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居里夫人传:第五章 镭的发现

时间 : 2020-02-12 10:44:47作者 : www.mdrwxy.com

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这个年轻的妻子料理家务,给她的小女儿洗澡,并且把平底锅放到火上而在理化学校的那个简陋的实验室里,这个女学者又做出了近代科学史上最重要的发现。

两个学士学位,考取大学毕业生在中等教育界任职的文凭,一篇回火钢的磁化作用专论,这些是玛丽到1897年年底的活动总结。分娩后刚刚复元,她就回去工作。

按照合乎逻辑的发展次序,她的事业的下一步,当然是考博士学位:为了这一件事,她踌躇了好几个星期。她必须选一个充分发挥的新颖的研究题目。玛丽细读物理学方面最新的著作,想找出了一个论文题目。

在讨论这个重大问题的时候,比埃尔的劝告很重要。他是玛丽的实验室主任,是她的“保护者”, 而且他的年纪比较大,经验也丰富得多。在他身边,玛丽总认为自己有点像个学徒。

她像一个计划走远路的旅行者;这个旅行者低头看着世界地图,发现遥远国度里有个奇怪的地名激发了她的想象力,便忽然决定到那里去,而不到任何别的地 方去。玛丽翻阅最近的实验研究报告,注意到一个法国物理学家亨利·柏克勒尔前一年发表的一些著作。比埃尔和她已经看过这些著作,现在她再读一遍,用她习惯 的谨慎态度加以研究。

自从伦琴发现X 射线之后,亨利·普安加瑞就有意研究,与X 射线类似的别种射线是否是“荧光性”

物质在光的照射下放射出来的。亨利·柏克勒尔也注意同样的问题,他观察到了一种“稀有金属”——铀盐;但是没有得到他预测的现象,却观察到另外一种 完全不同并且不可解释的现象:铀盐自发地放射出一种性质不明的射线,不必先受光的照射。把铀的一种化合物放在黑纸包的照相底片上,它可以透过黑纸使底片感 光;这种奇怪的“铀”射线和X 射线一样,能把周围空气变为导电体,使验电器放电。

亨利·柏克勒尔肯定这种特性并不取决于预先的日光照射;把铀的化合物放在黑暗中很久,这种特性依然存在。他发现了后来玛丽·居里叫做放射性的现象,但是这种放射性的来源还是一个谜。

柏克勒尔发现的射线引起了居里夫妇极大的兴趣。

铀化合物不断地以辐射形式发出来的极小能量,是从哪里来的?这种辐射的性质是什么?这是极好的研究题目,极好的一篇博士论文!因为这个题目还是个未 经开发的领域,对玛丽更有吸引力。柏克勒尔的著作是新的,据她所知,欧洲所有的实验室中还没有人深入研究铀射线;全部关于这个题目的书籍,只有亨利·柏克 勒尔在1896年提交科学院的几篇学术报告,玛丽只能以此为研究出发点。这样大胆地去从事一种冒险,进入一个未知的领域,是令人兴奋的!

剩下的问题只是要找个地方,使玛丽能进行试验,而困难就从这里开始。比埃尔向理化学校的校长请求了好几次,得到了一个很一般的结果:玛丽可以自由使用一间在学校大楼底层装有玻璃的工作室。这是一间贮藏室和机器房,狭小局促,潮湿得冒水,技术设备很简陋,舒服更谈不上。

这个青年妇女并不气馁。虽然没有专用的电气设备,也没有开始科学研究所需的一切材料,她仍找到了办法能在这间陋室里运用她的仪器。

这很不容易。精密仪器有许多陰险的仇敌——潮湿和温度的变化。这间小工作室的气候对于灵敏的静电计是致命的,对于玛丽的健康也颇有妨害不过这无关紧 要。这个女物理学家觉得太冷的时候,就在她的工作笔记本上记下摄氏温度计指明的度数,作为报复。在公式和数字之间,1898年2月6日的记载是“温度六度 二十五分。”

六度,这真是太低了!玛丽加上了十个小惊叹号,表示她的不满。

这个博士应考人第一关心的测量铀线的“电离能力”, 即铀射线使空气变为导电体并使静电计放电的能力。她所使用的那种极好的方法,原是她熟悉的两个物理学家——比埃尔和雅克·居里以前为研究别种现象而发明 的。玛丽用的设备由一个“电离室”、 一个居里静电计和一个压电石英静电计组成。

几星期后有了初步结果:玛丽断定这种惊人的辐射的强度与检查过的化合物铀的含量成正比;这种辐射, 可以精确测量, 不受化合情形或外界环境——“照度”或温度的影响。

这些发现外行人并不觉得有什么了不起,但是对于学者们却有极大的吸引力。物理学上常有一种不可解的现象,经过几次研究之后,却可以归入以前已知的定律,这么一来研究者也就立刻失掉对它的兴趣!

玛丽的研究绝不是这样。她越深入研究铀射线,越觉得它不寻常,具有一种未知的性质,同任何东西都不相象,也不受任何东西影响。虽然它的能量很弱,却有一种特殊的“个性”。

她对这种奥秘反复思考,追求真相,同时加快步伐,不久就确定这种不可解的辐射是一种原子的特性。

她又自问:虽然只观察到了铀有这种现象,但是没有什么理由可以证明铀是可发出射线的化学元素。为什么别的物质却没有同样的能量呢?射线先在铀里发现也许是偶然的,物理学家心里就把它与铀连在一起了,现在应该在别的地方去找它。

想到了立刻就做!玛丽扔下了对于铀的研究,决定检查所有已知的化学物质;不久就有了结果。另外一种物质——钍的化合物,也自发放出射线,与铀射线相 似,强度也相似。这个青年妇女有了很清楚的观念,这种现象决不只是铀的特性,必须给它一个不同的名称。居里夫人提议把它叫做放射性。铀和钍这些有特殊“辐 射强度”的物质,就叫做放射元素。

放射性简直迷住了这个女物理学家,她毫不疲倦地用同样的方法研究各种极不相同的物质。在玛丽的性格里,好奇心,女人的非凡的好奇心,学者的第一种美 德,发展到了最高度。她不限于观察盐类和氧化物这些简单化合物,她忽然想要把在理化学校采集的矿物加工成各种标本,当作消遣,用静电计把它们用于海关检 查。比埃尔赞成她的意见,并且帮助她挑选硬的、最容易碎的、奇形怪状的矿脉碎片。

玛丽的见解很简单,像天才的偶然发现一样简单。

居里夫人站在那里的十字路口,有几百个研究者曾经停留过许多月,或许多年。他们检查所有已知的化学物质之后,像玛丽一样发现了钍射线,仍继续无结果 地自问这种神秘的放射性是由哪里来的。玛丽也是这样自问,也觉得惊异,但是她的惊异转化成了有结果的行动,她已经用尽所有明显的可能性,现在要转向深奥 的、未知的东西。

她先就知道,或者更确切地说她以为自己知道检查矿物的结果是什么:不含铀或钍的标本,一定显得完全“不放射”; 含铀或钍的矿物,一定有放射性。

事实证明了这种预料。玛丽抛开那些不放射的矿物,专心研究其余的矿物,并且测量它们的放射性。

测量中有了一个戏剧性的发现:这种放射性的强度,比通常根据其中铀或钍的含量预计的强度大很多!

这个年轻的妇女想 :“这一定是试验的错误”

学者们对于出乎意料的现象的第一个反应,总是怀疑。

玛丽毫不动摇地重新开始测量,用同样的产物,重复测量了十次,二十次。她不得不承认这个事实:在这些矿物中的铀和钍的含量,决不能解释她观察到的这 种异乎寻常的辐射强度。这种反常的而且过度的放射性是哪里来的?这只能有一种解释:这些矿物一定含有少量的一种比铀和钍的放射性强得多的物质。

但是,这是什么物质?玛丽在以前所作的试验中,已经检查过所有已知的元素了。

这个女学者以极伟大的心智所特有的把握和极大的勇气,回答了这个问题。她提出了一个很大胆的假定:这些矿物一定含有一种放射性物质,它是今日还不知道的一种化学元素——一种新物质!

玛丽的直觉告诉她自己,这种未知的物质一定存在,她也已经宣布了它的存在;但是她还须打开它的秘密。现在她必须以实验证实假定,必须把这种物质分离出来,必须做到能够公布 :“它在这里,我已经看见它了。”

比埃尔·居里热切地关注他的妻子的实验的迅速进展,他虽然没有直接加入工作,可是时常以他的意见和劝告帮助玛丽。鉴于所得到的结果的惊人重要性,他决定暂时停止自己在结晶体方面的研究,把他的力量用来与玛丽一同找寻这种新物质。

现在奋斗的力量加了一倍,在娄蒙路的潮湿的小工作室里,有两个头脑、四只手在找寻那种未知的物质。从此以后,居里夫妇的工作中就不可能辨别哪一部分 是哪一个人的成绩了,玛丽在选铀射线为论文题目时,发现了别种也有放射性的物质。她在检查一些矿物之后,已经能够宣布有一种新的化学元素存在,它的放射性 很强。这个结果的重要性,已经驱使比埃尔·居里中止他自己的完全不同的研究,而和他的妻子一起来离析这种元素。他们从1898年5月或6月开始合作,持续 八年,直到突然发生了一件致命的意外事件,才残酷地破坏了这种合作。

居里夫妇在含铀的一种矿石——沥青铀矿里找寻这种“放射性很强的物质”, 发现未经炼制的沥青铀矿的放射性,比其中所含纯二氧化铀的放射性强了四倍;但是这种矿石的成分已经精确地知道了那么这种新元素的含量一定很少,所以一直到当时学者们还没有注意到,严密的化学分析也没有发现它!

真正的物理学家在两种可能性中,总是采取不甚吸引人的一种 ;比埃尔和玛丽就是这样, 据他们的“悲观的”计算,这种新物质在矿石中的含量,至多不过百分之一。他们想这是太少了如果他们知道这种未知的放射性元素,在沥青铀矿里的含量只不过百万分之一,他们是何等沮丧啊!

他们耐心地开始探索,用的是他们根据放射性发明的一种方法:他们先依照化学分析的普通程序,把组成沥青铀矿的各种物质分开,然后逐一测量所分开的物 质的放射性。连续淘汰几次之后,他们渐渐能够看出来那种“反常的”放射性,是隐藏在这种矿石的某几部分中。他们的工作愈向前进展,探索的范围就愈缩小。这 正是警察使用的方法,他们总是把一个地区中所有各点逐一搜查,以期找到罪犯的踪迹并加以逮捕。

但是,这里面不只是一个罪犯,放射性主要集中于沥青铀矿的两个化学部分里面。居里先生和夫人认为这是有两种不同的新物质存在的迹象。到1898年7月,他们已经可以宣布发现了这两种物质之一。

比埃尔对他的年轻的夫人说 :“你应该给‘它’定一个名字!”

这个原叫斯可罗多夫斯基小姐的物理学家,默默地想了一会儿;她的心转向那已经从世界地图上消失了的祖国,她隐隐约约地想到,这件科学大事将会在俄罗 斯、德意志、奥地利等压迫者的国家发表,于是她想把这种元素定名为“钋”, 因为“钋”元素的名词Polonium的词根与波兰国名的词根相同。

在1898年7月科学院的《论文汇编》里,人们读到下面这一段:“我们相信我们从沥青铀矿中提取的物质,含有一种尚未受人注意的金属,它的分解特性与铋相近。如果这种新金属的存在确定了,我们提议把它定名为钋,这个字来源于我们之一的祖国的国名。”

这个名称的选定可以证明,玛丽虽然已经成了一个法国人和物理学家,并没有背弃她青年时期的热情。

还有一件事可以证明这点:她提交科学院的文章《论沥青矿中所含的放射性新物质》还没有在《论文汇编》上发表之前,玛丽已经把原稿寄回祖国一份,交给 她从前作初步试验的工农业博物馆的实验室主任约瑟夫·柏古斯基。差不多在巴黎发表的同时,这篇文章在华沙的一个叫做《斯维阿特罗》的画报月刊上发表了。

玛丽和比埃尔·居里,还有一个合作者 G·贝蒙一同给科学院写报告,在1898年12月26日会议的《论文汇编》上发表。这篇报告宣布沥青铀矿里有第二种放射性化学元素存在。

下面是这篇报告里面的几行:“上述各种理由使我们相信,这种放射性的新物质里含有一种新元素,我们提议给它定名为镭。

这种放射性新物质的确含有很大一部分钡,虽然如此,它的放射性仍是很可观,足见镭的放射性一定是大极了。“

钋和镭的特性推翻了几世纪来学者们相信的基本理论。这些放射性物体的自发放射如何解释?这种发现动摇了全部已得概念,并且与已经根深蒂固的物质观念 相反。因此,物理学家要保持谨慎态度,他们对于比埃尔和玛丽·居里的工作极感兴趣,但是还要等得到决定性的结果之后,再表示意见。

化学家的态度甚至更不含糊。依照定义,化学家对于一种新物质只有在看见了它,接触了它,称过它,检查过它,用酸加以对比,把它放在瓶子里,并且确定了它的“原子量”时,才相信它的存在。

直到现在,没有人看见镭,没有人知道它的原子量;因此,忠于原则的化学家的结论是 :“没有原子量,就没有镭;把镭指给我们看,我们就相信你们。”

为了要把钋和镭指给不相信的人看,为了要向世界证实他们的“孩子”的存在,也为了要使自己完全有把握,居里先生和夫人还须工作四年。

他们的目标是要取得纯镭和纯钋。在这两个学者已经提炼成的放射性最强的产物中,这两种物质仍只有不易觉察的痕迹。

玛丽·斯可罗多夫斯基的学生生活中最愉快的时期,是在顶楼里度过的;玛丽·居里现在又要在一个残破的小屋里,尝到新的极大的快乐了。这是一种奇异的新的开始,这种艰苦而且微妙的快乐无疑地在玛丽以前没有一个妇女体验过,两次都挑选了最简陋的布景。

娄蒙路的棚屋工作室,可以说是不舒服的典型。

在夏天,因为棚顶是玻璃的,棚屋里面燥热得像温室。

在冬天,简直不知道是应该希望下霜还是应该希望下雨,若是下雨,雨水就以一种令人厌烦的轻柔的声音,一滴一滴地落在地上,落在工作台上,落在这两个 物理学家的标上记号永不放仪器的地方;若是下霜,就连人都冻僵了。没有方法补救。那个炉子即使把它烧到炽热程度,也令人完全失望,走到差不多可以碰着它的 地方,才能感受一点暖气,可是离开一步,立刻就回到寒带去了。

不过,玛丽和比埃尔要习惯室外的严寒,这也是很需要的。他们的微不足道的设备,没有把有害气体放出去的叫做“通风罩”的装置,而且大部分炼制工作必 须在院子的露天里进行。每逢骤雨猝至,这两个物理学家就狼狈地忙把设备搬进棚屋,大开着门窗让空气流通,以便继续工作,而不至于被烟窒息。

从1898年到1902年,居里先生和夫人就是在这种条件下工作。第一年里,他们共同从事镭和钋的化学离析工作,并且研究他们所得到的活性产物的放射性。不久,他们认为分工的效率比较高,比埃尔·居里便试着确定镭的特性,以求熟悉这种新金属。

玛丽继续炼制,提取纯镭盐。

在这种分工中,玛丽选了“男子的职务”, 做的是壮汉的工作。她的丈夫在棚屋里专心作细致的实验。

玛丽在院子里穿着满是尘污和酸迹的旧工作服,头发被风吹得飘起来,周围的烟刺激着眼睛和咽喉,她独自一个人操纵一个工厂。

但是镭要保持它的神秘性,丝毫不希望人类认识它。玛丽从前很天真地预料沥青的残渣里有含有百分之一的镭,那个时期哪里去了?这种新物质的放射性极 强,极少量的镭散布在矿石中,就是一些触目的现象的来源,很容易观察或测量。最困难的,不可能的,乃是离析这极小的含量,使这与它密切混合着的杂质分离开 来。

工作日变成了工作月,工作月变成了工作年。比埃尔和玛丽没有失掉勇气。这种抵抗他们的材料迷住了他们。他们之间的柔情和他们智力上的热情,把他们结合在一起;他们在这个木板屋里过着“反自然”

的生活,他们彼此一样,都是为了过这种生活而降生的。

这种放射性的新科学的发展有了一个惊人的开端,居里夫妇现在需要合作者。直到这时候,只有一个叫作伯第的实验室工人偶尔来帮一点忙。这个勇敢的人, 在他工作钟点以外的时间,由于他个人的热心,差不多秘密地来与他们一起工作。但是他们现在需要杰出的技术人员。他们的发现在化学领域内有重要的进展,这是 必须专心加以研究的,他们愿意与有能力的研究者合作。

玛丽仍继续一公斤一公斤地炼制沥青铀矿的残渣,圣约阿希姆斯塔尔矿前后几次给她运来了好几吨这样的残渣。幸亏她有过人的耐性,四年来她每天同时是学者,是专业工人,是技师,也是苦力。而仗着她的脑力和体力,棚屋里的旧桌子上放着越来越浓缩的产物,所含的镭越来越丰富。

居里夫人即将达到目的;她已经不必站在浓烟弥漫的院子里注视那装满熔化材料的大锅。把那些放射性很强的溶液提纯,并把它们“分离结晶”的阶段到了, 现在应该有很洁净的地方,应该有防寒、防热、防污极佳的仪器!这个简陋的棚屋,到处通风,铁屑和煤灰飞扬,混到小心提净的产物中去,使玛丽很失望。这种事 情每天必有,费去她许多时间和精力,使她很伤心。

这种无休无止的奋斗,使比埃尔极为疲倦,他几乎要放弃它。他不是想放弃研究镭和放射性,但是他很愿意暂时放弃这项特定的工序:提炼纯镭。种种困难似 乎无法克服。他们不能等将来在较好的条件下再继续这项工作么?他注重各种自然现象的意义,甚于注意它们的具体现实状况;他看见玛丽用尽力量所得的有限结 果,觉得烦恼,劝她暂时休战。

他没有把他的夫人的性格估计在内。玛丽想离析镭,就一定要把它离析出来。她轻视疲倦,轻视困难,甚至于视轻她自己在知识上的欠缺;这种欠缺使她的工 作更为复杂。无论如何,她还只是一个很年轻的学者,没有比埃尔由二十年工作中得来的广泛知识;有时候遇着她不大知道的现象或方法,还必须赶紧搜集资料。

毫无关系!在她那饱满的前额下面,闪射着顽强的目光;她在她的仪器旁,在她的烤钵旁坚持着。

1902年,在居里夫妇宣布镭可能存在之后45个月,玛丽终于打胜了这场消耗战:她提炼出一分克纯镭,并且初步测定了这一新物质的原子量为二二五。

那些不肯相信的化学家不得不在这些事实面前低头;不得不在一个妇女的过人的顽强性格面前低头。

镭正式存在了。

几个月以来使比埃尔和玛丽入迷的镭的真相,实际上比他们以前天真地希望着的样子还要可爱。镭不只有“美丽的颜色”, 它还自动发光!在这个黑暗的棚屋里没有柜子,这些零星的宝贝装在极小的玻璃容器里,放在钉在墙上的板子或桌子上;它们那些略带蓝色的荧光的轮廓闪耀在夜里 的黑暗中。

她小心翼翼找到一张有草垫的椅子,坐下了。在黑暗中,在寂静中,两个人的脸都转向那些微光,转向那射线的神秘来源,转向镭,转向他们的镭!玛丽的身体前倾,热烈地望着,像观看她那睡着了的小孩那样投入。

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