كل العلم إما فيزياء أو جمع الطوابع.
Ernest Rutherford كان فيزيائياً بريطانياً من مواليد نيوزيلندا أصبح معروفاً باسم مؤسس الفيزياء النووية. تعتبره دائرة معارف Encyclopædia Britannica أعظم مجرب منذ Michael Faraday.
في أعماله المبكرة، اكتشف Rutherford مفهوم نصف العمر الإشعاعي، والعنصر الإشعاعي الرادون، وميز وأطلق أسماء على إشعاعات ألفا وبيتا. تم إجراء هذا العمل في McGill University في Montreal، Quebec، كندا. وهو يشكل الأساس لجائزة نوبل في الكيمياء التي حصل عليها عام 1908 "لتحقيقاته في تحلل العناصر وكيمياء المواد المشعة"، وكان أول حائز جائزة نوبل كندي وأوقيانوسي.
انتقل Rutherford في عام 1907 إلى Victoria University of Manchester وهي اليوم University of Manchester في المملكة المتحدة، حيث أثبت هو و Thomas Royds أن إشعاع ألفا عبارة عن نوى الهيليوم. أجرى Rutherford عمله الأشهر بعد حصوله على جائزة نوبل. في عام 1911، على الرغم من عدم تمكنه من إثبات ما إذا كانت موجبة أم سالبة، نظّر بأن الذرات تركز شحنتها في نواة صغيرة جداً، وبالتالي رائد نموذج Rutherford للذرة، من خلال اكتشافه وتفسيره لتشتت Rutherford من خلال تجربة رقائق الذهب لـ Hans Geiger و Ernest Marsden. أجرى أول تفاعل نووي مستحث بشكل مصطنع في عام 1917 في تجارب تم فيها قصف نوى النيتروجين بجزيئات ألفا. نتيجة لذلك، اكتشف انبعاث جسيم دون ذري أطلق عليه في عام 1919 "ذرة الهيدروجين" لكنه في عام 1920 أطلق عليه اسماً أكثر دقة وهو البروتون.
أصبح Rutherford مديراً لمختبر Cavendish في جامعة Cambridge في عام 1919. تحت قيادته تم اكتشاف النيوترون من قبل James Chadwick في عام 1932 وفي نفس العام تم إجراء أول تجربة لانقسام النواة بطريقة خاضعة للسيطرة بشكل كامل من قبل طلاب يعملون تحت إشرافه، John Cockcroft و Ernest Walton. بعد وفاته في عام 1937، تم دفنه في Westminster Abbey بالقرب من Sir Isaac Newton. تم تسمية العنصر الكيميائي rutherfordium العنصر 104 باسمه في عام 1997.
السيرة الذاتية
الحياة المبكرة والتعليم
Ernest Rutherford كان ابن James Rutherford، مزارع، وزوجته Martha Thompson، الأصلية من Hornchurch، Essex، إنجلترا. كان James قد هاجر إلى نيوزيلندا من Perth، Scotland، "لزراعة القليل من الكتان وعدد كبير من الأطفال". وُلد Ernest في Brightwater، بالقرب من Nelson، نيوزيلندا. تم إملاء اسمه الأول بطريقة خاطئة "Earnest" عند تسجيل ميلاده. كانت والدة Rutherford Martha Thompson معلمة مدرسية.
درس في Havelock School وبعد ذلك في Nelson College وفاز بمنحة دراسية للدراسة في Canterbury College، University of New Zealand، حيث شارك في جمعية النقاشات ولعب الرجبي. بعد حصوله على درجات BA و MA و BSc، وإجراء سنتين من البحث اخترع خلالهما شكلاً جديداً من أجهزة استقبال الراديو، تم منح Rutherford في عام 1895 زمالة البحث من عام 1851 من اللجنة الملكية لمعرض 1851، للسفر إلى إنجلترا للدراسات العليا في مختبر Cavendish، جامعة Cambridge. كان من بين الأوائل من "الأجانب" أولئك الذين لم يحصلوا على درجة من Cambridge والمسموح لهم بإجراء البحث في الجامعة، تحت قيادة J. J. Thomson، مما أثار الغيرة من الأعضاء الأكثر تحفظاً في جماعة Cavendish. بتشجيع من Thomson، تمكن من اكتشاف الموجات الراديوية على مسافة نصف ميل واحتفظ لفترة وجيزة برقم عالمي لمسافة الموجات الكهرومغناطيسية التي يمكن اكتشافها، لكن عندما قدم نتائجه في اجتماع British Association في عام 1896، اكتشف أنه قد تفوق عليه Guglielmo Marconi، الذي كان يحاضر أيضاً.
في عام 1898، أوصى Thomson بـ Rutherford لمنصب في McGill University في Montreal، كندا. كان من المفترض أن يحل محل Hugh Longbourne Callendar الذي كان يشغل منصب Macdonald Professor للفيزياء وكان قادماً إلى Cambridge. تم قبول Rutherford، مما يعني أنه في عام 1900 تمكن من الزواج من Mary Georgina Newton 1876–1954 التي كان قد خطبها قبل مغادرته نيوزيلندا؛ تزوجا في St Paul's Anglican Church، Papanui في Christchurch، وكان لهما ابنة واحدة، Eileen Mary 1901–1930، التي تزوجت الفيزيائي Ralph Fowler. في عام 1901، حصل Rutherford على درجة DSc من جامعة نيوزيلندا. في عام 1907، عاد إلى بريطانيا ليتولى منصب أستاذ الفيزياء في Victoria University of Manchester.
السنوات الأخيرة والتكريمات
تم تكريم Rutherford بلقب فارس في عام 1914. خلال الحرب العالمية الأولى، عمل على مشروع سري للغاية لحل مشاكل الكشف العملي عن الغواصات بالصدى. في عام 1916، حصل على ميدالية Hector التذكارية. في عام 1919، عاد إلى Cavendish خلفاً لـ J. J. Thomson كأستاذ Cavendish والمدير. تحته، تم منح جوائز نوبل إلى James Chadwick لاكتشافه النيوترون في عام 1932، و John Cockcroft و Ernest Walton لتجربة أصبحت معروفة باسم انقسام الذرة باستخدام معجل الجزيئات، و Edward Appleton لإثباته وجود الأيونوسفير. في عام 1925، دفع Rutherford الحكومة النيوزيلندية لدعم التعليم والبحث، مما أدى إلى تشكيل Department of Scientific and Industrial Research DSIR في السنة التالية. بين عام 1925 و 1930، شغل منصب رئيس Royal Society، وفيما بعد كرئيس Academic Assistance Council الذي ساعد ما يقرب من 1000 لاجئ جامعي من ألمانيا. تم تعيينه في Order of Merit في هدايا رأس السنة الجديدة لعام 1925 وتم رفعه إلى الأقران باسم Baron Rutherford of Nelson، من Cambridge في مقاطعة Cambridge في عام 1931، وهو لقب انقرض عند وفاته المفاجئة في عام 1937. في عام 1933، كان Rutherford أحد المتلقين الأوليين للقب T. K. Sidey Medal، التي تم إنشاؤها من قبل Royal Society of New Zealand كجائزة للبحث العلمي المتميز.
لبعض الوقت قبل وفاته، كان لدى Rutherford فتق صغير أهمل إصلاحه، وأصبح مختنقاً، مما تسبب في مرضه بشكل عنيف. على الرغم من إجراء جراحة طوارئ في London، توفي بعد أربعة أيام مما أطلق عليه الأطباء "شلل معوي"، في Cambridge. بعد حرقه في Golders Green Crematorium، تم منحه شرف دفنه في Westminster Abbey، بالقرب من Isaac Newton وغيره من العلماء البريطانيين البارزين.
البحث العلمي
في Cambridge، بدأ Rutherford العمل مع J. J. Thomson على التأثيرات الموصلة للأشعة السينية على الغازات، وهو العمل الذي أدى إلى اكتشاف الإلكترون الذي قدمه Thomson للعالم في عام 1897. بعد سماعه عن تجربة Becquerel مع اليورانيوم، بدأ Rutherford في استكشاف نشاطه الإشعاعي، مكتشفاً نوعين يختلفان عن الأشعة السينية في قوة اختراقهما. مستمراً بحثه في كندا، صاغ المصطلحات شعاع ألفا وشعاع بيتا في عام 1899 لوصف النوعين المتميزين من الإشعاع. اكتشف بعد ذلك أن الثوريوم ينبعث منه غاز ينتج انبعاثاً كان بحد ذاته مشعاً وسيغلف مواد أخرى. وجد أن عينة من هذه المادة المشعة بأي حجم استغرقت بثبات نفس الوقت لكي تتحلل نصف العينة – "نصف عمرها" 11½ دقيقة في هذه الحالة.
من عام 1900 إلى 1903، انضم إليه في McGill الكيميائي الشاب Frederick Soddy الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1921 وقد وضع له Rutherford مشكلة تحديد انبعاثات الثوريوم. بعد أن استبعد جميع التفاعلات الكيميائية الطبيعية، اقترح Soddy أنها يجب أن تكون أحد الغازات الخاملة، والتي أطلقوا عليها اسم thoron لاحقاً وجد أنها نظير الرادون. اكتشفوا أيضاً نوعاً آخر من الثوريوم أطلقوا عليه Thorium X، واستمروا في العثور على آثار الهيليوم. عملوا أيضاً مع عينات من "Uranium X" من William Crookes والراديوم من Marie Curie.
في عام 1903، نشروا "قانون التغيير الإشعاعي"، لتفسير جميع تجاربهم. حتى ذلك الحين، كان يُفترض أن الذرات هي الأساس غير القابل للتدمير لجميع المادة وعلى الرغم من أن Curie اقترحت أن النشاط الإشعاعي كان ظاهرة ذرية، فإن فكرة انقسام ذرات المواد المشعة كانت فكرة راديكالية جديدة تماماً. أثبت Rutherford و Soddy أن النشاط الإشعاعي ينطوي على تفكك عفوي للذرات إلى مادة أخرى لم تُحدد بعد. تم منح جائزة نوبل في الكيمياء 1908 إلى Ernest Rutherford "لتحقيقاته في تحلل العناصر وكيمياء المواد المشعة".
في عام 1903، اعتبر Rutherford نوعاً من الإشعاع اكتشفه لكن لم يسمِّه الكيميائي الفرنسي Paul Villard في عام 1900، كانبعاث من الراديوم، وأدرك أن هذه الملاحظة يجب أن تمثل شيئاً مختلفاً عن شعاعي ألفا وبيتا، بسبب قوة اختراقه الأكبر بكثير. لذلك أطلق Rutherford على هذا النوع الثالث من الإشعاع اسم شعاع جاما. جميع مصطلحات Rutherford الثلاثة قيد الاستخدام القياسي اليوم – تم اكتشاف أنواع أخرى من الانحلال الإشعاعي منذ ذلك الحين، لكن الأنواع الثلاثة الخاصة بـ Rutherford من بين الأكثر شيوعاً.
في عام 1904، اقترح Rutherford أن النشاط الإشعاعي يوفر مصدراً للطاقة كافياً لتفسير وجود الشمس لملايين السنوات العديدة المطلوبة للتطور البيولوجي البطيء على الأرض الذي اقترحه علماء الأحياء مثل Charles Darwin. كان الفيزيائي Lord Kelvin قد جادل في وقت سابق بصالح الأرض الأصغر بكثير انظر أيضاً William Thomson, 1st Baron Kelvin#Age of the Earth: الجيولوجيا بناءً على عدم كفاية مصادر الطاقة المعروفة، لكن Rutherford أشار في محاضرة حضرها Kelvin أن النشاط الإشعاعي يمكن أن يحل هذه المشكلة.
في Manchester، استمر في العمل مع إشعاع ألفا. بالاشتراك مع Hans Geiger، طور شاشات توهج كبريتيد الزنك وحجرات التأين لعد جزيئات ألفا. من خلال تقسيم إجمالي الشحنة التي أنتجوها على العدد المعروض، قرر Rutherford أن الشحنة على ألفا كانت اثنتين. في أواخر عام 1907، سمح Ernest Rutherford و Thomas Royds لجزيئات ألفا باختراق نافذة رقيقة جداً إلى أنبوب مفرغ. عندما أطلقوا الأنبوب في التفريغ، تغير الطيف الذي حصلوا عليه منه، حيث تراكمت جزيئات ألفا في الأنبوب. في النهاية، ظهر الطيف الواضح لغاز الهيليوم، مما يثبت أن جزيئات ألفا كانت على الأقل ذرات هيليوم مؤينة، وربما نوى الهيليوم.
وجدت أسطورة طويلة الأمد، على الأقل في وقت مبكر من عام 1948، تمتد إلى 2017 على الأقل، أن Rutherford كان أول عالم يلاحظ ويبلغ عن تحويل مصطنع لعنصر مستقر إلى عنصر آخر: النيتروجين إلى الأكسجين. اعتقد الكثير من الناس أنها تعد واحدة من أعظم إنجازات Rutherford. أصدرت حكومة نيوزيلندا حتى طابعاً تذكارياً في الاعتقاد بأن اكتشاف النيتروجين إلى الأكسجين ينتمي إلى Rutherford. ابتداءً من عام 2017، قامت العديد من المؤسسات العلمية بتصحيح نسخها من هذا التاريخ للإشارة إلى أن رصيد الاكتشاف للتفاعل ينتمي إلى Patrick Blackett. كشف Rutherford عن البروتون المطرود في عام 1919 وفسره كدليل على تفكك نواة النيتروجين إلى نوى أخف. في عام 1925، أظهر Blackett أن المنتج الفعلي هو الأكسجين وحدد التفاعل الحقيقي على أنه 14N + α → 17O + p. اعترف Rutherford بالتالي بأن "النواة قد تزيد بدلاً من أن تنخفض في الكتلة نتيجة للتصادمات التي يتم فيها طرد البروتون".
تجربة رقائق الذهب
أجرى Rutherford عمله الأشهر بعد حصوله على جائزة نوبل في عام 1908. جنباً إلى جنب مع Hans Geiger و Ernest Marsden في عام 1909، أجرى تجربة Geiger–Marsden، التي أثبتت الطبيعة النووية للذرات بانحراف جزيئات ألفا التي تمر عبر رقائق ذهب رقيقة. استلهم Rutherford من طلب Geiger و Marsden في هذه التجربة البحث عن جزيئات ألفا بزوايا انحراف عالية جداً، من نوع غير متوقع من أي نظرية للمادة في ذلك الوقت. تم العثور على هذه الانحرافات، على الرغم من ندرتها، وأثبتت أنها دالة سلسة لكن عالية الترتيب لزاوية الانحراف. كان تفسير Rutherford لهذه البيانات هو ما دفعه
