класс. Уже здесь проявились его ис­ключительные способности к математике; он также хоро­шо занимался физикой, химией, литературой, латинским и французским языками. Эрнест в детстве увлекался кон­струированием различных механизмов: строил модели во­дяных мельниц, машины, даже смастерил фотоаппарат.

Окончив колледж, он поступил в Кентерберийский колледж Новозеландского университета в Крайстчерче. Здесь Резерфорд уже более серьезно начинает занимать­ся физикой и химией, работает в студенческих кружках и даже является одним из инициаторов создания в универ­ситете научного студенческого общества.

Прочитав статью немецкого физика Генриха Герца об открытии электромагнитных волн, Резерфорд решил ис­следовать их свойства. Но возникла проблема обнаруже­ния приходящих электромагнитных волн. Ему удалось установить, что об их присутствии можно судить по раз­магничиванию железа. Это было первое настоящее откры­тие двадцатитрехлетнего Резерфорда.

В 1894 году Эрнест закончил колледж с отличием и по­лучил степень магистра по физике и математике. Он стал учителем физики средней школы, но на этом поприще не преуспел. В 1895 году ему была присуждена самая круп­ная стипендия— «стипендия 1851 года», которая давала возможность стажировки в лучших лабораториях страны. Осенью 1895 года Резерфорд приехал в Кембридж — на­учный центр Англии — и начал работать в Кавендишской лаборатории под руководством выдающегося английского физика Джозефа Джона Томсона (1856—1940).

Эрнест продолжает свои исследования в области элек­тромагнитных волн, и в 1896 году ему удается установить радиосвязь на расстоянии около 3 километров. Практичес­кая сторона радиосвязи его мало интересовала, и поэто­му он прекращает свои работы в этой области, а пере­датчик дарит итальянскому инженеру Г.Маркони, исполь­зовавшему его в своих исследованиях. В это время Резер­форд совместно с Дж.Дж.Томсоном начинает работы по изучению ионизации газов и воздуха разными методами, включая лучи Рентгена. Но после открытия в 1896 году Беккерелем радиоактивности Резерфорд занялся сравне­нием лучей Рентгена и Беккереля.

В 1898 году он получил должность профессора физи­ки Мак-Гиллекого университета в Монреале и в сентябре этого же года прибыл в Канаду. В Мак-Гиллском универ­ситете он проработал 9 лет — до 1907 года — и сделал много важных открытий. В 1898 году Резерфорд присту­пил к исследованию уранового излучения, результаты которого были опубликованы в 1899 году в статье «Из­лучение урана и созданная им электропроводность». Ис­следуя урановое излучение в магнитном поле, Резерфорд установил, что оно состоит из двух составляющих. Пер­вую составляющую, которая отклоняется в одну сторону и легко поглощается листом бумаги, он назвал альфа-лу­чами, а вторую, отклоняющуюся в противоположную сто­рону и обладающую большей проникающей способно­стью, — бета-лучами. В 1900 году в излучении урана Вилларом была открыта еще одна составляющая, которая не отклонялась в магнитном поле и обладала наибольшей проникающей способностью, она была названа гамма-лу­чами. В 1900 году, занимаясь изучением радиоактивно­сти тория, Резерфорд открыл новый газ, названный поз­же радоном. Совместное английским физиком и химиком Фредериком Содди он в 1902-1903 годах разработал тео­рию радиоактивного распада и установил закон радиоак­тивных превращений. Резерфорд предсказал существова­ние трансурановых элементов. Итогом девятилетней ра­боты ученого в Монреале являются более 50 опублико­ванных научных статей и книга «Радиоактивность», ко­торая подытожила все известные науке знания об этом явлении.

Имя Резерфорда становится известным, и он получает приглашение занять должность профессора кафедры фи­зики Манчестерского университета и директора физичес­кой лаборатории. 24 мая 1907 года Эрнест Резерфорд воз­вращается в Европу и приступает к работе по разгадке природы альфа-частиц и их прохождения через вещест­во, изучение которых он начал еще в Канаде. За исследо­вания по превращению элементов и химии радиоактив­ных веществ ему в 1908 году была присуждена Нобелев­ская премия по химии.

В Манчестере Резерфорд создает коллектив выдаю­щихся исследователей из разных стран мира, среди кото­рых были немецкий физик Ганс Гейгер (1882-1945), анг­лийский физик Генри Мозли (1887-1915), новозеланд­ский физик, в то время студент последнего курса, Эрнест Марсден (1889-1970) и другие ученые. В атмосфере кол­лективного научного творчества были сделаны крупней­шие научные открытия Резерфорда. В 1908 году он вме­сте с Гейгером сконструировал прибор для регистрации отдельных заряженных частиц, получивший название «счетчик Гейгера». В 1909 году выяснил природу альфа- частиц: они являются дважды ионизированными атома­ми гелия. В 1911 году, основываясь на результатах опы­тов, проводимых его учениками Марсденом и Гейгером, установил закон рассеяния альфа-частиц атомами раз­личных элементов, что привело его в мае 1911 года к соз­данию новой модели атома — планетарной. Согласно этой модели, атом подобен Солнечной системе: в центре рас­положено массивное положительное ядро диаметром око­ло 10-12 см, вокруг которого по круговым орбитам враща­ются отрицательные электроны. Число элементарных по­ложительных зарядов, содержащихся в атомном ядре, сов­падает с порядковым номером элемента в таблице Д.И.Менделеева, в его оболочке содержится такое же ко­личество электронов, так как атом в целом электроней­трален.

Прежде чем Резерфорд смог воскликнуть: «Теперь я знаю, как выглядит атом!», Марсдену и Гейгеру пришлось зафиксировать и подсчитать более 2 миллионов еле види­мых сцинтилляций (вспышек) альфа-частиц.

В 1912 году в Манчестер приехал выдающийся дат­ский физик Нильс Бор. Ему удалось устранить противо­речия планетарной модели атома, предложенной Резерфордом. В результате его работы появилась модель атома Резерфорда-Бора. положившая начало квантовой и ядер­ной физике.

В 1914 году Резерфорд выдвинул идею об искусствен­ном превращении атомных ядер. Но начавшаяся Первая мировая война прервала исследования и разбросала друж­ный коллектив по разным, враждующим друг с другом странам. Сам Резерфорд был привлечен к военным иссле­дованиям и занимался разработкой акустических методов борьбы с немецкими подводными лодками. На фронте в 1915 году в возрасте 28 лет был убит Генри Мозли — один из его лучших учеников, прославивший свое имя крупным открытием в спектроскопии рентгеновских лучей. Джеймс Чедвик находился в немецком плену, Марсден сражался во Франции, а Нильс Бор вернулся в Копенга­ген. Лишь после войны Резерфорд смог возобновить свои исследования.

В 1919 году он переезжает в Кембридж, где занимает пост профессора Кембриджского университета и сменя­ет своего учителя Дж.Дж.Томсона, став директором Кавендишской лаборатории. Этот пост ученый занимал до конца своей жизни. Продолжаемые исследования прино­сят блестящие результаты: была осуществлена искусст­венная ядерная реакция превращения азота в кислород, что заложило основы современной физики ядра. В 1920 году Резерфорд предсказал существование нейтрона — нейтральной частицы, равной по массе ядру водорода. Та­кая частица была обнаружена в 1932 году его учеником и сотрудником Чедвиком, ставшим в связи с этим Нобелев­ским лауреатом. Руководимая Резерфордом Кавендишская лаборатория стала научной Меккой для ученых-фи­зиков всех стран.

К своим ученикам он относился исключительно забот­ливо, ласково называя их «мальчиками», не позволял ра­ботать в лаборатории дольше шести часов вечера, а по вы­ходным дням не позволял работать совсем. Он руководил своими учениками, как «благодушный отец семейства», и они любовно называли своего учителя «папой». Ежеднев­но Резерфорд собирал сотрудников за чашкой чая для об­суждения не только научных проблем и результатов экс­периментов, но и вопросов политики, искусства и лите­ратуры. Великий ученый был начисто лишен всякой чопорности, снобизма и стремления создать вокруг себя обстановку преклонения.

У него учились и советские физики Ю.Б.Харитон, А.И.Лейпунский, К.Д.Синельников, Л.Д.Ландау и другие' В 1921 году к Резерфорду в Кембридж приехал молодой советский физик Петр Леонидович Капица (1894-1984) и проработал там 13 лет. Он стал активным сотрудником и другом Резерфорда, оправдал надежды своего учителя, достигнув выдающихся научных результатов. В 1971 го­ду по инициативе П.Л.Капицы к 100-летию со дня рожде­ния ученого в нашей стране была выпущена юбилейная медаль Резерфорда и издано собрание его трудов.

Он был членом всех академий наук мира, с 1925 го­да — иностранным членом Академии наук Советского Союза; с 1903 года членом Лондонского королевского об­щества, а с 1925 по 1930 год — его президентом. В 1931 году он получил титул барона и стал лордом Нельсоном. Великий экспериментатор за свои научные заслуги был удостоен всех наград научного мира.

Эрнест Резерфорд умер 19 октября 1937 года в воз­расте 66 лет. Его смерть была огромной утратой для нау­ки, многочисленных учеников и всего человечества. Ве­ликий физик похоронен в Вестминстерском аббатстве — в соборе Святого Павла, рядом с могилами И.Ньютона, М.Фарадея, Ч.Дарвина, В.Гершеля, в одном из нефов со­бора. названном «Уголком науки».