歐內斯特·盧瑟福
歐內斯特·盧瑟福，第一代尼爾森的盧瑟福男爵[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），新西蘭物理學家，被譽為「原子核物理學之父」、「繼法拉第之後最偉大的實驗物理學家」。[1]
歐內斯特·盧瑟福 Ernest Rutherford | |
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| 出生 | 1871年8月30日 英屬新西蘭布賴特沃特 |
| 逝世 | 1937年10月19日（66歲） 英國劍橋 |
| 居住地 | 新西蘭、英國、加拿大 |
| 國籍 |  新西蘭 英國 |
| 母校 | 坎特伯雷大學 劍橋大學 |
| 知名於 | 原子核物理學之父 盧瑟福模型 盧瑟福散射 發現質子 盧瑟福 (單位) |
| 獎項 | 拉姆福德獎章（1905年） 諾貝爾化學獎（1908年）艾略特·克雷松獎章（1910年） 馬泰烏奇獎章（1913年） 科普利獎章（1922年） 富蘭克林獎章（1924年） |
| 科學生涯 | |
| 研究領域 | 物理和化學 |
| 機構 | 麥吉爾大學 曼徹斯特大學 |
| 學術指導者 | 約瑟夫·湯姆孫 亞歷山大·比克頓 |
| 博士生 | 納西爾·艾哈邁德 諾曼·亞歷山大 愛德華·阿普爾頓 羅拔·威廉·波以耳 亞歷山大·麥考利 塞西爾·鮑威爾 亨利·德沃爾夫·史密斯 歐內斯特·沃爾頓 尤里·鮑里索維奇·哈里頓 張文裕 |
| 其他著名學生 | 帕特里克·布萊克特 尼爾斯·玻爾 伯特倫·波登·博爾特伍德 詹姆斯·查德威克 約翰·考克饒夫 漢斯·蓋革 奧托·哈恩 彼得·卡皮察 歐內斯特·馬斯登 弗雷德里克·索迪 |
| 施影響於 | 亨利·莫色勒 漢斯·蓋革 |
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盧瑟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「對元素蛻變以及放射化學的研究」，他榮獲1908年諾貝爾化學獎[3]。
盧瑟福領導團隊成功地證實在原子的中心有個原子核，創建了盧瑟福模型[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為「鑪」。
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（現屬布賴特沃特）[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，小時候常在家裏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爾森學院的獎學金，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，接着1890年他進入坎特伯雷大學在那裏他遇見了他最敬仰的教授，在他們的引導下盧瑟福對於科學的研究更加強烈，並已經做了兩年電子學的先鋒研究。而後1891年他以"電磁研究"獲得科展的獎學金。
1895年，盧瑟福獲得獎學金，據聞這天他正在田裏挖馬鈴薯，盧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」。到英國劍橋大學三一學院卡文迪許實驗室做博士研究後，最開心的就是接受約瑟夫·湯姆生的指導。剛從新西蘭到劍橋時，整日埋頭苦讀，被看作「光會挖土的野兔子」。在那裏他暫短地保持了發現世界最長無線電波（2英里）的紀錄，後來跟隨發現電子的湯姆生做研究。在研究物質放射性期間，他創造了術語：α（阿爾法）和β（貝塔）射線，又經測定發現β射線是速度快、穿透力強的電子。
在1898年，盧瑟福被指派擔任加拿大麥吉爾大學物理系主任，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。他證明了放射性是原子的自然衰變。但他不是很高興，因為他自認為是物理學家，而非化學家。他的一個名言是，「科學只有物理一個學科，其他不過相當於集郵活動而已」。他注意到在一個放射性物質樣本裏，一半的樣本衰變的時間幾乎是不變的， 這就是該物質的「半衰期」，並且他還就此現象建立了一個實用的方法，以物質半衰期作為時鐘來檢測地球的年齡，結果證明地球要比大多數科學家認為的老得多。
在1907年他搬到英國已經是諾貝爾獎得主。1908年盧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，在盧瑟福的指導下，蓋革和二十三歲大學生歐內斯特·馬斯登於做實驗用α粒子散射於薄金箔紙，這就是著名的盧瑟福散射實驗，其展示出α粒子可以被大角度散射，因此徹底推翻了湯姆生的梅子布丁模型。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吋巨砲朝着一張衛生紙射擊，而炮彈卻被反彈回來而打到你自己一般地難以置信。1911年，盧瑟福在曼徹斯特文學與哲學學會的會議上宣佈他的意外發現，同年，他將論文發表於當地的哲學與科學雜誌。在這篇論文裏，提出了盧瑟福模型，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。從盧瑟福模型，盧瑟福推導出散射公式，其預測與實驗結果相符合。然而，在盧瑟福散射實驗裏，主角是原子核，而電子並不重要，因此盧瑟福不能空口無憑地給出電子的排列方式。[7][8]:51-53[9]:14
晚年和榮譽
盧瑟福在1914年被授予爵士爵位。在第一次世界大戰期間，他研究潛艇探測的實際困難。1916年，他被授予海克特紀念獎章。1919年，他回到卡文迪許實驗室，繼約瑟夫·湯姆生之後成為實驗室主任和卡文迪許教授。在他的指導下，詹姆斯·查德威克因為發現了中子於1932年獲得諾貝爾獎。約翰·考克饒夫和歐內斯特·沃爾頓完成了一個利用粒子加速器分裂原子的實驗並在日後獲得諾貝爾獎。愛德華·阿普爾頓證明了電子層的存在，並也在日後獲得諾貝爾獎。他的學生中總共有丹麥的玻爾、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年期間，他擔任了皇家學會會長以及後來的難民學者協助理事會主席，幫助了來自德國的近1000名大學學者難民[10]。1925年盧瑟福獲得英國政府頒發功績勳章，1931年被封為尼爾森的盧瑟福男爵[11]。他只有一位女兒，故爵位在他死後斷絕。
在早些時候，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，最後發展成絞窄性腸梗阻，使得他病得很嚴重。1937年，儘管在倫敦做過一次緊急手術，盧瑟福還是在劍橋於4天後死於醫生所說的「腸麻痹」[12]。他的遺體在戈德斯格林火葬場被火化[12]，之後被給以很高榮譽的葬在西敏寺中，靠近牛頓和其他著名英國科學家[13]。
科學研究
金箔實驗
底部：觀測到的結果：少量的粒子被偏轉，表明有一個電荷集中的小核。 這裏的圖像並不是依照比例，實際中原子核遠小於電子層。
1909年，盧瑟福和漢斯·蓋革以及歐內斯特·馬士登在英國曼徹斯特大學進行了蓋革－馬士登實驗[14] 。實驗是用α粒子束轟擊真空室中的金箔。實驗表明了原子具有核的特徵。在實驗中，盧瑟福靈感所至，要求蓋革和馬士登尋找具有大偏轉角的α粒子。在當時，沒有任何一個理論預期過這類粒子。這種稀有的偏向被觀測到了，並被證明是平滑的但符合高階偏向角函數。盧瑟福解釋了這些數據，並在1911年總結出原子的盧瑟福模型的公式。該模型認為，包含大部分原子質量的帶正電的小核與圍繞在四周的小質量電子雲。[7][8]:51-53
註釋
- ^ 盧瑟福（英語：Rutherford，中國大陸、香港作盧瑟福，台灣作拉塞福）
參考資料
- ^ Ernest Rutherford: British-New Zealand physicist. Encyclopædia Britannica. [2012-12-26]. （原始內容存檔於2010-02-09）.
- ^ The Discovery of Radioactivity. [2012-12-26]. （原始內容存檔於2012-08-14）.
- ^ 諾貝爾官方網站關於歐內斯特·盧瑟福傳記 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. 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 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. 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]. （原始內容存檔於2013-09-27）.
- ^ 7.0 7.1 盧瑟福, 歐內斯特, 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.
|journal=被忽略 (幫助) - ^ 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. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 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. （原始內容存檔於2013-05-22）.
外部連結
- https://web.archive.org/web/20200416132842/http://www.rutherford.org.nz/
- http://www.dnzb.govt.nz （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- https://web.archive.org/web/20040604051314/http://www.orcbs.msu.edu/radiation/radhistory/ernestrutherford.html
- http://www.pbs.org/wgbh/aso/databank/entries/bpruth.html （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- https://web.archive.org/web/20090302102542/http://www.nzedge.com/heroes/rutherford.html
- 盧瑟福和原子核的發現 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）