چه کسی اتم را کشف کرد ؟

اتم و انرژی هسته ای مسئله ای جدید و نو نیست، بلکه کشف و تحقیق در این باره به حدود یک قرن پیش میرسد.در واقع مبحث اتم مربوط به زمان کنونی نیست، شاید برایتان جالب باشد بدانید که ۲۳۰۰ سال پیش یک فیلسوف یونانی به نام(دموکریتوس) به پدیده اتم پی برد. اتم در زبان یونانی به معنی تقسیم ناپذیر است. به این ترتیب وجود اتم را در تفکرها پروراند. سپس در سال۱۸۰۸ جان دالتون نظریه اتمی نوین را ارایه کرد تا نوبت به ارنست رادرفورد رسید او با تحقیق و بررسی خود به انرژی هسته ای امروزی دستیافت لذا او را پدر انرژی هسته ای می نامند.در این مقاله به زندگی شخصی و تحقیقات وی میپردازیم.

●تولد یک دانشمند

ارنست رادرفورد در ۳۰ آگوست ۱۸۷۱ درحومه برایت واتر شهر نلسون واقع در ساحل شمالی جزیره جنوبی زلاندنو به دنیا آمد. او چهارمین فرزند از دوازده فرزند جیمز و مارتا رادرفورد نیوزلندیهای نسل اول بود که ازکودکی از اسکاتلند به زلاندنو آمده بودند.خانواده رادرفورد معتقد به مسیحیت و با فرهنگ و جدی در رفتن به کلیسا بودند. آنها احساس خوشبختی میکردند و این خانواده پرجمعیت چهارده نفری در انجام کارهای روزمره خانواده شرکت میکردند. پدر و مادر سعی در ارتقای سطح علمی فرزندانشان داشتند. آنها علیرغم اینکه در کشاورزی فعالیت داشتند و ساعت های متمادی مجبور به کار در مزرعه خود بودند، دست از مطالعه کتب مذهبی و علمی بر نمی داشتند.

از این رو ارنست نیز همچون والدینش به تحصیل علم علاقمند بود. عشق او به علم در اوان کودکی بروز کرد. در سن ده سالگی کتب علمی همچون خواندنیهای اولیه فیزیک و شیمی را که تالیف معلمی به نام بالفور استوارت بود با علاقه و جدیت مطالعه میکرد. کتاب استوارت شبیه کتابهای خودآموز فیزیک امروزی بود که درآن اصول اولیه و پایه ای فیزیک را با زبان ساده توضیح داده بود. ارنست نیز این کتاب را بیش از ۱۵ بار مطالعه کرد و با اجسام ساده ای همچون شمع، سنگ ، سکه و وسایل آشپزخانه مادرش آزمایشهای این کتاب را انجام داد. او در همان شهر به مدرسه رفت.

۱۶ ساله بود که نخستین بورس از بورسهای تحصیلی متعدد در زندگی خود را دریافت کرد و توانست در کالج کنتر بوری شهر کریست چرچ ثبت نام کند. او رشته تحصیلی اصلی خود را فیزیک و ریاضیات انتخاب کرد و تحت نظر اساتید باتجربه کالج به فراگیری این علوم پرداخت.

او در مدت ۳ سال مدرک کارشناسی ریاضی فیزیک گرفت و برای ارایه پایان نامه خود دو مقاله مهم درباره فعالیت تشعشعی مواد در سال۱۸۹۵ نوشت که مقالاتش مقام دوم را از آن خود کرد. یکی دیگر از جوایز او حق انتخاب موسسه آموزشی برای ارتقای سطح علمی بود که رادرفورد آزمایشگاه کاوندیش در دانشگاه کمبریج لندن را برگزید. این آزمایشگاه به مدیریت جیجی تامسون صاحب نظر پیشتازجهان در زمینه الکترو مغناطیس اداره میشد. این فرد صاحب نام تاثیر زیادی در روند پیشرفت ارنست داشت و او را حمایت و تشویق کرد.

ارنست رادرفورد

● اکتشافات علمی

ارنست در دوران تحصیل خود با اکتشافات مهمی از جمله کشف اشعه ایکس توسط ویلهم کنراد رونتگن فیزیکدان آلمانی رو به رو شد وهمین کشفها در زندگی علمی او تاثیر زیادی گذاشت.

کشف مهم دیگر درباره تحقیقات هانری بکرل دانشمند فرانسوی بود که تاثیر نور مرئی وسنگ معدن اورانیوم برروی فیلم عکاسی را فهمید.رادرفورد در سال ۱۸۹۵ کار جدی خود رادر آزمایشگاه کاوندیش آغاز کرد و رادیواکتیویته ناهمانند را مورد شناسایی قرار داد. او اولین اشعه ای که بار الکتریکی مثبت داشت و به سهولت در مواد جذب میشد را اشعه آلفا نامید و اشعه دوم با بار الکتریکی منفی را اشعه بتا نام گذاشت.

او اشعه سومی را هم یافت که شبیه پرتوهای ایکس بود. رادرفورد طی شبانه روز فقط ۳ساعت میخوابید و تمام ساعات شب و روز را درآزمایشگاه میگذراند حتی وقت استحمام کردن هم نداشت. او در نهایت اظهار کرد که رادیوم تنها عنصر از گروه عناصر حاصل از فعالیت تشعشعی اورانیوم است.رادرفورد در سال ۱۹۰۳ مفتخر به عضویت انجمن سلطنتی لندن شد و یک سال بعد کتابی درزمینه (فعالیت تشعشعی) نوشت. امروزه این کتاب جزو کتب کلاسیک میباشد.

رادرفورد به شهرت رسیده بود و از سوی چندین دانشگاه هندی کرسی های زیادی به وی پیشنهاد شد. او تصمیم گرفت در دانشگاه منچستر مشغول به کار شود. ارنست در این دانشگاه استاد عده ای از دانشجویانی بود که درباره ساختار اتم تحقیق میکردند رادرفورد در سال ۱۹۰۷ تلاش و کوشش زیادی جهت شناخت ساختار اتم داشت لذا از سوی دانشگاه چندین نشان و جایزه دریافت کرد و در همان سال مفتخر به دریافت جایزه نوبل در رشته شیمی شد. به گفته رادرفورد،سال ۱۹۰۷ اوج شکوفایی شهرت و موفقیت وی بوده است.

بزرگترین نتیجه کاری رادرفورد کشف ساختارهسته اتم بود. او تا آن زمان تصور میکرد اتم جسمی سخت و قرمز است اما با تحقیق و بررسی فهمید که اتم متشکل از ذرات بیشمار میباشد که هر ذره اسراری را در دل دارد.

●مدل اتمی رادرفورد

قبل از رادرفورد چند دانشمند درباره ساختاراتم تحقیقاتی انجام داده بودند اما رادرفورد به همه نظریه ها جامه عمل پوشاند و آنها را کامل نمود.او معتقد بود که یک هسته در مرکز اتم وجوددارد. بیشترین جرم و تمام بار مثبت اتم در هسته متمرکز است. هسته شامل پروتون ها ونوترون هایی است که هم جرم هسته را دربردارند و هم بار هسته ناشی از پروتون های آن است. او بر این ایده بود که هسته درون اتم دارای بار مثبت است که توسط الکترون ها محاصره شده و به خاطر وجود فضای خالی زیاد درون اتم حجمش کم میباشد. رادرفورد این فیزیکدان بزرگ و آزمایشگری که به پشتکاری او تا کنون فردی نیامده است نام پدر انرژی هسته ای را به نام خود ثبت کرد.رادرفورد با کشف هسته اتم راه را برای دانشمندان آینده خود هموار کرد. دانشمندان با توجه به مجموعه آزمایشهای رادرفورد به این نتیجه رسیدند که اتم ها برخلاف نامشان از اجزای کوچکتری هم تشکیل شده اند.رادرفورد از سوی انجمن سلطنتی انگلستان به لقب “لرد رادرفورد ” نایل شد.در حقیقت بعد از اینکه رادرفورد ماهیت تشعشع رادیواکتیو را کشف کرد دانشمندان پی بردند که رادیواکتیویته به علت متلاشی شدن خود به خود هسته های سنگین و تبدیل آنها به هسته های سبکتر است. در میان این تبدیل و تحول ذرات آلفا، بتا و گاما ساطع میشود و به دنبال آن ماهیت آن تغییر میکند. رادرفورد ازاین طریق توانست نیمه عمر را معنا بخشد وی سهم زیادی در شناخت اتم همچنین انرژی هسته ای دارد که امروزه از آن در جوامع جهان به وفور از آن یاد میشود. در واقع رادرفورد اسرار ناگفته اتم را برای همگان گشود و کشف کرد.

●زندگی شخصی رادرفورد

ارنست رادرفورد همه اوقات زندگی خود رادر راه کشف های علمی خود گذاشت و به ازدواج و تشکیل خانواده فکر نکرد روزهای متمادی در آزمایشگاهش مشغول تحقیق بر روی ذرات اتم بود و یا کتاب و مقاله می نوشت. هفته ها پی در پی میگذشت و حتی یک بار به بیرون از آزمایشگاه پا نمیگذاشت و نورخورشید را نمیدید. از این رو هیچگاه به داشتن یک زندگی مشترک فکر نکرد. او خودش را وقف علم فیزیک و شیمی کرده بود و در آن غرق شده بود.در سالهای اولیه ای که نظریه خود را در زمینه هسته اتم ارایه کرد هوادار چندانی نداشت. اما کم کم توانست ایده اش را به همگان بقبولاند ومورد اعتماد واقع شود.

یکی از همکاران و شاگردانش، فردریکسودی در دانشگاه مک گیل بود که با کمک و یاری رادرفورد کاشف ایزوتوپ ها شد. اوتوهان آلمانی یکی دیگر از شاگردان وی بود که ۳۰ سال بعد با شکاف اورانیوم و اظهار اینکه در هر اتم همواره انرژی وجود دارد، استاد خود را مبهوت کرد.ارنست رادرفورد در سال ۱۹۲۷درگذشت.