盧瑟福

盧瑟福

歐內斯特·盧瑟福(英語:Ernest Rutherford,1st Baron Rutherford of Nelson,1871年8月30日-1937年10月19日),紐西蘭著名物理學家,著名的原子核物理學之父。學術界公認他為繼法拉第之後最偉大的實驗物理學家。

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嬗變。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。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

盧瑟福領導團隊成功地證實在原子的中心有個原子核,建立了盧瑟福模型(行星模型)。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。第104號元素為紀念他而命名為"爐"。

  • 中文名
    歐內斯特·盧瑟福
  • 外文名
    Ernest Rutherford
  • 國籍
    紐西蘭
  • 出生日期
    1871年8月30日
  • 逝世日期
    1937年10月19日
  • 職業
    物理學家
  • 畢業院校
    坎特布雷學院

生平簡介

歐內斯特·盧瑟福歐內斯特·盧瑟福

1871年(辛未年)8月30日生于紐西蘭納爾遜的一個手工業工人家庭。並在紐西蘭長大。他進入紐西蘭的坎特伯雷學院學習。23歲時獲得了三個學位(文學學士、文學碩士、理學學士)。1895年在紐西蘭大學畢業後,獲得英國劍橋大學的獎學金進入卡文迪許實驗室,成為湯姆孫的研究生。提出了原子結構的行星模型,為原子結構的研究做出很大的貢獻。1898年,在湯姆孫的推薦下,擔任加拿大麥吉爾大學的物理教授。他在那兒呆了9年。于1907年返回英國出任曼徹斯特大學的物理系主任。1919年接替退休的湯姆孫,擔任卡文迪許實驗室主任。1925年當選為英國皇家學會會長。1931年受封為納爾遜男爵,1937年10月19日因病在劍橋逝世,與牛頓和法拉第並排安葬,享年66歲。

大事年表

1871年 8月30日生于紐西蘭(New Zealand)尼耳遜(Nelson)。

1889年 盧瑟福進入坎特布裏學院。

1891年 以“電磁研究”,申請科展覽獎學金。

1895年 赴英入劍橋大學卡分地西(cavindish)實驗班為研究生,深受主持人湯姆孫賞識。

1898年 盧瑟福到加拿大蒙特利爾麥吉爾大學擔任麥克唐納實驗室的物理教授。他依放射性物質的貫穿能力將此分類為α、β射線,並且完成放射性轉變的學說。

1903~1905 盧瑟福發現鐳A、B、C、D、E、F

1907年 回到英國在曼徹斯特的維多利亞大學擔任教授。

1908年 因他證明了放射性是原子的自然衰變,獲諾貝爾(Nobel)化學獎。

1909年~1911年 盧瑟福在英國曼徹斯特大學用α粒子撞擊一片薄的金箔,他註意到大部分的α粒子都能通過金箔,但卻有八千分之一會回跳。完成α粒子散射的實驗。後稱之為“盧瑟福散射”(又稱為金箔實驗)

1911年 證明原子是由帶負電的電子環繞帶正電的原子核所組成,

1919年 他成功的證明了氮原子核,會被快速的阿爾法粒子撞擊而分裂,並放出氧原子核,這個偉大的實驗,使得盧瑟福成為第一個改變元素的人。

1922年 他說:“我還沒老啊!我的智慧還沒有用完,允許我在研究上再努力一番吧,別分散我的精神!”

1925~1930年 任皇家學會主席。

1931年 受封為第一任尼耳遜(Nelson)男爵。

1937年10月19日逝于劍橋。葬于西敏寺。

科學成就

1、他關于放射性的研究確立了放射性是發自原子內部的變化。放射性能使一種原子改變成另一種原子,而這是一般物理和化學變化所達不到的;這一發現打破了元素不會變化的傳統觀念,使人們對物質結構的研究進入到原子內部這一新的層次,為開闢一個新的科學領域-原子物理學,做了開創性的工作。

2、1911年,盧瑟福根據α粒子散射實驗現象提出原子核式結構模型。該實驗被評為“物理最美實驗”之一。

3、質子的發現 1919年,盧瑟福做了用α粒子轟擊氮核的實驗。他從氮核中打出的一種粒子,並測定了它的電荷與質量,它的電荷量為一個單位,質量也為一個單位,盧瑟福將之命名為質子。

4、他通過α粒子為物質所散射的研究,無可辯駁的論證了原子的核模型,因而一舉把原子結構的研究引上了正確的軌道,于是他被譽為原子物理學之父。由于電子軌道也就是原子結構的穩定性和經典電動力學的矛盾,才導致玻爾提出背離經典物理學的革命性的量子假設,成為量子力學的先驅。

5、人工核反應的實現是盧瑟福的另一項重大貢獻。自從元素的放射性衰變被確證以後,人們一直嘗試用各種手段,如用電弧放電,來實現元素的人工衰變,而隻有盧瑟福找到了實現這種衰變的正確途徑。這種用粒子或γ射線轟擊原子核來引起核反應的方法,很快就成為人們研究原子核和套用核技術的重要手段。在盧瑟福的晚年,他已能在實驗室中用人工加速的粒子來引起核反應。

桃李滿天下

當人們評論盧瑟福的成就時,總要提到他“桃李滿天下”。在盧瑟福的悉心培養下,他的學生和助手有多人獲得了諾貝爾獎金:

1921年,盧瑟福的助手索迪獲諾貝爾化學獎;

1922年,盧瑟福的學生阿斯頓獲諾貝爾化學獎;

諾貝爾獎章諾貝爾獎章

1922年,盧瑟福的學生玻爾獲諾貝爾物理獎;

1927年,盧瑟福的助手威爾遜獲諾貝爾物理獎;

1935年,盧瑟福的學生查德威克獲諾貝爾物理獎;

1948年,盧瑟福的助手布萊克特獲諾貝爾物理獎;

1951年,盧瑟福的學生科克拉夫特和瓦耳頓,共同獲得諾貝爾物理獎;

1978年,盧瑟福的學生卡皮茨獲諾貝爾物理獎。

有人說,如果世界上設立培養人才的諾貝爾獎金的話,那麽盧瑟福是第一號候選人。

趣聞軼事

1、有個外號叫“鱷魚”

盧瑟福從小家境貧寒,通過自己的刻苦努力,這個窮孩子完成了他的學業。這段艱苦求學的經歷培養了盧瑟福一種認準了目標就百折不回勇往直前的精神。後來學生為他起了一個外號-鱷魚,並把鱷魚徽章裝飾在他的實驗室門口。因為鱷魚從不回頭,他張開吞食一切的大口,不斷前進。

2、搖身一變成為“化學家”

1908年,盧瑟福獲得該年度的諾貝爾化學獎,他對自己不是獲得物理學獎感到有些意外,他風趣地說:“我竟搖身一變,成為一位化學家了。”“這是我一生中絕妙的一次玩笑!”

3、傑出的學科帶頭人

盧瑟福還是一位傑出的學科帶頭人,被譽為“從來沒有樹立過一個敵人,也從來沒有失去一位朋友”的人。在他的助手和學生中,先後榮獲諾貝爾獎的竟多達12人。1922年度諾貝爾物理學獎的得主玻爾曾深情地稱盧瑟福是“我的第二個父親”。 科學界中,至今還傳頌著許多盧瑟福精心培養學生的小故事。

4、是我製造了波浪

盧瑟福屬于那種“性格極為外露”的人,他總是給那些見過他的人留下深刻的印象。他個子很高,聲音洪亮,精力充沛,信心十足,並且極不謙虛。當他的同事評論他有不可思議的能力並總是處在科學研究的“浪尖”上時,他迅速回答道:“說的很對,為什麽不這樣?不管怎麽說,是我製造了波浪,難道不是嗎?”幾乎所有的科學家都同意這一評價。

5、最後一個土豆

1895年,在農場挖土豆的盧瑟福收到了英國劍橋大學發來的通知書,通知他已被錄取為倫敦國際博覽會的獎學金生。盧瑟福接到通知書後扔掉挖土豆的鋤頭喊道:“這是我挖的最後一個土豆啦!”

人物傳記

蘇格蘭農民的憨厚造就了一代偉人的高尚品德

歐內斯特·盧瑟福祖籍蘇格蘭,祖輩皆務農,1871年8月30日歐內斯特·盧瑟福出生了。盧瑟福兄弟姐妹一共12人,他排行老四。

自然是美麗的,農村的生活是艱苦的。12個兄弟姐妹的生計全靠父母的勞作。盧瑟福的父親作過車輪工匠、木工和農民,他不停地勞動,再加上母親作國小教師的收入養活這樣一個龐大家族是非常吃力的。盧瑟福的兄弟姐妹從小就知道生活的艱難,無需什麽人教育,他們都知道要想生活得好一點就得自己動手、動腦去創造,需要踏踏實實的做事。春天耕地、播種,秋天收割庄稼都是全家出動:每一個成員都要分擔一些責任,盧瑟福通常都去幹農場上的一些雜務像劈柴、幫忙擠牛奶以充當差使等。全家人在勞動中互相幫助團結協作,很少發生爭吵,勞動成果作為作家收獲的一部分,誰也不會據為已有。盧瑟福在這種家庭中成長起來,養成了相互協作、尊重別人的良好品質。後來盧瑟福成名之後,他的這種品質仍然保留著。他被科學界譽為“從來沒有樹立過一個敵人,也從來沒有失去過一個朋友”的人。在他的助手和學生中,先後獲得諾貝爾獎的竟多達11人。

俄羅斯物理學家、1978年諾貝爾物理獎得主卡皮查,曾在盧瑟福領導下工作了14年。卡皮查是個能幹而很有思想的年輕人,盧瑟福很喜歡這個年輕人,兩人情同父子。盧瑟福專門建立一個叫蒙德的實驗室用于研究強磁場,任命卡皮查為實驗室主任。卡皮查在實驗室的牆上雕了一條大鱷魚,因為卡皮查非常敬重盧瑟福勇往直前,不怕困難的精神而在英國“鱷魚”一詞,就含有這種意思。在背後卡皮查經常把盧瑟福叫做“鱷魚’,師徒之間就用這種玩笑來表示敬重和親密無間。

但是,1934年秋,卡皮查回國探親時被蘇聯政府留在國內不許他再回英國了。沒有實驗室卡皮查的才能就發揮不出來,一連3年卡皮查無事可做。盧瑟福決心幫助卡皮查,他利用自己的威望說服了蘇、英兩國政府,把蒙德實驗室的全部設備和儀器從英國搬到莫斯科,並派一名得力助手幫助卡皮查安裝。盧瑟福就是這樣幫助別人的。

1937年,盧瑟福去世時,卡皮查萬分悲痛。他在一篇悼念的文章中寫道:“盧瑟福不僅是一位偉大的科學家,而且也是一位偉大的導師,在他的實驗室中培養出如此眾多傑出物理學家,恐怕沒有一位同時代的科學家能與盧瑟福相比。科學史告訴我們,一位傑出科學家不一定是一位偉人,而一位偉大的導師則必須是偉人。” 而這位偉人的偉大品格就是在蘇格蘭的農舍中培育出來的。

父親的心靈手巧,母親的樂觀向上、勤勞、樸實是盧瑟福的榜樣

盧瑟福的父親是一個聰明又肯動腦子的人,他勤奮又有創造性。在開辦亞麻廠時,他試驗用幾種不同的方法浸漬亞麻利用水力去驅動機器,選用在地的優良品種,結果他的產品被認為是紐西蘭最好的一類。他還設計過一些裝置能提高工作效率。

盧瑟福的父親的潛移默化的熏陶下,也喜歡動手動腦,顯示出他非同尋常的創造天賦。他家裏有一個用了多年的鍾,經常停下來,很耽誤事,大家都認為無法修理了。但是盧瑟福卻不肯輕易把它丟掉,他把舊鍾拆開,把每一個零件重新調整到位,清理鍾內多年的油泥,重新裝好。結果,不僅修好了,而且還走得很準。 當時照相機還是比較貴重的商品,盧瑟福竟然自己動手製作起來。他買來幾個透鏡,七拼八湊居然製成了一台照相機。他自己拍攝自己沖洗,成了一個小攝影迷。盧瑟福這種自己動手製作、修理的本領,對他後來的科學研究工作極為有用。在很多場合顯得高人一籌。

當盧瑟福到英國從事研究工作取得了一些成績後,他應邀到英國學術協會作報告,正當他以實驗來證明自己的說法時,儀器突然出了故障。盧瑟福不慌不忙地抬起頭來,對觀眾說:“出了一點小毛病,請大家休息5分鍾,散散步或抽支香煙,你們回來時儀器就可以恢復正常了。”果然幾分鍾後又能看他的實驗了。沒有多年培養起來的動手能力和經驗是很難有這樣的自信心的。當時在場的一位一流物理學家對此頗有感慨:“這位年輕人(指盧瑟福)的前程將是無比遠大的。”

盧瑟福的母親出身于知識家庭,她的父親是一位很有才能的數學家,母親也是一位教師。

盧瑟福盧瑟福

作為教師的母親對孩子們的教育起著關鍵的作用。她的一舉一動始終影響著孩子們的情緒。所以在 生活的重負面前,她始終都保持樂觀的態度任勞任怨,以自己對待生活中困難的態度教育孩子們,正是這種行動的教育使得盧瑟福始終保持刻苦學習和熱愛勞動的本色。即使在成名之後,仍然保持著這種純樸的本色。難怪有的記者在採訪他之後稱,盧瑟福除了那雙充滿智慧的眼睛之外,其餘的地方和典型的農民幾乎沒有什麽區別。

幼年的盧瑟福與他的兄弟姐妹沒有什麽太明顯的區別。如果說有什麽不同之處,那就是喜歡思考、喜歡讀書。

在盧瑟福一生中曾起過重要作用的一本書,便是他10歲的時候從他母親那兒得到的、由曼徹斯特大學教授巴爾佛?司徒華寫的教科書《物理學入門》,這本書開始把他引上研究科學的道路。這本書不單單給讀者一些知識,為了訓練智力,書中還描述了一系列簡單的實驗過程。盧瑟福為書中的內容所吸引並從中悟出了一些道理。即從簡單的實驗中探索出重要的自然規律,這些對盧瑟福一生的研究工作都產生了重大的影響。讀完書之後,盧瑟福將自己的年齡和名字歪歪斜斜地寫在書頁上,那時他差1個月滿11歲,推算起來是1882年7月。盧瑟福的母親一直珍藏著這本教科書,並且常常自豪地捧著這本書向孩子講述當年的故事。特別值得一提的是《物理學入門》一書的作者恰巧是湯姆遜在曼徹斯特時的老師,而湯姆遜又是盧瑟福在劍橋大學讀研究生的導師。 讀書和思考一直伴隨著盧瑟福一生。他成為一個碩果累累的大科學家之後,仍然很重視讀書和思考。有一天深夜,盧瑟福看到實驗室亮著燈,就推門進去,看見一個學生在那裏,問道:“這麽晚了,你還在幹什麽?”學生回答說:“我在工作。”當他得知學生從早到晚都在工作時,很不滿意地反問:“那你什麽時間思考問題呢?”

靠獎學金讀書的孩子

盧瑟福5歲時上了泉林村國小,他的母親和外祖母都曾在此任教,後來由于家庭搬遷,他又轉學到福克斯希爾村國小。

盧瑟福的父母很重視子女的教育,盡管家庭收入僅夠糊口,還是要供他讀書。為此一家人節衣縮食,在生活上非常刻苦,一直供他念完大學。許多年後,在一個很隆重的宴會上,盧瑟福十分感慨的說:“如果不是我的父親和母親,我永遠也不會有今天的成績。”

由于家庭的收入有限,相當一部分學費要靠自己來解決。上國小的時候,盧瑟福就利用暑假參加勞動。兄弟幾人一個假期就賺了13英鎊。這些錢差不多夠一個學期的學費了。盧瑟福深深地理解父母的困難。他知道,要想上學就要靠自己勞動掙錢,後來他聽說學習成績優秀就可以得到獎學金,就更加努力學習。他學習的時候特別專心致志,即使有人用書本敲他的腦袋也不會分散他的註意力。

離開國小之後,盧瑟福大部分的學費要靠獎學金了,他參加了競爭一項州政府獎學金的考試獲得獎學金就可以進入納爾遜學院讀書,可以免交學費並提供食宿,結果盧瑟福以580分(滿分600分)的成績贏得了這項獎學金。在納爾遜學院學習期間,他獲得了很多獎勵並在最後一年獲得進入紐西蘭大學深造的獎學金。在獲獎的10人中,他名列第4名。

進入紐西蘭大學坎特伯雷學院之後,盧瑟福更加努力學習,他的數學和物理成績都是名列前茅。

由于學習成績優秀,大學畢業時盧瑟福獲得了文學學士、理科學士和碩士學位,要想掙錢養家已經是足夠了,但是盧瑟福決心在科學研究中取得更大的成績。在校學習的時候他已經申請了進入劍橋深造的獎學金,因為該項獎學金是隔年一次的,所以他大學畢業後又在學校裏繼續研究一年。 盧瑟福申請的是大英博覽會獎學金,它是由1851年在英國倫敦海德公園水晶宮舉辦的國際博覽會所賺來的錢設立的獎學金。這項獎學金的目的是授予學習成績特別出色,具有培養前途的學生,使他們能夠進入久享盛名的英國高等學府深造。凡屬英聯邦國家的學生,都有機會得到這筆獎學金。

盧瑟福參加了這項考試,結果盧瑟福和一個叫麥克勞林的人都具備了錄取條件,但名額隻有一個。基金委員會經過爭論決定把獎學金授予麥克勞林。盧瑟福隻好回家等待以後的機會了。 1895年4月的一天,盧瑟福正在菜園裏挖馬鈴薯。母親高興地向菜園跑去,手裏拿著電報紙,並在空中不斷搖動,用勁地叫喊:“你取上啦!你取上啦!”盧瑟福不明白母親在幹什麽,“誰取上了?取上什麽了?”盧瑟福不解地問道。等他看到了電報才明白,基金委員會改變了主意把這項獎學金授予他了。他立即扔下手中的鐵鍬,高興得跳起來:“這也許是我要挖的最後一個馬鈴薯吧!”

原來情況發生了變化,麥克勞林已經結婚,而基金會所給的獎學金無論如何也不能養活兩個人,麥克勞林決定留在紐西蘭。

這年9月,盧瑟福籌借了路費,告別了雙親,登上了開往英國的客輪,開始了他獻身科學的航程。

1898年,盧瑟福被指派擔任加拿大麥吉爾大學物理系主任,在那裏的工作使他獲得了1908年的諾貝爾化學獎。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,“科學隻有物理一個學科,其他不過相當于集郵活動而已”。他註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鍾來檢測地球的年齡,結果證明地球要比大多數科學家認為的老得多。

1909年盧瑟福在英國曼徹斯特大學同他的學生 Marsden 用α粒子撞擊一片薄金箔,他發現大部分的粒子都能通過金箔,隻有極少數會跳回。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。最後他提出了一個類似于大陽系行星系統的原子模型,認為原子空間大都是空的,電子像行星圍繞原子核旋轉,推翻了當時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與哲學學會的會議上宣布他的意外發現,同年5月,他將論文發表于“哲學雜志”。

1919年,湯姆孫在升任三一學院院長時,推薦盧瑟福回到劍橋大學出任卡文迪許實驗室的主任,在那裏他培育出大批的諾貝爾獎得主,他的學生有丹麥的波爾(N. H. D. Bohr)、德國的哈恩、紐西蘭的馬斯頓、前蘇聯的卡皮察(P.L. Kapitsa)、澳大利亞的奧立芬特,以及英國的乍得威克和考克饒夫(J. P.Cockcroft)等十一位諾貝爾獎得主。盧瑟福是一位偉大的導師,1933年他的學生狄拉克與薛定諤共同獲得諾貝爾物理獎。狄拉克卻對盧瑟福說他不想出名,他想拒絕這個榮譽。盧瑟福對他說:“如果你做這樣做,你會更出名,人家更要來麻煩你。”

人物名言

盧瑟福有很多有趣的名言,反映了他對科學的獨特理解和幽默的語言

It was quite the most incredible event that ever happened to me in my life. It was almost as incredible as if you fired a 15-inch shell at a piece of tissue paper and it came back and hit you.

這是我一生中碰到的最不可思議的事情。就好像你用一顆15英寸大炮去轟擊一張紙而你竟被反彈回的炮彈擊中一樣。很生動地敘述了湯姆遜模型碰到的困難,即原子不可能是質量均勻分布大小為1埃的球。

All science is either physics or stamp collecting.

科學研究,除了物理就是集郵。在盧瑟福的時代僅物理學形成了嚴密的體系和理論架構,而其他科學如生物學很大程度上還停留在分類和猜測的階段。

The only possible conclusion the social sciences can draw is: some do, some don't

社會科學能夠得到僅是:一些可以,另一些不可以。即認為社會科學是描述性的,是分類性的。

Don't let me catch anyone talking about the universe in my department

不要讓我看到任何人在我們(物理)系裏談論宇宙。反映了盧瑟福反對空談,強調實際的工作態度,但具有諷刺意味的是正是盧瑟福開創的量子物理開啓了談論宇宙的大門,在今天的物理系裏,宇宙論是標準的話題而非離經叛道。

If your result needs a statistician then you should design a better experiment

如果你的實驗結果需要一個統計員,那你就需要重新設計一個實驗了。好的實驗應當是明晰,清楚的。不過今天大型實驗所獲得的資料不但需要統計員,還需要大型電腦的幫助。

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