Nechápejte ' proč Rutherford byl šokován výsledky experimentu se zlatou fólií

Způsob, jakým Rutherfordovo klasické zlato fóliový experiment, který byl představen (včetně samotného Rutherforda), mi nedává smysl.

Jak mnozí z vás vědí, Rutherford se skvěle popsal jako zcela šokován výsledky, které mu přinesl Geiger v roce 1909: „Byla to docela ta nejneuvěřitelnější událost, která se mi v životě stala. Bylo to téměř tak neuvěřitelné, jako kdybyste vystřelili 15palcovou skořápku na kousek hedvábného papíru a ten se vrátil a zasáhl vás. “ [Rutherford, Ernest; Ratcliffe, John A. (1938). Čtyřicet let fyziky. In Needham, Joseph; Pagel, Walter. Pozadí moderní vědy. Cambridge University Press.]

Nedává mi smysl, že by měl být tak překvapen. Rutherford před rokem 1908 napsal následující: „S jistotou můžeme z těchto experimentů usoudit, že částice α po ztrátě náboje je atom helia. Jiné důkazy naznačují, že náboj je dvojnásobkem jednotkového náboje neseného sadou atomů vodíku volný při elektrolýze vody. “ [Ernest Rutherford & Thomas Royds, Philosophical Magazine 17, 281-286 (1909).] [Datum vydání bylo 1909, ale datum autorství bylo 1908.]

V době experimentu se zlatou fólií tedy Rutherford věřil (správně), že jeho „15palcová skořepina [y]“ (částice α) byly atomy helia, které ztratily negativní náboj. Takže v podstatě byl Rutherford s použitím částic, o kterých věděl, že jsou vysoce koncentrovanou hmotou atomového měřítka odvozenou z atomů (částice α), šokován zjištěním, že atomy obsahovaly vysoce koncentrovanou hmotu atomového měřítka (?!).

Neříkám, že měl před experimentem vědět konkrétně o jaderném modelu atomu. Říkám, že neměl mít byl naprosto šokován zjištěním, že atomy obsahují něco , které může silně odklonit částice α, protože věděl, že samotné částice α byly jednoduše atomy, jejichž negativní náboj byl odstraněn. [Navíc věděl, že bere částice odvozené od velmi lehkých atomů a střílí je na velmi těžké atomy.]

Chcete-li použít Rutherfordovu vlastní metaforu, je to, jako by říkal: „ Šel jsem do zbrojnice a získal nějaké dělostřelecké granáty. Pak jsem je vystřelil na jinou zbrojnici a byl jsem šokován, že jsem ve výsledku zjistil, že zbrojnice obsahují dělostřelecké granáty. “

Tedy, kdyby to Rutherford už věděl o iontech hélia, proč by nečekal další atomy by také měly koncentrované kladné náboje? Myslel si, že neutrální atomy jsou přesně popsány modelem švestkového pudingu, ale jakmile odstraníte elektrony, pozitivní náboj se zhroutí do malého prostoru? Pokud vůbec, vzhledem k tomu, že nevěděl o jaderné vazbě, zdálo by se, že by měl očekávat opak – že odstranění záporných nábojů způsobí, že se kladné náboje rozšíří a ještě více rozptýlí.

Může někdo obeznámený s historií těchto experimentů to vyřeší?

Komentáře

• Věděl, že alfa záření je helium, ' Nevíme, že částice byly jednotlivé atomy helia. Pružný zpětný rozptyl má však smysl pouze tehdy, pokud je náboj v cíli i v projektilu koncentrován ve velmi malých prostorech.
• Při zpětném pohledu se většina objevů jeví jako zjevná . Ale ten okamžik, kdy si uvědomíte, že se váš názor a mentální model musí změnit, je docela patrný.
• @Karl Píšete: " Znal [Rutherford] záření alfa je helium, nevěděl ' že částice byly jednotlivé atomy helia. " Rutherford však napsal následující v roce 1908, několik let před experimentem se zlatou fólií (publikováno 1909): " Z těchto experimentů můžeme s jistotou vyvodit, že částice α po ztrátě náboje je atom helia . Další důkazy naznačují, že náboj je dvojnásobkem jednotkového náboje neseného atomem vodíku uvolněným při elektrolýze vody. " [Ernest Rutherford & Thomas Royds, Philosophical Magazine 17, 281-286 (1909).]
• Vědět, že částice alfa jsou atomy helia, příliš neznamená. Jednotlivé atomy jako jednotlivé částice byly známy již nějakou dobu. Otázkou bylo, co přesně to byly částice? Vědět, že alfa je atom helia, neznamená, že jádro je opravdu malé a silně drží dva protony a dva neutrony (které nebyly objeveny až do roku 1932) pohromadě. S vědomím, že alfa odskočí neporušené ze zlata, vám říká něco nového – že pro každý atom (helium a zlato) existuje jediná, silně držená koule hmotnosti.
• Nemyslím si ', že je správné říci, že Rutherford věřil, že alfa je to, o čem si nyní myslíme, že je to atom s jediným, účinným bodem – jako jádro. Pokud by alfa měla rozmazané hromadné rozložení a jiné atomy (jako zlato) měly rozmazané hromadné rozložení, pak by člověk nečekal, že se odrazí od druhého způsobem, který byl pozorován.