欧内斯特·卢瑟福

欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford，1871年8月30日-1937年10月19日），物理学家、英国皇家科学院院士、1908年诺贝尔化学奖获得者。他同时也被称为原子核物理、放射化学、原子物理之父。

1871年8月30日，卢瑟福出生于新西兰斯宾格罗夫。1887年，其就读于新西兰克赖斯特彻奇坎特伯雷学院（现在是坎特伯雷大学）。他在1892年获得文学学士学位，此后又攻读数学和物理硕士学位，在1893年，他以两项一级荣誉完成学业。1年后卢瑟福又取得了理学学士学位。并开始研究电磁辐射对铁的磁化。1895年，卢瑟福获得英国剑桥大学三一学院奖学金，成为卡文迪许实验室的第一个做研究的学生。1896年到1906年，卢瑟福在研究物质的放射性方面取得成果，并发表一系列论著。1898年，被任命为蒙特利尔麦吉尔大学第二任麦克唐纳尔德实验物理教授。1903年，卢瑟福被选为皇家学会的院士。1907年，卢瑟福担任曼彻斯特大学物理教授。次年，卢瑟福被授予诺贝尔化学奖以表彰他对放射性的研究。1909年到1934年，卢瑟福致力于原子核方面的研究。1919年，卢瑟福接替老师J.J.汤姆逊担任剑桥大学教授，并任卡文迪什实验室主任。1925年，卢瑟福任伦敦皇家学会主席。1937年，卢瑟福在一次外科手术后于10月19日在英国剑桥逝世，葬于伦敦威斯敏斯特市墓地。

卢瑟福通过研究研究X射线光束穿越气体物质时的物理效应识别出两种全然不同的射线，它们分别是α射线和β射线。1902年，其与弗雷德里克·索迪（Frederick Soddy）一起在《哲学杂志》上发表《放射性的原因和性质》一文；1904年，卢瑟福出版《放射性》一书，很快成为经典著作，次年又出版了第二版，第三年又出版《放射性转变》一书。在核物理学领域，卢瑟福发现α粒子是带两个正电荷的氦原子核，通过α粒子轰击金箔的实验提出原子结构的行星模型，后来还探测到原子核中的质子等。最后于1934年，第一次完成原子核聚变反应。

人物生平

早期经历

1871年8月30日，欧内斯特·卢瑟福出生于新西兰斯宾格罗夫，父母是詹姆斯和玛撒·汤普森·卢瑟福夫妇，卢瑟福在12个孩子中排行第4。15岁时，卢瑟福全家搬去庞加休。其父亲是造车工匠、种亚麻的农夫，还经营一家磨坊，母亲是小学老师。卢瑟福因在小学表现出色，赢得了到纳尔逊学院念中学的奖学金，后来卢瑟福又获得在克赖斯特彻奇市坎特伯雷学院（现在是坎特伯雷大学）的奖学金。在坎特伯雷，卢瑟福研究用不同的电流研究铁的磁化现象，并自己设计了一个电磁波探测器。1892年，卢瑟福得文学学士，此后又攻读数学和物理硕士学位。在1893年，他以两项一级荣誉完成学业。次年，卢瑟福又取得理学学士学位。他在纳尔逊上学期间，跟家乡地主的女儿玛丽·牛顿（Mary 艾萨克·牛顿）订婚。

进入卡文迪许实验室

毕业后，卢瑟福进行磁效应方面的研究，发明了精确度达到十万分之一秒的特殊时间测量装置。1895年，卢瑟福发表2篇论文，并借此获得当年的大英博览会奖学金。卢瑟福因此得以进入英国剑桥大学学习。

1895年，卢瑟福来到剑桥大学，决定跟随卡文迪什实验室的约瑟夫·约翰·汤姆森（Joseph John Thomson）教授开展研究工作。在卡文迪什实验室求学期间，他发明了可用于检测无线电信号的磁检波器。此后几年内，卢瑟福不断对仪器的性能进行优化。到了1896年2月，他的磁检波器的检测距离已经达到几百米以外。

1896年初，汤姆森和卢瑟福研究X射线光束穿越气体物质时的物理效应，他们发现X射线在空气中会产生电离现象，为了解释这个现象，卢瑟福找到了计算离子重组速度的方法，并发现了电子。之后卢瑟福又在实验中发现，放射性射线通过空气时产生的电离现象包含两种射线。卢瑟福为其中一种命名为α射线，另一种被称做β射线，α射线不太活跃，穿透力较弱，β射线比较活跃，穿透力强。他还推测到射线是由许多微粒构成的。

吉尔大学任教

1898年，卢瑟福被加拿大麦吉尔大学聘为学校的物理教授。1900年，卢瑟福与玛丽·牛顿结婚，生了一个女儿叫艾琳。1901年，卢瑟福和化学家弗雷德里克·索迪（Frederick Soddy）一起研究了3种元素的放射性质：钍、镭和锕。并发现钍会自然转变成气体，这种从钍中逸出的气态放射性物质会进一步转变成放射性更强的新元素，其放射性甚至强烈到能使元素本身消失。1902年，卢瑟福和索迪得出所谓放射过程，就是某种元素的原子自发转变成不同元素原子的过程，而且新元素也具有放射性。同年，卢瑟福和索迪在《放射性的原因和性质》一文中报告了他们有关放射性性质的结论，分成两部分发表在《哲学杂志》上。1903年，卢瑟福被选为皇家学会的院士，并于次年被授予拉姆福德奖章。1904年，卢瑟福出版了《放射性》一书，两年后又出版了《放射性转变》。1908年，卢瑟福获得了诺贝尔化学奖。

彻斯特大学任教

1907年，卢瑟福回到英国，担任曼彻斯特大学的物理教授一职。1908年，卢瑟福把密封镭射气的玻璃管装在另一个大玻璃器皿中，然后用汞驱赶含α粒子的气体至放电管进行放电试验，卢瑟福找到了氦的特征谱线，从而证明α粒子实际上是高速运动的氦离子流。1909年，卢瑟福用光谱证明α粒子与氦原子核一样都带两个正电荷。卢瑟福以α粒子会电离空气的特性，让α射线通过带有充电电导线的电子管，通过测量放大电荷的个数来记录释放出的α粒子个数。

1911年，卢瑟福和欧内斯特·马斯顿（Ernest Marston）一起研究α粒子对金属薄膜的背散射。发现大量粒子直接穿过了金箔，这说明金箔原子中有很大的空间，不过还是有一小部分α粒子被金原子中的核击中，发生偏转。卢瑟福开始思考原子的结构并提出了原子结构的模型。1914年，卢瑟福因其在科学上的杰出成就，被英国皇家学院授予骑士爵位。第一次世界大战期间，卢瑟福发明了依靠探测水下声波的变化进行物体定位潜水艇探测仪。

剑桥大学任教

1919年，卢瑟福接替老师约瑟夫·汤姆逊担任剑桥大学教授，并任卡文迪什实验室主任。1919年，他利用α射线轰击氮原子核，在人类历史上首次实现了人工裂变。此外，他还尝试用α射线轰击氧原子核和氢原子核，同样成功地实现了核反应，并发现在轰击过程中有带正电的粒子从原子核内飞出，从而使原子性质发生改变，他为这种新粒子命名为质子。接着，卢瑟福预言，在原子核中一定还存在着另外一种不带电的粒子，它们可以平衡质子之间的作用力，并将这种不带电粒子称做中子。几年后，卡文迪什实验室的物理学家詹姆斯·查德威克（James Chadwich）发现中子，通过实验证实了卢瑟福的猜想。

晚年生活

1925年，卢瑟福任伦敦皇家学会主席。在1933年，他还担任学术援助委员会主席，援助犹太科学家逃离纳粹德国。虽然作为主任，工作十分繁忙，但是仍然继续物理学研究工作。1934年，卢瑟福第一次完成原子核聚变反应。氘是质量为2的氢的同位素，他用氘核（氘的原子核）轰击氘原子，得到了质量为3的氢的同位素氚。1937年10月19日，卢瑟福在一次疝气手术后逝世。他的骨灰安葬在威斯敏斯特市墓地。

主要成就

发现射线

1898年，卢瑟福通过研究研究X射线光束穿越气体物质时的物理效应识别出两种全然不同的射线，第一种射线射程很短，穿透能力很弱，他命名为α射线，第二种射线射程范围较大，穿透能力很强，命名为β射线。

提出放射性半衰期

在蒙特利尔的麦吉尔大学，卢瑟福对与弗雷德里克·索迪的一起发现很少量的物质里就储备着巨大的能量，地球的大部分热量都来自这种储备的放射衰变。他们还发现放射性元素衰变成别的元素。无论哪种放射性物质，其一半衰变成其他元素的时间总是一样的。只要计算出一地球的大小种材料现在有多少放射性物质，再以多快的速度衰变，就可以推算出它的年龄。卢瑟福测试了一块沥青铀矿石一铀的主要矿石一发现它已经有7亿年，比大多数人认为的地球的年龄还要大。

提出原子结构模型

1911年，英国物理学家卢瑟福设计一个使用α粒子轰击金箔的实验。在一个铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子束从铅盒的小孔中射出，形成一束很细的射线射到金箔上，结果却发现：绝大多数的α粒子直接穿过金箔且不改变原来的方向，只有很少的α粒子发生了很大角度的偏转。卢瑟福等人认为原子的中心有一个“核”，导致α粒子与之对撞时发生偏转，由此推测原子是由原子核和核外电子构成的，电子在原子核外的空间里运动，不久，他提出了原子结构模型。

质子和中子

1919年，卢瑟福在用α粒子轰击氮核的实验中，成功地将原子核分裂，并发现了一种粒子，将之命名为质子。1920年，卢瑟福在伦敦皇家自然知识促进学会作了贝尔克演讲中提出原子核中除了质子外一定还有某种粒子在运转，该粒子呈电中性的粒子取名为中子。中子不受任何电磁力的影响，可以在任何物质中自由进出，可以穿透坚硬的墙壁和玻璃。

人才培养

卢瑟福接替老师约瑟夫·汤姆逊担任剑桥大学教授，并任卡文迪什实验室主任。由于公务繁忙，卢瑟福很少有时间再开展实验研究。卢瑟福作为卡文迪什实验室的领导者，大部分实验实际上都是由他的直接或间接建议开始的。在他的教导下，卢瑟福培养出了众多的诺贝尔奖获得者，如詹姆斯·查德威克（Chadwick）、帕特里克·布莱克特（Blackett）等。具体情况如下：

社会任职

主要论著

主要论文

主要著作

荣誉奖项

荣誉

奖项

后世纪念

元素命名

1933年，索尔维会议聚焦于“原子核的结构和性质”。在与会者中，至少有6名科学家的名字被用于为元素命名。其中对于卢瑟福的贡献，以“Ernest Rutherford”命名了104号元素“rutherfordium”。

邮票

为了纪念卢瑟福的成就，一些国家发行了以卢瑟福名字命名的邮票，它们分别是1968年瑞典，1971年加拿大、苏联和新西兰。

货币

1992年，新西兰政府为纪念卢瑟福所做的贡献，将卢瑟福的头像印在新西兰新版100元纸币上。

人物铁事

外号“鳄鱼”

卢瑟福从小家境贫寒，通过自己的努力，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。

变成为“化学家”

卢瑟福虽然是物理学家，但是在放射性物质的研究上有一定贡献。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！”

学科带头人

卢瑟福还是学科带头人，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尼尔斯·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。

人物评价

物理学家詹姆斯·查德威克（James Chadwick）评价：“卢瑟福的辉煌成就来自于杰出的天赋。”

卢瑟福的学生拉塞尔（Russell）评价：“卢瑟福是一个艺术家，他的所有实验都带有他的独特风格。”

个人生活

父母背景

欧内斯特·卢瑟福的父亲詹姆斯·卢瑟福（James Rutherford）是一名苏格兰独轮车匠，母亲玛莎·汤普森（Martha Thompson）是一名英语教师，1855年，其父亲随家人移民到新西兰。欧内斯特·卢瑟福的父母共生有七个儿子和五个女儿，他是家中的第四个孩子，也是第二个儿子。

婚姻子女

1900年，欧内斯特·卢瑟福与玛丽·牛顿（Mary Newton）结婚，两人育有一女艾琳（Eileen）。艾琳嫁给了物理学家拉尔夫·霍华德·福勒（Ralph Howard Fowler）。

参考资料

Ernest Rutherford - Explore Biographical.THE NOBEL PRIZE.2024-05-09

强相互作用诺贝尔奖漫谈.中国物理学会期刊网.2024-05-31

Frederick Soddy.THE NOBEL PRIZE.2024-05-24

Francis W.Aston.THE NOBEL PRIZE.2024-05-24

Niels Bohr.THE NOBEL PRIZE.2024-05-24

C.T.R. Wilson.THE NOBEL PRIZE.2024-05-24

James Chadwick.THE NOBEL PRIZE.2024-05-24

Patrick M.S.Blackett.THE NOBEL PRIZE.2024-05-24

John Cockcroft.THE NOBEL PRIZE.2024-05-24

Ernest T.S.Walton.THE NOBEL PRIZE.2024-05-24

Pyotr Kapitsa.THE NOBEL PRIZE.2024-05-24

Story: Rutherford, Ernest.DNZB.2024-05-24