歐內(nèi)斯特·盧瑟福
生平
1871年8月30日,盧瑟福生在新西蘭尼爾森附近的斯普林格羅夫(現(xiàn)屬布賴特沃特,英語: Brightwater),家里有兄弟姊妹12人,他的父親從事生產(chǎn)枕木及切割亞麻的工作,小時(shí)候常在家里的鋸木廠及亞麻廠幫忙,因此教育孩子的責(zé)任都落于母親身上。他國中就讀海夫洛克,畢業(yè)后他決定爭取尼爾森學(xué)院的獎(jiǎng)學(xué)金,這段就學(xué)期間是他一生最難忘的回憶,在他臨終前仍不忘叮嚀他的太太要捐100磅給尼爾森學(xué)院,接著1890年他進(jìn)入坎特伯雷大學(xué)在那里他遇見了他最敬仰的教授,在他們的引導(dǎo)下盧瑟福對于科學(xué)的研究更加強(qiáng)烈,并已經(jīng)做了兩年電子學(xué)的先鋒研究。而后1891年他以"電磁研究"獲得科展的獎(jiǎng)學(xué)金。
1895年,盧瑟福獲得獎(jiǎng)學(xué)金,據(jù)聞這天他正在田里挖馬鈴薯,盧瑟福得知考上獎(jiǎng)學(xué)金,將手中的鐵鍬丟掉說:“這是我挖的最后一顆馬鈴薯了”。到英國劍橋大學(xué)三一學(xué)院卡文迪許實(shí)驗(yàn)室做博士研究后,最開心的就是接受約瑟夫·湯姆孫的指導(dǎo)。剛從新西蘭到劍橋時(shí),整日埋頭苦讀,被看作“光會挖土的野兔子”。在那里他暫短地保持了發(fā)現(xiàn)世界最長無線電波(2英里)的紀(jì)錄,后來跟隨發(fā)現(xiàn)電子的湯姆孫做研究。在研究物質(zhì)放射性期間,他創(chuàng)造了術(shù)語:α(阿爾法)和β(貝塔)射線,又經(jīng)測定發(fā)現(xiàn)β射線是速度快、穿透力強(qiáng)的電子。
在1898年,盧瑟福被指派擔(dān)任加拿大麥吉爾大學(xué)物理系主任,實(shí)驗(yàn)中他發(fā)現(xiàn)了放射性的半衰期,并將放射性物質(zhì)命名為α和β射線,這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)被授予1908年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),因?yàn)樗{(diào)查到解體的元素、化學(xué)和放射性物質(zhì)。他證明了放射性是原子的自然衰變。但他不是很高興,因?yàn)樗哉J(rèn)為是物理學(xué)家,而非化學(xué)家。他的一個(gè)名言是,“科學(xué)只有物理一個(gè)學(xué)科,其他不過相當(dāng)于集郵活動(dòng)而已”。他注意到在一個(gè)放射性物質(zhì)樣本里,一半的樣本衰變的時(shí)間幾乎是不變的, 這就是該物質(zhì)的“半衰期”,并且他還就此現(xiàn)象建立了一個(gè)實(shí)用的方法,以物質(zhì)半衰期作為時(shí)鐘來檢測地球的年齡,結(jié)果證明地球要比大多數(shù)科學(xué)間認(rèn)為的老得多。
在1907年他搬到英國已經(jīng)是諾貝爾獎(jiǎng)得主。1911年,在他的金箔實(shí)驗(yàn)中,借由他發(fā)現(xiàn)和解釋盧瑟福散射,他推測原子的核心有正電荷集中,進(jìn)而開創(chuàng)了盧瑟福模型。1909年盧瑟福在英國曼徹斯特大學(xué)同他的學(xué)生馬士登用α粒子撞擊一片薄金箔,他發(fā)現(xiàn)大部分的粒子都能通過金箔,只有極少數(shù)會跳回。他笑說這是海軍用15吋巨炮射擊一張紙,但炮彈卻會被彈回而打到自己。最后他提出了一個(gè)類似于太陽系行星系統(tǒng)的原子模型,認(rèn)為原子空間大都是空的,電子像行星圍繞原子核旋轉(zhuǎn),推翻了當(dāng)時(shí)所使用的梅子布丁原子模型。1911年3月,盧瑟福在曼徹斯特文學(xué)與哲學(xué)學(xué)會的會議上宣布他的意外發(fā)現(xiàn),同年5月,他將論文發(fā)表于“哲學(xué)雜志”。
晚年和榮譽(yù)
盧瑟福在1914年被授予爵士爵位。在第一次世界大戰(zhàn)期間,他研究潛艇探測的實(shí)際困難。1916年,他被授予{{Link-en|??颂丶o(jì)念獎(jiǎng)?wù)隆?919年,他回到卡文迪許實(shí)驗(yàn)室,繼約瑟夫·湯姆孫之后成為實(shí)驗(yàn)室主任和卡文迪許教授。在他的指導(dǎo)下,詹姆斯·查德威克因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了中子于1932年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。約翰·考克饒夫和歐內(nèi)斯特·沃爾頓完成了一個(gè)利用粒子加速器分裂原子的實(shí)驗(yàn)并在日后獲得諾貝爾獎(jiǎng)。愛德華·阿普爾頓證明了電子層的存在,并也在日后獲得諾貝爾獎(jiǎng)。他的學(xué)生中總共有丹麥的玻爾、德國的哈恩、前蘇聯(lián)的卡皮察等十位諾貝爾獎(jiǎng)得主。1925年至1930年期間,他擔(dān)任了皇家學(xué)會會長以及后來的難民學(xué)者協(xié)助理事會(英語:Council for Assisting Refugee Academics)主席,幫助了來自德國的近1000名大學(xué)學(xué)者難民。 1925年盧瑟福獲得英國政府頒發(fā)功績勛章,1931年被封為“尼爾森的盧瑟福男爵”。他只有一位女兒,故爵位在他死后斷絕。
在早些時(shí)候,盧瑟福就患有輕微的疝氣,但他一直不太重視,沒有好好治療它,最后發(fā)展成絞窄性腸梗阻,使得他病得很嚴(yán)重。1937年,盡管在倫敦做過一次緊急手術(shù),盧瑟福還是在劍橋于4天后死于醫(yī)生所說的“腸麻痹”。他的遺體在戈德斯格林火葬場(英語:Golders Green Crematorium)被火化,之后被給以很高榮譽(yù)的葬在西敏寺中,靠近牛頓和其他著名英國科學(xué)家。
科學(xué)研究
金箔實(shí)驗(yàn)
頂部: 預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果:α粒子穿過未被擾動(dòng)的梅子布丁模型式的原子。底部: 觀測到的結(jié)果:少量的粒子被偏轉(zhuǎn),表明有一個(gè)電荷集中的小核。 這里的圖像并不是依照比例,實(shí)際中原子核遠(yuǎn)小于電子層。
1909年,盧瑟福和漢斯·蓋革以及歐內(nèi)斯特·馬士登(英語:Ernest Marsden)在英國曼徹斯特大學(xué)進(jìn)行了蓋革-馬士登實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)是用α粒子束轟擊真空室中的金箔。實(shí)驗(yàn)表明了原子具有核的特征。在實(shí)驗(yàn)中,盧瑟福靈感所至,要求蓋革和馬士登尋找具有大偏轉(zhuǎn)角的α粒子。在當(dāng)時(shí),沒有任何一個(gè)理論預(yù)期過這類粒子。這種稀有的偏向被觀測到了,并被證明是平滑的但符合高階偏向角函數(shù)。盧瑟福解釋了這些數(shù)據(jù),并在1911年總結(jié)出原子的盧瑟福模型的公式。該模型認(rèn)為,包含大部分原子質(zhì)量的帶正電的小核被小質(zhì)量的電子環(huán)繞。
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