Nie ' nie rozumiem, dlaczego Rutherford był zszokowany wynikami eksperymentu ze złotą folią

Sposób, w jaki klasyczne złoto Rutherforda przedstawiony eksperyment foliowy (w tym przez samego Rutherforda) nie ma dla mnie sensu.

Jak wielu z was wie, Rutherford opisał siebie jako całkowicie zszokowanego wynikami, jakie przyniósł mu Geiger w 1909 roku: „To było najbardziej niesamowite wydarzenie, jakie kiedykolwiek mi się przydarzyło. To było prawie tak niewiarygodne, jakbyś wystrzelił 15-calową muszlę w kawałek bibuły, a on wrócił i uderzył cię ”. [Rutherford, Ernest; Ratcliffe, John A. (1938). Czterdzieści lat fizyki. W Needham, Joseph; Pagel, Walter. Tło współczesnej nauki. Cambridge University Press.]

Nie ma sensu, żeby był tak zaskoczony. Rutherford napisał rok wcześniej, w 1908 roku: „Z tych eksperymentów możemy z całą pewnością wywnioskować, że cząstka α po utracie ładunku jest atomem helu. Inne dowody wskazują, że ładunek jest dwukrotnie większy niż ładunek jednostkowy przenoszony przez zestaw atomów wodoru wolny w elektrolizie wody. ” [Ernest Rutherford & Thomas Royds, Philosophical Magazine 17, 281-286 (1909).] [Data publikacji to 1909, ale autorstwo 1908.]

Tak więc w czasie eksperymentu ze złotą folią Rutherford uważał (słusznie), że jego „15-calowe powłoki” (cząstki α) to atomy helu, które utraciły ładunek ujemny. Zasadniczo więc Rutherford, używając cząstek, o których wiedział, że są to wysoce skoncentrowana materia w skali atomowej pochodząca z atomów (cząstki α), był zszokowany, gdy odkrył, że atomy zawierają wysoce skoncentrowaną materię w skali atomowej (?!).

Nie twierdzę, że powinien był wiedzieć dokładnie o jądrowym modelu atomu przed eksperymentem. Mówię, że nie powinien był całkowicie zszokowany, gdy odkrył, że atomy zawierają coś , co może silnie odbijać cząstki α, biorąc pod uwagę, że wiedział, że same cząstki α były po prostu atomami, których ładunek ujemny został usunięty. [Poza tym wiedział, że brał cząstki pochodzące z bardzo lekkich atomów i strzelał nimi do bardzo ciężkich atomów.]

Aby użyć metafory Rutherforda, to tak, jakby mówił: Poszedłem do zbrojowni i zdobyłem kilka pocisków artyleryjskich. Następnie wystrzeliłem nimi w inną zbrojownię i byłem zszokowany, gdy odkryłem, że w rezultacie zbrojownia zawiera pociski artyleryjskie. „

To znaczy, jeśli Rutherford już wiedział to o jonach helu, dlaczego nie spodziewałby się innych atomy również miałyby skoncentrowane dodatnie ładunki? Czy uważał, że atomy neutralne zostały dokładnie opisane przez model puddingu śliwkowego, ale po usunięciu elektronów ładunek dodatni zapadnie się w niewielką przestrzeń? Jeśli już, biorąc pod uwagę, że nie wiedział o wiązaniu jądrowym, wydawałoby się, że powinien spodziewać się czegoś przeciwnego – że usunięcie ładunków ujemnych spowoduje rozszerzenie ładunków dodatnich i ich jeszcze bardziej rozproszenie.

Może ktoś zaznajomiony z historią tych eksperymentów rozwiązał ten problem?

Komentarze

• Wiedział, że promieniowanie alfa to hel, ale nie ' nie wiem, czy cząstki były pojedynczymi atomami helu. Jednak elastyczne rozpraszanie wsteczne ma sens tylko wtedy, gdy ładunek w celu i pocisku jest skoncentrowany w bardzo małych przestrzeniach.
• Z perspektywy czasu większość odkryć wydaje się oczywista . Ale moment, w którym zdajesz sobie sprawę, że twój punkt widzenia i model mentalny muszą się zmienić, jest dość zauważalny.
• @Karl Piszesz: " On [Rutherford] znał promieniowanie alfa to hel, nie ' nie wiedział, że cząstki są pojedynczymi atomami helu. " Jednak Rutherford napisał następującą rzecz w 1908 r., kilka lat przed eksperymentem ze złotą folią (opublikowanym w 1909 r.): " Na podstawie tych eksperymentów możemy z całą pewnością stwierdzić, że cząstka α po utracie ładunku jest atomem helu . Inne dowody wskazują, że ładunek jest dwa razy większy niż ładunek jednostkowy przenoszony przez atom wodoru uwolniony podczas elektrolizy wody. " [Ernest Rutherford & Thomas Royds, Philosophical Magazine 17, 281-286 (1909).]
• Wiedza, że cząstki alfa to atomy helu, nie znaczy wiele. Poszczególne atomy jako pojedyncze cząstki były znane od dłuższego czasu. Pytanie brzmiało, czym właściwie były te cząstki? Wiedza, że alfa jest atomem helu, nie oznacza, że jądro jest naprawdę małe i silnie zawiera dwa protony i dwa neutrony (które nie zostały ' odkryte do 1932 r.) Razem. Świadomość, że alfa odbija się nienaruszona ze złota, mówi ci coś nowego – że dla każdego atomu (helu i złota) istnieje pojedyncza, silnie trzymana kula masy.
• Nie ' nie sądzę, aby słuszne było stwierdzenie, że Rutherford uważał, że alfa jest tym, o czym teraz myślimy jako atom z pojedynczym, w rzeczywistości wskazującym- jak jądro. Gdyby alfa miała rozmyty rozkład masy, a inne atomy (takie jak złoto) miałby rozmyty rozkład masy, to nie można by oczekiwać, że jeden odbija się od drugiego w sposób, który zaobserwowano.