Ernest Rutherford

Rozbalit box

Obsah boxu

Ernest Rutherford, 1. baron Rutherford z Nelsonu, (30. srpna 1871, Brightwater, Nový Zéland – 19. října 1937, Cambridge, Spojené království) byl novozélandský a britský fyzik, který je považován za zakladatele jaderné fyziky. Provedl revoluční objevy v oblasti radioaktivity a struktury atomu. V roce [] obdržel Nobelovu cenu za chemii "za svůj výzkum rozpadu prvků a chemii radioaktivních látek".

Jeho nejslavnějším příspěvkem je objev atomového jádra, k němuž dospěl na základě experimentu se zlatou fólií v roce []. Na základě tohoto experimentu formuloval Rutherfordův model atomu, který poprvé popsal atom jako malou, hustou, kladně nabitou centrální oblast (jádro) obklopenou obíhajícími elektrony. Tento model nahradil dosavadní Thomsonův "pudinkový" model. Rutherford také jako první identifikoval a pojmenoval proton, objevil a pojmenoval záření alfa a záření beta a jako první uskutečnil umělou jadernou transmutaci, když v roce [] přeměnil dusík na kyslík.

📜 Život a vzdělání

Ernest Rutherford se narodil jako čtvrté z dvanácti dětí v rodině farmáře Jamese Rutherforda a učitelky Marthy Thompsonové. Už v mládí projevoval mimořádné nadání, což mu zajistilo stipendium na Nelson College a později na Canterbury College v Christchurch, kde studoval matematiku a fyziku.

V roce [] získal prestižní stipendium "1851 Exhibition Science Scholarship", které mu umožnilo odcestovat do Anglie a stát se postgraduálním studentem v Cavendishově laboratoři na Univerzitě v Cambridgi pod vedením objevitele elektronu, J. J. Thomsona.

V roce [] přijal profesorské místo na McGillově univerzitě v kanadském Montréalu, kde provedl výzkum, za který později získal Nobelovu cenu. V roce [] se vrátil do Anglie na Univerzitu v Manchesteru, kde vedl fyzikální laboratoř a provedl svůj slavný experiment se zlatou fólií. Od roku [] až do své smrti působil jako ředitel Cavendishovy laboratoře v Cambridgi, kde navázal na odkaz J. J. Thomsona.

⚛️ Vědecká kariéra a objevy

Rutherfordova vědecká dráha byla sérií přelomových objevů, které navždy změnily pohled na hmotu.

☢️ Radioaktivita a poločas rozpadu

Během svého působení na McGillově univerzitě se Rutherford intenzivně věnoval nově objevenému jevu radioaktivity.

Záření alfa a beta: V roce [] zjistil, že uranové záření se skládá ze dvou odlišných typů paprsků. Méně pronikavou složku nazval záření alfa (α) a pronikavější záření beta (β). Později bylo identifikováno i třetí, nejpronikavější záření gama (γ), které pojmenoval Rutherford v roce [].
Radioaktivní rozpad a transmutace: Ve spolupráci s Frederickem Soddym vyvinul v letech 1902–1903 teorii radioaktivního rozpadu. Prokázali, že radioaktivita je spontánní proces, při němž se atomy jednoho prvku samovolně mění (transmutují) na atomy jiného prvku za současného vyzáření částic. Tím vyvrátili po staletí platnou představu o neměnnosti a nedělitelnosti atomů.
Poločas rozpadu: Rutherford také zavedl koncept poločasu rozpadu – konstantní doby, za kterou se rozpadne polovina jader v daném vzorku radioaktivního materiálu. Tento objev měl zásadní význam pro datování stáří hornin a Země.

🎯 Experiment se zlatou fólií a objev jádra

Na Univerzitě v Manchesteru provedl Rutherford se svými asistenty Hansem Geigerem a Ernestem Marsdenem mezi lety 1909 a 1911 experiment, který změnil chápání struktury atomu.

Experiment spočíval v ostřelování velmi tenké zlaté fólie proudem alfa částic. Podle tehdy platného Thomsonova modelu, který popisoval atom jako kouli s rovnoměrně rozloženým kladným nábojem a v ní "zapíchnutými" elektrony (tzv. "pudinkový model"), se očekávalo, že masivní alfa částice projdou fólií jen s mírným odchýlením.

Většina částic skutečně prošla bez výrazné změny dráhy. K obrovskému překvapení se však ukázalo, že malá část (přibližně 1 z 20 000) se odchýlila o velký úhel, a některé se dokonce odrazily zpět. Rutherford to později popsal slavným přirovnáním: "Bylo to skoro tak neuvěřitelné, jako kdybyste vystřelili patnáctipalcový granát na kus hedvábného papíru a on se odrazil a zasáhl vás."

Na základě těchto výsledků Rutherford v roce [] dospěl k závěru, že:

Většina hmoty a veškerý kladný náboj atomu jsou soustředěny ve velmi malém, hustém centru – jádře.
Atom je z větší části prázdný prostor.
Kolem jádra obíhají záporně nabité elektrony, podobně jako planety kolem Slunce.

Tím byl položen základ pro planetární model atomu.

⚛️ Objev protonu a umělá transmutace

V roce [], již v Cavendishově laboratoři, provedl Rutherford první umělou jadernou reakci. Ostřeloval atomy dusíku alfa částicemi a zjistil, že při srážce vzniká kyslík a uvolňuje se nová částice. Tuto částici identifikoval jako jádro vodíku a v roce [] ji pojmenoval proton. Stal se tak prvním člověkem, který "rozbil atom" a cíleně přeměnil jeden prvek v jiný.

🏅 Nobelova cena a další pocty

V roce [] byla Rutherfordovi udělena Nobelova cena za chemii za jeho výzkum radioaktivního rozpadu. Sám Rutherford, který se považoval především za fyzika, na to vtipně poznamenal: "Setkal jsem se s mnoha rozličnými proměnami v různých časových obdobích, ale nejrychlejší byla moje vlastní proměna v jediném okamžiku z fyzika na chemika."

Za své zásluhy byl v roce [] povýšen do šlechtického stavu (Sir), v roce [] obdržel Řád za zásluhy a v roce [] mu byl udělen titul baron Rutherford z Nelsonu, čímž získal křeslo ve Sněmovně lordů. Byl také prezidentem prestižní Královské společnosti v letech 1925 až 1930.

🤔 Věda pro laiky

Představte si, že atom je obrovský, prázdný fotbalový stadion. Rutherfordův objev jádra by se dal přirovnat k tomu, že uprostřed tohoto stadionu leží malá skleněná kulička. Tato kulička je neuvěřitelně těžká – ve skutečnosti v ní je skoro veškerá hmotnost celého stadionu. Všechno ostatní, tedy tribuny, hřiště i vzduch, je v podstatě prázdný prostor, ve kterém poletují jen nepatrné částečky prachu (elektrony).

Před Rutherfordem si vědci mysleli, že hmota stadionu je rovnoměrně rozprostřena po celé jeho ploše jako hustá mlha. Rutherfordův experiment se zlatou fólií fungoval tak, že do této "mlhy" (nebo na náš stadion) střílel malé, rychlé kuličky (alfa částice). Očekával, že všechny proletí skrz s malým vychýlením. Většina skutečně proletěla, ale pár se jich odrazilo zpět. To bylo možné jedině tak, že se trefily do něčeho extrémně malého, ale zároveň extrémně hmotného – do té skleněné kuličky uprostřed hřiště. Tím dokázal, že atom není jednolitá "mlha", ale má pevné, maličké jádro.

Legacy and Influence

Rutherford je právem nazýván "otcem jaderné fyziky". Jeho objevy položily základy pro pochopení struktury hmoty a vedly k rozvoji kvantové mechaniky a moderní fyziky. Jeho planetární model, ačkoliv byl později upřesněn modelem Nielse Bohra, zůstává klíčovým konceptem ve výuce fyziky.

Pod jeho vedením v Cavendishově laboratoři pracovalo mnoho budoucích nositelů Nobelovy ceny, včetně:

James Chadwick (objevitel neutronu)
John Cockcroft a Ernest Walton (první umělé rozbití jádra pomocí urychlovače)
Niels Bohr (autor kvantového modelu atomu)
Pjotr Leonidovič Kapica (práce v oblasti fyziky nízkých teplot)

💡 Zajímavosti a kuriozity

Chemický prvek s protonovým číslem 104, Rutherfordium (Rf), byl pojmenován na jeho počest.
Rutherford zemřel nečekaně v roce 1937 na komplikace po operaci uskřinuté kýly. Jeho smrt byla údajně zaviněna prodlevou, protože tehdejší protokol vyžadoval, aby šlechtice operoval pouze lékař s urozeným původem, který nebyl okamžitě k dispozici.
Je pohřben ve Westminsterském opatství v Londýně poblíž hrobů Isaaca Newtona a Lorda Kelvina.
Jeho podobizna je zobrazena na novozélandské stodolarové bankovce.

Zdroje