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欧内斯特·卢瑟福

卢瑟福

欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford,1871年8月30日~1937年10月19日)被公认为是二十世纪最伟大的实验物理学家,在放射性和原子结构等方面,都做出了重大的贡献。他还是最先研究核物理的人。除了理论上非常重要以外,他的发现还在很大范围内有重要的应用,如核电站、放射标志物以及运用放射性测定年代。他对世界的影响力极其重要,并正在增长,其影响还将持久保持下去。他被称为近代原子核物理学之父。

 

生平简介

 

1871年8月30日生于新西兰纳尔逊的一个手工业工人家庭。并在新西兰长大。他进入新西兰的坎特伯雷学院学习。23岁时获得了三个学位(文学学士、文学硕士、理学学士)。1895年在新西兰大学毕业后,获得英国剑桥大学的奖学金进入卡文迪许实验室,成为汤姆孙的研究生。提出了原子结构的行星模型,为原子结构的研究做出很大的贡献。1898年,在汤姆孙的推荐下,担任加拿大麦吉尔大学的物理教授。他在那儿呆了9年。于1907年返回英国出任曼彻斯特大学的物理系主任。1919年接替退休的汤姆孙,担任卡文迪许实验室主任。1925年当选为英国皇家学会主席。1931年受封为纳尔逊男爵,1937年10月19日因病在剑桥逝世,与牛顿和法拉第并排安葬,享年66岁。

Ernest_Rutherford

 

科学成就

 

1、他关于放射性的研究确立了放射性是发自原子内部的变化。放射性能使一种原子改变成另一种原子,而这是一般物理和化学变化所达不到的;这一发现打破了元素不会变化的传统观念,使人们对物质结构的研究进入到原子内部这一新的层次,为开辟一个新的科学领域——原子物理学,做了开创性的工作。

2、1911年,卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出原子核式结构模型。该实验被评为“物理最美实验”之一。

3、质子的发现 1919年,卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验。他从氮核中打出的一种粒子,并测定了它的电荷与质量,它的电荷量为一个单位,质量也为一个单位,卢瑟福将之命名为质子。

4、他通过α粒子为物质所散射的研究,无可辩驳的论证了原子的核模型,因而一举把原子结构的研究引上了正确的轨道,于是他被誉为原子物理学之父。由于电子轨道也就是原子结构的稳定性和经典电动力学的矛盾,才导致玻尔提出背离经典物理学的革命性的量子假设,成为量子力学的先驱。

α粒子散射实验

5、人工核反应的实现是卢瑟福的另一项重大贡献。自从元素的放射性衰变被确证以后,人们一直试图用各种手段,如用电弧放电,来实现元素的人工衰变,而只有卢瑟福找到了实现这种衰变的正确途径。这种用粒子或γ射线轰击原子核来引起核反应的方法,很快就成为人们研究原子核和应用核技术的重要手段。在卢瑟福的晚年,他已能在实验室中用人工加速的粒子来引起核反应。

诺贝尔奖章

 

桃李满天下

 

当人们评论卢瑟福的成就时,总要提到他“桃李满天下”。在卢瑟福的悉心培养下,他的学生和助手有多人获得了诺贝尔奖金:

1921年,卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖;

1922年,卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖;

1922年,卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖;

1927年,卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖;

1935年,卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖;

1948年,卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖;

1951年,卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿,共同获得诺贝尔物理奖;

1978年,卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。

有人说,如果世界上设立培养人才的诺贝尔奖金的话,那么卢瑟福是第一号候选人。

 

卢瑟福

趣闻轶事

 

1、有个外号叫“鳄鱼”

卢瑟福从小家境贫寒,通过自己的刻苦努力,这个穷孩子完成了他的学业。这段艰苦求学的经历培养了卢瑟福一种认准了目标就百折不回勇往直前的精神。后来学生为他起了一个外号——鳄鱼,并把鳄鱼徽章装饰在他的实验室门口。因为鳄鱼从不回头,他张开吞食一切的大口,不断前进。

2、摇身一变成为“化学家”

1908年,卢瑟福获得该年度的诺贝尔化学奖,他对自己不是获得物理学奖感到有些意外,他风趣地说:“我竟摇身一变,成为一位化学家了。”“这是我一生中绝妙的一次玩笑!”

3、杰出的学科带头人

卢瑟福还是一位杰出的学科带头人,被誉为“从来没有树立过一个敌人,也从来没有失去一位朋友”的人。在他的助手和学生中,先后荣获诺贝尔奖的竟多达12人。1922年度诺贝尔物理学奖的获得者玻尔曾深情地称卢瑟福是“我的第二个父亲”。 科学界中,至今还传颂着许多卢瑟福精心培养学生的小故事。

4、是我制造了波浪

卢瑟福属于那种“性格极为外露”的人,他总是给那些见过他的人留下深刻的印象。他个子很高,声音洪亮,精力充沛,信心十足,并且极不谦虚。当他的同事评论他有不可思议的能力并总是处在科学研究的“浪尖”上时,他迅速回答道:“说的很对,为什么不这样?不管怎么说,是我制造了波浪,难道不是吗?”几乎所有的科学家都同意这一评价。

5、最后一个土豆

1895年,在农场挖土豆的卢瑟福收到了英国剑桥大学发来的通知书,通知他已被录取为伦敦国际博览会的奖学金生。卢瑟福接到通知书后扔掉挖土豆的锄头喊道:“这是我挖的最后一个土豆啦!”

 

卢瑟福

传记

 

苏格兰农民的憨厚造就了一代伟人的高尚品德

 

欧内斯特·卢瑟福祖籍苏格兰,祖辈皆务农,1871年8月30日欧内斯特·卢瑟福出生了。卢瑟福兄弟姐妹一共12人,他排行老四。

自然是美丽的,农村的生活是艰苦的。12个兄弟姐妹的生计全靠父母的劳作。卢瑟福的父亲作过车轮工匠、木工和农民,他不停地劳动,再加上母亲作小学教师的收入养活这样一个庞大家族是非常吃力的。卢瑟福的兄弟姐妹从小就知道生活的艰难,无需什么人教育,他们都知道要想生活得好一点就得自己动手、动脑去创造,需要踏踏实实的做事。春天耕地、播种,秋天收割庄稼都是全家出动:每一个成员都要分担一些责任,卢瑟福通常都去干农场上的一些杂务像劈柴、帮忙挤牛奶以充当差使等。全家人在劳动中互相帮助团结协作,很少发生争吵,劳动成果作为作家收获的一部分,谁也不会据为已有。卢瑟福在这种家庭中成长起来,养成了相互协作、尊重别人的良好品质。后来卢瑟福成名之后,他的这种品质仍然保留着。他被科学界誉为“从来没有树立过一个敌人,也从来没有失去过一个朋友”的人。在他的助手和学生中,先后诺贝尔奖的竟多达11人。

俄罗斯物理学家、1978年诺贝尔物理奖获得者卡皮查,曾在卢瑟福领导下工作了14年。卡皮查是个能干而很有思想的年轻人,卢瑟福很喜欢这个年轻人,两人情同父子。卢瑟福专门建立一个叫蒙德的实验室用于研究强磁场,任命卡皮查为实验室主任。卡皮查在实验室的墙上雕了一条大鳄鱼,因为卡皮查非常敬重卢瑟福勇往直前,不怕困难的精神而在英国“鳄鱼”一词,就含有这种意思。在背后卡皮查经常把卢瑟福叫做“鳄鱼’,师徒之间就用这种玩笑来表示敬重和亲密无间。

但是,1934年秋,卡皮查回国探亲时被苏联政府留在国内不许他再回英国了。没有实验室卡皮查的才能就发挥不出来,一连3年卡皮查无事可做。卢瑟福决心帮助卡皮查,他利用自己的威望说服了苏、英两国政府,把蒙德实验室的全部设备和仪器从英国搬到莫斯科,并派一名得力助手帮助卡皮查安装。卢瑟福就是这样帮助别人的。

卢瑟福

1937年,卢瑟福去世时,卡皮查万分悲痛。他在一篇悼念的文章中写道:“卢瑟福不仅是一位伟大的科学家,而且也是一位伟大的导师,在他的实验室中培养出如此众多杰出物理学家,恐怕没有一位同时代的科学家能与卢瑟福相比。科学史告诉我们,一位杰出科学家不一定是一位伟人,而一位伟大的导师则必须是伟人。” 而这位伟人的伟大品格就是在苏格兰的农舍中培育出来的。

父亲的心灵手巧,母亲的乐观向上、勤劳、朴实是卢瑟福的榜样。

卢瑟福的父亲是一个聪明又肯动脑子的人,他勤奋又有创造性。在开办亚麻厂时,他试验用几种不同的方法浸渍亚麻利用水力去驱动机器,选用本地的优良品种,结果他的产品被认为是新西兰最好的一类。他还设计过一些装置能提高工作效率。

卢瑟福的父亲的潜移默化的熏陶下,也喜欢动手动脑,显示出他非同寻常的创造天赋。他家里有一个用了多年的钟,经常停下来,很耽误事,大家都认为无法修理了。但是卢瑟福却不肯轻易把它丢掉,他把旧钟拆开,把每一个零件重新调整到位,清理钟内多年的油泥,重新装好。结果,不仅修好了,而且还走得很准。 当时照相机还是比较贵重的商品,卢瑟福竟然自己动手制作起来。他买来几个透镜,七拼八凑居然制成了一台照相机。他自己拍摄自己冲洗,成了一个小摄影迷。卢瑟福这种自己动手制作、修理的本领,对他后来的科学研究工作极为有用。在很多场合显得高人一筹。

当卢瑟福远渡重洋到英国从事研究工作取得了一引进成绩后,他应邀到英国学术协会作报告,正当他以实验来证明自己的说法时,仪器突然出了故障。卢瑟福不慌不忙地抬起头来,对观众说:“出了一点小毛病,请大家休息5分钟,散散步或抽支香烟,你们回来时仪器就可以恢复正常了。”果然几分钟后又能看他的实验了。没有多年培养起来的动手能力和经验是很难有这样的自信心的。当时在场的一位一流物理学家对此颇有感慨:“这位年轻人(指卢瑟福)的前程将是无比远大的。”

卢瑟福的母亲出身于知识家庭,她的父亲是一位很有才能的数学家,母亲也是一位教师。

作为教师的母亲对孩子们的教育起着关键的作用。她的一举一动始终影响着孩子们的情绪。所以在生活的重负面前,她始终都保持乐观的态度任劳任怨,以自己对待生活中困难的态度教育孩子们,正是这种行动的教育使得卢瑟福始终保持刻苦学习和热爱劳动的本色。即使在成名之后,仍然保持着这种纯朴的本色。难怪有的记者在采访他之后称,卢瑟福除了那双充满智慧的眼睛之外,其余的地方和典型的农民几乎没有什么区别。

卢瑟福

幼年的卢瑟福与他的兄弟姐妹没有什么太明显的区别。如果说有什么不同之处,那就是喜欢思考、喜欢读书。

在卢瑟福一生中曾起过重要作用的一本书,便是他10岁的时候从他母亲那儿得到的、由曼彻斯特大学教授巴尔佛?司徒华写的教科书《物理学入门》,这本书开始把他引上研究科学的道路。这本书不单单给读者一些知识,为了训练智力,书中还描述了一系列简单的实验过程。卢瑟福为书中的内容所吸引并从中悟出了一些道理。即从简单的实验中探索出重要的自然规律,这些对卢瑟福一生的研究工作都产生了重大的影响。读完书之后,卢瑟福将自己的年龄和名字歪歪斜斜地写在书页上,那时他差1个月满11岁,推算起来是1882年7月。卢瑟福的母亲一直珍藏着这本教科书,并且常常自豪地捧着这本书向孩子讲述当年的故事。特别值得一提的是《物理学入门》一书的作者恰巧是汤姆逊在曼彻斯特时的老师,而汤姆逊又是卢瑟福在剑桥大学读研究生的导师。 读书和思考一直伴随着卢瑟福一生。他成为一个硕果累累的大科学家之后,仍然很重视读书和思考。有一天深夜,卢瑟福看到实验室亮着灯,就推门进去,看见一个学生在那里,问道:“这么晚了,你还在干什么?”学生回答说:“我在工作。”当他得知学生从早到晚都在工作时,很不满意地反问:“那你什么时间思考问题呢?”

卢瑟福

 

靠奖学金读书的孩子

 

卢瑟福5岁时上了泉林村小学,他的母亲和外祖母都曾在此任教,后来由于家庭搬迁,他又转学到福克斯希尔村小学。

卢瑟福的父母很重视子女的教育,尽管家庭收入仅够糊口,还是要供他读书。为此一家人节衣缩食,在生活上非常刻苦,一直供他念完大学。许多年后,在一个很隆重的宴会上,卢瑟福十分感慨的说:“如果不是我的父亲和母亲,我永远也不会有今天的成绩。”

由于家庭的收入有限,相当一部分学费要靠自己来解决。上小学的时候,卢瑟福就利用暑假参加劳动。兄弟几人一个假期就赚了13英镑。这些钱差不多够一个学期的学费了。卢瑟福深深地理解父母的困难。他知道,要想上学就要靠自己劳动挣钱,后来他听说学习成绩优秀就可以得到奖学金,就更加努力学习。他学习的时候特别专心致志,即使有人用书本敲他的脑袋也不会分散他的注意力。

离开小学之后,卢瑟福大部分的学费要靠奖学金了,他参加了竞争一项州政府奖学金的考试获得奖学金就可以进入纳尔逊学院读书,可以免交学费并提供食宿,结果卢瑟福以580分(满分600分)的成绩赢得了这项奖学金。在纳尔逊学院学习期间,他获得了很多奖励并在最后一年获得进入新西兰大学深造的奖学金。在获奖的10人中,他名列第4名。

进入新西兰大学坎特伯雷学院之后,卢瑟福更加努力学习,他的数学和物理成绩都是名列前茅。

由于学习成绩优秀,大学毕业时卢瑟福获得了文学学士、理科学士和硕士学位,要想挣钱养家已经是足够了,但是卢瑟福决心在科学研究中取得更大的成绩。在校学习的时候他已经申请了进入剑桥深造的奖学金,因为该项奖学金是隔年一次的,所以他大学毕业后又在学校里继续研究一年。 卢瑟福申请的是大英博览会奖学金,它是由1851年在英国伦敦海德公园水晶宫举办的国际博览会所赚来的钱设立的奖学金。这项奖学金的目的是授予学习成绩特别出色,具有培养前途的学生,使他们能够进入久享盛名的英国高等学府深造。凡属英联邦国家的学生,都有机会得到这笔奖学金。

卢瑟福参加了这项考试,结果卢瑟福和一个叫麦克劳林的人都具备了录取条件,但名额只有一个。基金委员会经过争论决定把奖学金授予麦克劳林。卢瑟福只好回家等待以后的机会了。 1895年4月的一天,卢瑟福正在菜园里挖马铃薯。母亲高兴地向菜园跑去,手里拿着电报纸,并在空中不断摇动,用劲地叫喊:“你取上啦!你取上啦!”卢瑟福不明白母亲在干什么,“谁取上了?取上什么了?”卢瑟福不解地问道。等他看到了电报才明白,基金委员会改变了主意把这项奖学金授予他了。他立即扔下手中的铁锹,高兴得跳起来:“这也许是我要挖的最后一个马铃薯吧!”

原来情况发生了变化,麦克劳林已经结婚,而基金会所给的奖学金无论如何也不能养活两个人,麦克劳林决定留在新西兰。

卢瑟福

这年9月,卢瑟福筹借了路费,告别了双亲,登上了开往英国的客轮,开始了他献身科学的航程。

1898年,卢瑟福被指派担任加拿大麦吉尔大学物理系主任,在那里的工作使他获得了1908年的诺贝尔化学奖。他证明了放射性是原子的自然衰变。但他不是很高兴,因为他自认为是物理学家,而非化学家。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里,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间认为的老的多。

1909年卢瑟福在英国曼彻斯特大学同他的学生 Marsden 用α粒子撞击一片薄金箔,他发现大部分的粒子都能通过金箔,只有极少数会跳回。他笑说这是海军用15吋巨炮射击一张纸,但炮弹却会被弹回而打到自己。最后他提出了一个类似于大阳系行星系统的原子模型,认为原子空间大都是空的,电子像行星围绕原子核旋转,推翻了当时所使用的梅子布丁原子模型。1911年3 月,卢瑟福在曼彻斯特文学与哲学学会的会议上宣布他的意外发现,同年5月,他将论文发表于“哲学杂志”。

1919年,汤姆孙在升任三一学院院长时,推荐卢瑟福回到剑桥大学出任卡文迪许实验室的主任,在那里他培育出大批的诺贝尔奖得主,他的学生有丹麦的波尔(N. H. D. Bohr)、德国的哈恩、新西兰的马斯顿、前苏联的卡皮察(P.L. Kapitsa)、澳大利亚的奥立芬特,以及英国的乍得威克和考克饶夫(J. P.Cockcroft)等十一位诺贝尔奖得主。卢瑟福是一位伟大的导师,1933年他的学生狄拉克与薛定谔共同获得诺贝尔物理奖。狄拉克却对卢瑟福说他不想出名,他想拒绝这个荣誉。卢瑟福对他说:“如果你做这样做,你会更出名,人家更要来麻烦你。”

卢瑟福

 

卢瑟福的名言

 

卢瑟福有很多有趣的名言,反映了他对科学的独特理解和幽默的语言

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.

这是我一生中碰到的最不可思议的事情。就好像你用一颗15英寸大炮去轰击一张纸而你竟被反弹回的炮弹击中一样。很生动地叙述了汤姆逊模型碰到的困难,即原子不可能是质量均匀分布大小为1埃的球。

All science is either physics or stamp collecting.

科学研究,除了物理就是集邮。在卢瑟福的时代仅物理学形成了严密的体系和理论架构,而其他科学如生物学很大程度上还停留在分类和猜测的阶段。

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

社会科学能够得到仅是:一些可以,另一些不可以。即认为社会科学是描述性的,是分类性的。

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

不要让我看到任何人在我们(物理)系里谈论宇宙。反映了卢瑟福反对空谈,强调实际的工作态度,但具有讽刺意味的是正是卢瑟福开创的量子物理开启了谈论宇宙的大门,在今天的物理系里,宇宙论是标准的话题而非离经叛道。

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

如果你的实验结果需要一个统计员,那你就需要重新设计一个实验了。好的实验应当是明晰,清楚的。不过今天大型实验所获得的数据不但需要统计员,还需要大型计算机的帮助。

 

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