歐内斯特·拉塞福,第一代尼爾森的拉塞福男爵 [註 1] ,OM ,FRS (英語:Ernest Rutherford, 1st Baron Rutherford of Nelson ,1871年8月30日—1937年10月19日),新西兰 物理学家 ,世界知名的原子核物理學 之父[1] 。學術界公認他為繼法拉第 之後最偉大的實驗物理學家[1] 。
拉塞福首先提出放射性半衰期 的概念,證實放射性 涉及從一個元素到另一個元素的遷變 。他又將放射性物質按照貫穿能力分類為α射線 與β射線 ,並且證實前者就是氦 離子 [2] 。因為「对元素蜕变以及放射化学的研究」,他榮獲1908年諾貝爾化學獎 [3] 。
拉塞福領導團隊成功地證實在原子 的中心有個原子核 ,創建了拉塞福模型 [4] 。他最先成功地在氮 與α粒子的核反應 裏將原子分裂,他又在同實驗裏發現了質子,並且為質子命名[5] 。第104號元素為紀念他而命名为“鑪 ”。
生平
1871年8月30日,卢瑟福生在紐西蘭 尼爾森 附近的斯普林格罗夫(现属布赖特沃特 )[6] ,家裏有兄弟姊妹12人,他的父親從事生產枕木及切割亞麻的工作,小時候常在家裡的鋸木廠及亞麻廠幫忙,因此教育孩子的責任都落於母親身上。他國中就讀海夫洛克,畢業後他決定爭取尼尔森學院的獎學金,這段就學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磅給尼爾森學院,接著1890年他進入坎特伯雷大学 在那裏他遇見了他最敬仰的教授,在他們的引導下卢瑟福對於科學的研究更加強烈,并已经做了两年电子学的先锋研究。而後1891年他以"電磁研究"獲得科展的獎學金。
1895年,卢瑟福獲得獎學金,據聞這天他正在田裡挖馬鈴薯,卢瑟福得知考上獎學金,將手中的鐵鍬丟掉說:“這是我挖的最後一顆馬鈴薯了”。到英国 剑桥大学三一学院 卡文迪许实验室 做博士研究後,最開心的就是接受约瑟夫·汤姆孙 的指導。剛從紐西蘭到劍橋時,整日埋頭苦讀,被看作「光會挖土的野兔子」。在那里他暂短地保持了发现世界最长无线电波(2英里)的纪录,後來跟隨發現電子的汤姆孙 做研究。在研究物质放射性期间,他创造了术语:α(阿尔法) 和β(贝塔) 射线,又經測定發現β射线 是速度快、穿透力強的電子。
在1898年,卢瑟福被指派担任加拿大麦吉尔大学 物理系主任,實驗中他發現了放射性 的半衰期 ,並將放射性物質命名為α 和β射線 ,這項實驗被授予1908年的諾貝爾化學獎 ,因為他調查到解體的元素、化學和放射性物質。他证明了放射性是原子 的自然衰变 。但他不是很高興,因為他自認為是物理學家,而非化學家。他的一个名言是,“科学只有物理一个学科,其他不过相当于集邮活动而已”。他注意到在一个放射性物质样本裡,一半的样本衰变的时间几乎是不变的, 这就是该物质的“半衰期 ”,并且他还就此现象建立了一个实用的方法,以物质半衰期 作为时钟来检测地球的年龄,结果证明地球要比大多数科学家认为的老得多。
在1907年他搬到英國已經是諾貝爾獎得主。1908年卢瑟福在英國曼徹斯特大學 同實驗助手漢斯·蓋革 用α粒子 撞擊薄金屬箔紙,他發現相當可觀的散射 。隔年,在拉塞福的指導下,蓋革和二十三歲大學生欧内斯特·马斯登 於做實驗用α粒子 散射於薄金 箔紙,這就是著名的拉塞福散射實驗 ,其展示出α粒子可以被大角度散射,因此徹底推翻了湯姆森的梅子布丁模型 。他知道這散射結果時驚嘆,這是他一生中最難以置信的事件…如同你用15吋巨砲朝著一張衛生紙射擊,而炮彈卻被反彈回來而打到你自己一般地難以置信。1911年,卢瑟福在曼徹斯特文學與哲學學會的會議上宣布他的意外發現,同年,他將論文發表於当地的哲学与科学杂志。在這篇論文裡,提出了卢瑟福模型 ,這是描述原子的一種核子模型;原子的中心有一個帶正電、帶質量的原子核 ,在原子核的四周是帶負電的電子雲。從拉塞福模型,拉塞福推導出散射 公式,其預測與實驗結果相符合。然而,在拉塞福散射實驗裡,主角是原子核,而電子並不重要,因此拉塞福不能空口無憑地給出電子的排列方式。[7] [8] :51-53 [9] :14
晚年和荣誉
卢瑟福在1914年被授予爵士爵位 。在第一次世界大战 期间,他研究潜艇探测的实际困难。1916年,他被授予海克特纪念奖章 。1919年,他回到卡文迪许实验室,继约瑟夫·汤姆孙之后成为实验室主任和卡文迪许教授。在他的指导下,詹姆斯·查德威克 因为发现了中子于1932年获得诺贝尔奖 。约翰·考克饶夫 和欧内斯特·沃尔顿 完成了一个利用粒子加速器 分裂原子的实验并在日后获得诺贝尔奖。爱德华·阿普尔顿 证明了电子层 的存在,并也在日后获得诺贝尔奖。他的學生中总共有丹麥的玻尔 、德國的哈恩 、前蘇聯的卡皮察 等十位諾貝爾獎得主。1925年至1930年期间,他担任了皇家学会会长 以及后来的难民学者协助理事会 主席,帮助了来自德国的近1000名大学学者难民[10] 。1925年卢瑟福獲得英國政府頒發功績勳章 ,1931年被封為尼尔森的卢瑟福男爵 [11] 。他只有一位女兒,故爵位在他死後斷絕。
在早些时候,卢瑟福就患有轻微的疝气 ,但他一直不太重视,没有好好治疗它,最后发展成绞窄性肠梗阻,使得他病得很严重。1937年,尽管在伦敦做过一次紧急手术,卢瑟福还是在剑桥于4天後死于医生所说的“肠麻痹”[12] 。他的遗体在戈德斯格林火葬场 被火化[12] ,之后被给以很高荣誉的葬在西敏寺 中,靠近牛顿 和其他著名英国科学家[13] 。
科学研究
金箔實驗
顶部: 预期的实验结果:α粒子 穿过未被扰动的梅子布丁模型 式的原子 。 底部: 观测到的结果:少量的粒子被偏转,表明有一个电荷集中的小核 。 这里的图像并不是依照比例,实际中原子核远小于电子层。
1909年,卢瑟福和汉斯·盖革 以及歐內斯特·馬士登 在英国曼彻斯特大学进行了盖革-马士登实验 [14] 。实验是用α粒子束轰击真空室中的金 箔。实验表明了原子具有核的特征。在实验中,卢瑟福灵感所至,要求盖革和马士登寻找具有大偏转角的α粒子 。在当时,没有任何一个理论预期过这类粒子。这种稀有的偏向被观测到了,并被证明是平滑的但符合高阶偏向角函数。卢瑟福解释了这些数据,并在1911年总结出原子的卢瑟福模型 的公式。该模型认为,包含大部分原子质量的带正电 的小核 與圍繞在四周的小质量電子雲。[7] [8] :51-53
注释
参考资料
^ 1.0 1.1 Ernest Rutherford: British-New Zealand physicist . Encyclopædia Britannica. [2012-12-26 ] . (原始内容存档 于2010-02-09).
^ The Discovery of Radioactivity . [2012-12-26 ] . (原始内容存档 于2012-08-14).
^ 诺贝尔官方网站关于欧内斯特·卢瑟福传记 (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 ). Retrieved on 2011-01-26.
^ M. S. Longair. Theoretical concepts in physics: an alternative view of theoretical reasoning in physics . Cambridge University Press. 2003: 377 –378. ISBN 978-0-521-52878-8 .
^ Ernest Rutherford (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 ). Nzhistory.net.nz (1937-10-19). Retrieved on 2011-01-26.
^ John Campbell. " Rutherford, Ernest 1871–1937" . Dictionary of New Zealand Biography. Ministry for Culture and Heritage. [2013-09-03 ] . (原始内容存档 于2013-09-27).
^ 7.0 7.1 拉塞福, 歐尼斯特 , The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom, The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, May 1911, 21 : p. 669–688, doi:10.1080/14786440508637080
^ 8.0 8.1 Kragh, Helge. Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century Reprint. Princeton University Press. 2002. ISBN 978-0691095523 .
^
Smirnov, Boris M., Physics of Atoms and Ions, Springer: 14–21, 2003, ISBN 038795550X
^ Rutherford 26 15th. 1996.
^ 第33683號憲報 . 倫敦憲報 . 23 January 1931: 533.
^ 12.0 12.1 The Complete Peerage, Volume XIII – Peerage Creations, 1901–1938. St Catherine's Press. 1949: 495.
^ Heilbron, J. L. Ernest Rutherford and the Explosion of Atoms. Oxford: Oxford University Press, 2003; pp. 123–124. (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 ) Accessed 3 January 2012.
^ Geiger H. & Marsden E. On a Diffuse Reflection of the α-Particles . Proceedings of the Royal Society, Series A. 1909, 82 : 495–500 [2013-09-03 ] . Bibcode:1909RSPSA..82..495G . doi:10.1098/rspa.1909.0054 . (原始内容存档 于2013-05-22).
外部链接
1901年-1925年 1926年-1950年 1951年-1975年 1976年-2000年 2001年- 注:年份不一定是實際獲獎時間,1914年、1918年、1920年、1921年、1925年、1927年、1938年、1943年、1944年的獎項都延後一年頒發。
1800年代 1810年代 1820年代
1820年:未颁发
1822年:未颁发
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1826年:未颁发
1828年:未颁发
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