रदरफर्ड, अर्नेस्ट

रदरफर्ड, अर्नेस्ट : (३० ऑगस्ट १८७१–१९ ऑक्टोबर १९३७). सर आयझॅक न्यूटन व मायकेल फॅराडे यांच्याइतकेच प्रख्यात असलेले ब्रिटिश भौतिकीविज्ञ. ⇨ किरणोत्सर्ग व आणवीय

संरचनेचा अणुकेंद्रीय सिद्धांत [⟶ अणु व आणवीय संरचना] यांविषयीच्या कार्याकरिता विशेष प्रसिद्ध. अणुकेंद्रीय भौतिकीचे जनक म्हणून त्यांची गणना करण्यात येते. किरणोत्सर्गासंबंधीच्या त्यांच्या कार्याबद्दल त्यांना १९०८ सालच्या रसायनशास्त्राच्या नोबेल पारितोषिकाचा सन्मान मिळाला.

रदरफर्ड यांचा जन्म न्यूझीलंडमधील नेल्सनजवळील स्प्रिंग ग्रोव्ह (आता ब्राइटवॉटर) येथे झाला. क्राइस्टचर्च येथील कॅटरबरी कॉलेजमध्ये शिक्षण घेऊन त्यांनी बी. ए. (१८९२) व एम्‌. ए. (१८९३) या पदव्या संपादन केल्या. तेथेच एक वर्षभर त्यांनी उच्च कंप्रतेच्या प्रत्यावर्ती (वारंवार उलटसुलट दिशा व मूल्य बदलणाऱ्या आणि दर सेकंदास होणाऱ्या आवर्तनांची संख्या उच्च असलेल्या) चुंबकीय क्षेत्रांसंबंधी संशोधन केले आणि त्यामुळे त्यांना इंग्लंडमध्ये केंब्रिज विद्यापीठात उच्च शिक्षण घेण्यासाठी शिष्यवृत्ती मिळाली. तेथे त्यांनी जे. जे. टॉमसन यांच्या मार्गदर्शनाखाली प्रारंभी याच विषयावरील संशोधन पुढे चालू ठेवले. १८९६ मध्ये त्यांनी क्ष-किरण एखाद्या वायूमधून नेल्यास होणाऱ्या परिणामासंबंधी टॉमसन यांच्याबरोबर संशोधन करण्यास सुरुवात केली. क्ष-किरणांमुळे मोठ्या प्रमाणात धन व ऋण विद्युत्‌ भारित कण (आयनीकृत अणू) तयार होतात व या कणांचे पुन्हा संयोजन होऊन विद्युत्‌ दृष्ट्या उदासीन असे रेणू बनतात, असे त्यांना आढळून आले. रदरफर्ड यांनी या धन व ऋण आयनांच्या संयोजनाचा वेग व त्वरा मोजण्याचे तंत्र शोधून काढले. युरेनियमापासून उत्सर्जित होणाऱ्या किरणांमुळेही हवेचे आयनीकरण होते परंतु हे किरण क्ष-किरणांप्रमाणे नसून दोन भिन्न प्रकारच्या प्रारणांचे (तरंगरूपी ऊर्जेचे) बनलेले असतात, असे त्यांनी दाखविले. यांपैकी आयनीकरणाची उच्च क्षमता असलेल्या पण सहजपणे शोषल्या जाणाऱ्या प्रारणाला त्यांनी ‘आल्फा किरण’ आणि आयनीभवनाची क्षमता कमी पण भेदनक्षमता अधिक असलेल्या प्रारणाला ‘बीटा किरण’ अशी नावे दिली. हे किरण अतिशय सूक्ष्म कणरूपी असावेत, असा त्यांचा कयास होता व तो पुढे बरोबर ठरला. त्यानंतर १९०० साली त्यांनी किरणोत्सर्गी द्रव्यापासून उत्सर्जित होणारे चुंबकीय क्षेत्राने विचलित न होणारे व उच्च ऊर्जायुक्त्त असलेले तिसऱ्या प्रकारचे प्रारण शोधून काढले. या विद्युत्‌ चुंबकीय प्रारणाला त्यांनी ‘गॅमा किरण’ असे नाव दिले.

इ. स. १८९८ मध्ये रदरफर्ड यांची कॅनडातील माँट्रिऑल येथील मॅक्‌गिल विद्यापीठात भौतिकीच्या अध्यासनावर नेमणूक झाली. तेथे त्यांनी किरणोत्सर्गासंबंधीचे संशोधन पुढे चालू ठेवले. या संशोधनात त्यांना è फ्रेडरिक सॉडी यांचे बहुमोल सहकार्य लाभले. त्यांनी रेडियम, थोरियम व ॲक्टिनियम या किरणोत्सर्गी मूलद्रव्यांच्या तीन गटासंबंधी संशोधन केले. थोरियम वा त्याची संयुगे यांपासून एक किरणोत्सर्गी वायू उत्सर्जित होतो, असे त्यांना आढळून आले. त्याला त्यांनी ‘एमॅनेशन’ असे नाव दिले. एमॅनेशनाच्या किरणोत्सर्गाच्या क्रियाशीलतेचा क्षय एका विशिष्ट त्वरेने होतो व त्याची क्रियाशीलता ठराविक काळात मूळच्या निम्मी होते, असे त्यांनी दाखविले (प्रत्येक किरणोत्सर्गी मूलद्रव्याच्या बाबतीत हा काळ निरनिराळा असतो व त्याला त्या मूलद्रव्याचे अर्धायुष्य म्हणतात). त्यांनी असेही दाखविले की, थोरियम-एक्स हे अधिक क्रियाशील द्रव्य अस्तित्वात असून ते मूळ थोरियमापासून तयार होते व थोरियम–एक्सपासून एमॅनेशन तयार होते म्हणजेच रासायनिक मूलद्रव्यांची एक श्रेणी असून तिच्यातील मूलद्रव्ये इतर मूलद्रव्यांत रूपांतरित होतात (मूलद्रव्यांतरण). किरणोत्सर्ग या प्रक्रियेत एका मूलद्रव्याचे अणू स्वयंस्फूर्तपणे विघटन पावून अगदी भिन्न मूलद्रव्याचे अणू तयार होतात व हे अणूही किरणोत्सर्गी असतात, असा निष्कर्ष रदरफर्ड व सॉडी यांनी १९०२ मध्ये काढला. द्रव्यांच्या अविनाशित्वाच्या संकल्पनेवर दृढ विश्वास असलेल्या अनेक शास्त्रज्ञांनी या विशदीकरणाला विरोध केला. १९०४ मध्ये रदरफर्ड यांनी रेडिओॲक्टिव्हिटी या आपल्या ग्रंथात या विषयावरील संशोधनाचे फलित सारांशरूपाने मांडले. त्यात त्यांनी तापमान व रासायनिक बदल यांसारख्या बाह्य परिस्थितीचा किरणोत्सर्गाच्या प्रक्रियेवर परिणाम होत नाही, सामान्य रासायनिक विक्रियेपेक्षा तीत अधिक उष्णता निर्माण होते, क्षय त्वरेशी समतोल राखला जाईल इतक्याच त्वरेने नवीन प्रकारचे द्रव्य निर्माण होते आणि नवीन तयार झालेल्या द्रव्यांचे रासायनिक गुणधर्म भिन्न असतात हा किरणोत्सर्गाच्या सिद्धांताला आधारभूत असा पुरावा प्रतिपादन केला.

रदरफर्ड १९०७ मध्ये इंग्लंडमधील मँचेस्टर विद्यापीठात भौतिकीचे प्राध्यापक झाले व तेथे त्यांनी आल्फा कणांविषयीचे संशोधन पुढे चालू ठेवले. त्यांनी हान्स गायगर यांच्या साहाय्याने तयार केलेल्या उपकरणाने ज्ञात राशीच्या रेडियमापासून एकामागून एक उत्सर्जित होणारे कण मोजले आणि या कणांचा एकूण जमा झालेला विद्युत्‌ भार मोजून प्रत्येक कणाचा विद्युत्‌ भार काढला. टी. डी. रॉइड्स या शिष्यांच्या समवेत त्यांनी आल्फा कण हे दोन इलेक्ट्रॉन गमाविलेले हीलियमाचे अणूच (म्हणजे हीलियमाची अणुकेंद्रेच) असतात, असे १९०८ मध्ये सिद्ध केले. त्याच वर्षी मूलद्रव्यांचे विघटन व किरणोत्सर्गी द्रव्यांचे रसायनशास्त्र यांविषयी केलेल्या संशोधनाबद्दल त्यांना रसायनशास्त्राचे नोबेल पारितोषिक मिळाले.

आणवीय संरचनेसंबंधीचा आपला अणुकेंद्रीय सिद्धांत १९११ मध्ये मांडून रदरफर्ड यांनी विज्ञानातील त्यांची सर्वाधिक महत्त्वाची कामगिरी केली. त्यांनी सुचविल्यावरून १९१० मध्ये गायगर व ई. मार्सडेन यांनी धातूच्या पातळ पत्र्यातून जाणाऱ्या आल्फा कणांच्या प्रकीर्णनाचा (विखुरण्याच्या क्रियेचा) अभ्यास केला. बहुतांश कण पत्र्यातून पार गेल्यावर अगदी थोडे विचलित झालेले परंतु काही अल्प प्रमाणातील (सु. ८ हजारात १) कण ते ज्या बाजूने पत्र्यात शिरले होते त्याच बाजूस ९०⁰ पेक्षा मोठ्या कोनातून विचलित झालेले गायगर व मार्सडेन यांना आढळले. यावरून रदरफर्ड यांनी गणिताने असा निष्कर्ष काढला की, इतके मोठे विचलन घडून येण्यासाठी आवश्यक असणारे प्रखर विद्युत्‌ क्षेत्र फक्त्त जर अणूचा सर्व धन विद्युत्‌ भार व म्हणून बहुतेक सर्व द्रव्यमान संपूर्ण अणूच्या व्यासाच्या १०,००० पट लहान अशा मध्यवर्ती अणुकेंद्रावर एकत्रित झालेले असेल, तरच अस्तित्वात असू शकेल (मात्र १९१२ पर्यंत रदरफर्ड यांनी अणुकेंद्र-न्यूक्लियस-हा शब्द वापरलेला नव्हता). त्यामुळे अणुकेंद्रावरील धन विद्युत्‌ भार त्याच्या भोवती कोणत्या तरी प्रकारे वितरित झालेल्या इलेक्ट्रॉनांच्या समान पण ऋण विद्युत्‌ भारामुळे समतोलावस्थेत राहील, असे त्यांनी प्रतिपादन केले. एखादा अणुकेंद्रामुळे निरनिराळ्या कोनांत प्रकीर्णित होणाऱ्या कणांच्या संख्येकरिता त्यांनी एक सैद्धांतिक सूत्रही मांडले. अणूच्या अणुकेंद्रीय संरचनेचे हे प्रतिमान (मॉडेल) पुढे नील्स बोर यांनी १९१३ मध्ये विकसित केले [à अणु व आणवीय संरचना]. एखाद्या मूलद्रव्याचे रासायनिक स्वरूप त्याच्या अणुकेंद्रातील धन विद्युत्‌ भारित कणांच्या संख्येवर अवलंबून असते असाही निष्कर्ष रदरफर्ड यांनी काढला. या धन विद्युत्‌ भारित कणांना त्यांनी ‘प्रोटॉन’ नाव दिले.

पहिल्या महायुद्ध काळात त्यांनी पाणबुडीचे अस्तित्व ओळखण्यासाठी ध्वनिकीय पद्धती वापरण्यासंबंधी संशोधन केले. १९१९ मध्ये त्यांची केंब्रिज विद्यापीठात भौतिकीच्या कॅव्हेंडिश अध्यासनावर व कॅव्हेंडिश लॅबोरेटरीच्या संचालकपदावर नेमणूक झाली. तेथेच त्यांनी १९१९ मध्ये ‘अणुकेंद्राचे कृत्रिम विघटन’ हा आपला तिसरा महत्त्वाचा शोध लावला. नायट्रोजनाच्या अणूची आल्फा कणाबरोबर टक्कर झाल्यास त्याचे ऑक्सिजन अणूत व हायड्रोजन अणूत रूपांतर होते, असे प्रयोगाद्वारे त्यांनी दाखविले. अशा प्रकारे सुरू झालेल्या या संशोधनाचा परिणाम अखेरीस अणुऊर्जा युगाचा उदय होण्यात झाला. १९२० मध्ये त्यांनी न्यूट्रॉनाच्या आणि हायड्रोजन व हीलियम यांच्या समस्थानिकांच्या (अणुक्रमांक तोच पण भिन्न अणुभार असलेल्या त्याच मूलद्रव्याच्या प्रकारांच्या) अस्तित्वाचे भाकीत वर्तविले होते. १९२१–२४ या काळात जेम्स चॅडविक यांच्या समवेत संशोधन करून त्यांनी बोरॉन, फ्ल्युओरीन, ॲल्युमिनियम व फॉस्फरस यांचे मूलद्रव्यांतरण करण्यात यश मिळविले.

ब्रिटिश सरकारने त्यांना नाइट (१९१४) व ऑर्डर ऑफ मेरिट (१९२५) तसेच नेल्सनचे पहिले बॅरन (१९३१) हे बहुमान दिले. रॉयल सोसायटीने त्यांना १९०३ मध्ये फेलो म्हणून निवडले आणि रम्फर्ड (१९०५) व कॉप्ली (१९२२) या पदकांचा सन्मान दिला. ब्रिटिश ॲसोसिएशन फॉर द ॲडव्हान्समेंट ऑफ सायन्स या संस्थेचे (१९२३) व रॉयल सोसायटीचे (१९२५–३०) ते अध्यक्ष होते. अमेरिकेच्या नॅशनल ॲकॅडेमी ऑफ सायन्सेसचेही ते सदस्य होते. रेडिओॲक्टिव्हिटी या वर उल्लेखिलेल्या ग्रंथाखेरीज त्यांनी रेडिओॲक्टिव्ह ट्रान्सफॉर्मेशन्स (१९०६), रेडिएशन्स फ्रॉम रेडिओॲक्टिव्ह सबस्टन्सेस (जेम्स चॅडविक व सी. डी. एलीस यांच्या समवेत १९१९, १९३०), द इलेक्ट्रिकल स्ट्रक्चर ऑफ मॅटर (१९२६), द आर्टिफिशियल ट्रान्सम्युटेशन ऑफ एलेमेंट्स (१९३३) व द न्यूअर अल्केमी (१९३०) हे ग्रंथ व अनेक संशोधनात्मक निबंध लिहिले. मँचेस्टर विद्यापीठातील रदरफर्ड यांच्या प्रयोगशाळेत गायगर, बोर, हेन्री मोझली यांसारख्या पुढे प्रसिद्ध पावलेल्या शास्त्रज्ञांनी त्यांच्या मार्गदर्शनाखाली संशोधन केले. ते केंब्रिज येथे मृत्यू पावले.

संदर्भ :

• Birks, J. B., Ed., Rutherford at Manchester, London, 1962.
• Eve, A. S., Rutherford, Cambridge, 1939. 3. Mckown, R. Rutherford, London, 1964.

लेखक : भदे, व. ग.