【拉瑟福德】Rutherford的学习者

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我们熟悉的尼尔斯•玻尔,20世纪最伟大的物理学家之一,1922年诺贝尔物理奖得主,量子论的奠基人和象征。在曼彻斯特跟随过卢瑟福。

卢瑟福是著名的物理学家和化学家,他出生于新西兰纳尔逊一个手工业工人家庭,后来去了坎特伯雷学院学习,进入卡文迪许实验室。1937年,卢瑟福逝世,享年66岁,与牛顿和法拉第并排安葬。图片 1卢瑟福
欧内斯特·卢瑟福简介
欧内斯特·卢瑟福(1871年8月30日-1937年10月19日),英国著名物理学家,知名为原子核物理学之父。学术界公认他为继法拉第之后最伟大的实验物理学家。
卢瑟福首先提出放射性半衰期的概念,证实放射性涉及从一个元素到另一个元素的嬗变。他又将放射性物质按照贯穿能力分类为α射线与β射线,并且证实前者就是氦离子。因为“对元素蜕变以及放射化学的研究”,他荣获1908年诺贝尔化学奖。
卢瑟福领导团队成功地证实在原子的中心有个原子核,创建了卢瑟福模型。他最先成功地在氮与α粒子的核反应里将原子分裂,他又在同实验里发现了质子,并且为质子命名。第104号元素为纪念他而命名为“鑪”。
卢瑟福的学生
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。
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:
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。

卡尔·塞班(Karl Siegbahn)和凯·塞班(Kai
Siegbahn)父子分别于1924和1981年获得诺贝尔物理奖。

欧内斯特·卢瑟福生于新西兰纳尔逊,是英国著名物理学家、化学家,被誉为“原子核物理学之父”,被认为是继法拉第之后最伟大的实验物理学家。他发现了卢瑟福散射,提出放射性半衰期的概念,创建了卢瑟福模型,第104号元素为纪念他而命名为“鑪”。卢瑟福曾获得诺贝尔化学奖、科普利奖章等荣誉,他桃李满天下,有12名助理和学生获得了诺贝尔奖。人物生平图片 2卢瑟福
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会长。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。卢瑟福发现了什么
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。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。
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。卢瑟福的名言图片 3卢瑟福
所有的科学不是物理学,就是集邮。 假如没钱的话,我们就必须使用头脑。
不要让我看到任何人在我们系里谈论宇宙。
掌握的物理学越多,需要的工程学越少。
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。卢瑟福的学生图片 4卢瑟福
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。
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:
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。

卢瑟福本人是一位伟大的物理学家,这是无需置疑的。但他同时更是一位伟大的物理导师,他以敏锐的眼光去发现人们的天才,又以伟大的人格去关怀他们,把他们的潜力挖掘出来。

第一届索尔维会议于1911年在布鲁塞尔召开,一度被一战打断,于1921年重新恢复,每3年一届。

布莱克特(PatrickM.S.Blackett)在一次大战后辞去了海军上尉的职务,进入剑桥跟随卢瑟福学习物理。他后来改进了威尔逊云室,并在宇宙线和核物理方面作出了巨大的贡献,为此获得了1948年的诺贝尔物理奖。

虽然爱因斯坦曾提出了光量子假设,在量子论的发展中有不可磨灭的贡献,但他当时已经完全转到了新理论的对立面。那是因为爱因斯坦认为物理就是揭示规律的,是确定的,不接受概率、不确定那一套。玻尔回忆说,爱因斯坦有次嘲弄般地问他,难道亲爱的上帝真的掷骰子不成(ob
der liebe Gott wurfelt)?

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然后薛定谔建立了波动力学,证明古老的经典力学只是新生的波动力学的一种特殊表现,完全地被包容在波动力学内部。——
薛定谔是从德布罗意的理论为切入点,强调电子作为波的连续性一面,以波动方程来描述它的行为。爱因斯坦是这一派背后的精神领袖。(从波动方程出发,波动性、连续性)

卢瑟福的实验室被后人称为“诺贝尔奖得主的幼儿园”。他的头像出现在新西兰货币的最大面值——100元上面,作为国家对他最崇高的敬意和纪念。

*以太,ether或aether,最初是古希腊哲学家所设想的一种物质,曾经是假想的电磁波的传播媒介(波大多需要传播介质,如声波需要借助于空气,水波借助水等,电磁波被发现是波以后,便开始寻找它的传播介质。爱因斯坦抛弃了以太说,认为光速不变是基本原理,并以此为出发点创立了狭义相对论。虽然后来以太被证明不存在,但还是在我们生活中留下了痕迹,比如以太网)。*

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10. 决定论:玻尔的另一位助手奥斯卡·克莱恩(Oskar
Klein),不仅把把薛定谔的方程相对论化了,还引进了“第五维度”的思想。之后的“超弦”便是由此孕育而出。

这个名单可以继续开下去,一直到长得令人无法忍受为止:英国人索迪(Frederick
Soddy),1921年诺贝尔化学奖。瑞典人赫维西(Georgvon
Hevesy),1943年诺贝尔化学奖。德国人哈恩(Otto
Hahn),1944年诺贝尔化学奖。英国人鲍威尔(Cecil Frank
Powell),1950年诺贝尔物理奖。美国人贝特(Hans
Bethe),1967年诺贝尔物理奖。苏联人卡皮查(P.L.
Kapitsa),1978年诺贝尔化学奖。
除去一些稍微疏远一点的case,卢瑟福一生至少培养了10位诺贝尔奖得主。

这是量子学派的第一个必修课程 —— “科学之美”系列的第一本书。

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1915年,美国物理学家密立根本来想用实验证明光量子图像是错误的,但多次反复实验的结果却是证明了爱因斯坦方程的正确性,即光电现象都表现出量子化特征。

卢瑟福

12. 奥卡姆剃刀(Occam’s
Razor)
:当两种说法都能解释相同事实时,应该相信假设最少的那个(化繁为简)。

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在那个物理学飞速发展的年代,作为物理学家也是很难适应和接受的。所以1933年9月25日,埃仑费斯特在荷兰莱登枪杀了他那患有智力障碍的儿子,然后自杀。他在留给爱因斯坦、玻尔等好友的信中说变化的物理学让他绝望和撕心裂肺,唯有选择自杀……由此可见,在那样一个天翻地覆的飘摇乱世,两代物理学家的思想猛烈冲突和撞击带来的强烈沉痛。

1932年,沃尔顿(E.T.SWalton)和考克劳夫特(JohnCockcroft)在卢瑟福的卡文迪许实验室里建造了强大的加速器,并以此来研究原子核的内部结构。这两位卢瑟福的弟子在1951年分享了诺贝尔物理奖金。

1.
宇宙138亿年历史
,1000多亿个星系,3000万亿亿颗恒星,地球46亿年。(这点BBC的纪录片《The
wonder of the Universe》开篇也是这样讲的)

在卢瑟福身边的那些助手和学生们,后来绝大多数都出落得非常出色,其中更包括了为数众多的科学大师们。

但无论对爱因斯坦提出的任何问题,看上去驽钝,但重剑无锋,大巧不工的波尔都能想出对应的化解方法。爱因斯坦非但没能说服玻尔,反而常常被反驳得说不出话来。这其实也反应了爱因斯坦和玻尔哲学态度的不同。

中子的发现者,詹姆斯•查德威克(JamesChadwick)在曼彻斯特花了两年时间在卢瑟福的实验室里。他于1935年获得诺贝尔物理奖。

第四部分:可作为参考的小知识

当然,在他的学生中还有一些没有得到诺奖,但同样出色的名字,比如汉斯•盖革(Hans
Geiger,他后来以发明了盖革计数器而著名)、亨利•莫斯里(Henry
Mosley,一个被誉为有着无限天才的年轻人,可惜死在了一战的战场上)、恩内斯特•马斯登(Ernest
Marsden,他和盖革一起做了¦Α粒子散射实验,后来被封为爵士)……

实际是德国人算错了参数,导致了对铀235的临界质量的夸大,以及放弃了石墨反应,在重水这一棵树上吊死。

保罗•狄拉克(Paul
Dirac),量子论的创始人之一,同样伟大的科学家,1933年诺贝尔物理奖得主。他的主要成就都是在剑桥卡文迪许实验室做出的(那时卢瑟福接替了J.J.汤姆逊成为这个实验室的主任)。狄拉克获奖的时候才31岁,他对卢瑟福说他不想领这个奖,因为他讨厌在公众中的名声。卢瑟福劝道,如果不领奖的话,那么这个名声可就更响了。

英国人索迪(Frederick
Soddy):1921年诺贝尔化学奖;匈牙利人赫维西(Geogre Von
Hevesy):1943年诺贝尔化学奖;德国人哈恩(Otto
Hahn):1944年诺贝尔化学奖;英国人鲍威尔(Cecil Frank
Powell):1950年诺贝尔物理学奖;美国人贝特(Hans
Bethe):1967年诺贝尔物理学奖;苏联人卡皮查(P.L.Kapitsa),1978年诺贝尔化学奖。

狄拉克

迈克逊-莫雷实验:用意在于探测光以太对于地球的漂移速度。但结论显示不同方向上的光速没有差异,以太似乎对于穿越其中的光线毫无影响。虽然后来斐兹杰惹和洛伦兹分别独立地提出的假说使得以太的概念得以继续保留,但实验结论还是让人们对以太的意义提出了强烈质疑。

即使摆脱了爱因斯坦的怀疑,量子论也没有多轻松 ——
被测量的难题困扰着,尤其是在薛定谔的猫提出之后(猫的死/活叠加状态)。

之后,法国贵族德布罗意提出相波(Phase
wave),即德布罗意波:电子在运行的同时还伴随着一个波。他还预言电子在通过小孔或晶体时,会产生一个可观测的衍射现象。

1915年,亨利·布拉格(William Henry Bragg)和劳伦斯·布拉格(William
Lawrence
Bragg)父子因为利用X射线对晶体结构做出了突出贡献,获得了诺贝尔物理学奖。当时劳伦斯仅25岁,是有史以来最年轻的诺贝尔物理奖得主。

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