将有限的精力投入到无尽的科学研究当中去——玛丽·居里

2021-04-16 15:42
科研成果与传播 2021年3期
关键词:皮埃尔射线玛丽

钋和镭的发现

玛丽出生于波兰的一个小地主家庭,在当时的波兰大多数家庭都属于这个阶层。其双亲都是教师,父亲在华沙一所中学承担数学与物理的授课任务,母亲则在华沙的一所女子中学担任校长。然而不幸的是,玛丽的母亲在她仅有9岁的时候因肺结核去世,丢下悲痛欲绝的丈夫和几个孩子。

在父亲的教导下,玛丽对数学和物理领悟很快,以至于后来在索邦大学上学时,玛丽一直坚持着这两个方向,在1893年,玛丽以第一等成绩获得物理学学位,次年,获得数学学位。

1894年,玛丽在一位波兰同胞的家中第一次见到皮埃尔·居里,两人当晚就科学与社会问题进行了愉快的讨论,双方心中都留下了不错的印象。过了一段时间后,皮埃尔开始频繁往玛丽住处拜访,谈论日常工作情况和一些科学问题,渐渐地,两人越走越近,皮埃尔被玛丽非凡的才智和干劲所吸引,向她求婚。1895年,玛丽和皮埃尔举办了简单的婚礼,现场只有几位亲朋好友。

婚后,夫妻俩继续投身于科学研究中,当时玛丽很关注亨利·贝克勒尔做的关于稀有金属铀所含铀盐的实验。贝克勒尔设计实验将铀盐放在用黑纸包裹的相片底片上,结果底片像受到光照而感光留下了许多雾状细斑点。这种效果是由于铀盐发出的一种特殊射线,它能穿透黑纸。

但玛丽发现铀盐发射的射线似乎违背了能量守恒,因为铀既没有表现出可见的化学转化,也没有明显的状态变化,至少在肉眼看来是这样,也就是说其能量来源无法被检测。最后,玛丽提出一个大胆的设想,即发射的射线可能是由原子产生的。(现在我们知道自然界不稳定核素的原子核可以自发衰变,同时释放出具有穿透力的射线)

于是,玛丽开始着手测量铀射线的强度,并使用钍进行重复实验,结果测量数据显示,铀和钍发射的射线强度大幅超出她了解的样品中元素含量的预期值,这令她十分困惑。因此,玛丽认为,这些矿物质中一定有某种非常活跃的未知物质。

1898 年7月,玛丽在沥青铀矿中分离出一种新物质,其放射性远强于铀,而且有明确的化学性质。她将其命名为钋,以纪念她的家乡波兰。5个月后,她发现了第二种新元素,也就是现在全世界所熟知的镭。

1903年,居里夫妇与贝克勒尔因对放射性现象和新的放射性元素的发现,共同获得诺贝尔物理学奖。

分离纯镭并制定标准

获得诺贝尔奖对居里夫妇是一次巨大的鼓舞,但厄运的到来很快将这份热情熄灭。1906年,皮埃尔行走在大街上,可能是正在思考问题,没有注意到疾驰而来的马车,被撞上后不治身亡。

玛丽因为丈夫的死而几近崩溃,但她时常想起丈夫皮埃尔说的一句话:即便他以后不在了,她也必须继续研究工作。另外,巴黎科学院也决定让玛丽接替她的丈夫在索邦大学担任副教授,这对玛丽是一种极大的肯定,也坚定了她继续追求科学事业的决心。

在之后的时间里,玛丽花费大量时间制备出了几分克非常纯净的氯化镭,并通过镭发出的一种名为“射气”的反射性气体来测定镭的质量,这种方法可以对极微量的镭(不到千分之一毫克)进行精确测量,而对于更大量的镭,则使用伽马射线进行测量,测量结果非常准确。然而这种测定面临一个问题,那就是标准。

除了实验室之外,在当时,镭也越来越多地被用于医疗领域。法国科学家发现镭射线对于那些繁殖快的细胞具有破坏作用,用于治疗由异常细胞快速繁殖导致的癌症效果明显。这种新的治疗方法也称为“镭疗法”,在法国则被称为“居里疗法”。

不过,只有准确地掌握镭的使用量,才能使用镭疗法,因此制定用镭量的标准至关重要。于是,玛丽成了不二人选,她也义无反顾地接下了这份工作。在这期间,玛丽第一次分离出纯净的镭,见到了她为之投入十几年时间的神秘白色金屬。玛丽也因分离出纯镭而获得诺贝尔化学奖。

1911年,玛丽成功制备出用来测定镭的原子量的纯镭盐,这就是基本标准。有了标准,镭产业发展得很快,但由于玛丽从未申请过提纯镭的专利,于是其他科学家和美国化学公司开始加工镭,并以十万美元一克的价格出售,用于癌症治疗和军事研究。结果,玛丽买不起她发现的元素。但她并不后悔,因为在投身科学研究的那一刻,她所追寻的便是真理的身影,而不是为了获得财富。在她所热爱的科学领域,她仿佛是个小孩儿,始终保有永不满足的好奇心,或许这正是科学的魅力所在。

参考资料

[1]玛丽·居里.居里夫人的自传[M].孙伊,译.天津:天津人民出版社,2018.

玛丽·居里

玛丽·居里(1867—1934),也就是我们熟知的居里夫人,原名为玛丽·斯克沃多夫斯卡,通常被称为玛丽或玛丽博士,波兰裔法国籍物理学家、化学家。她是放射性研究的先驱者,也是首位获得诺贝尔奖的女性,1903年获诺贝尔物理学奖,1911年获诺贝尔化学奖。

她对科学研究有着常人难以理解的热情,据后来与其在实验室共事的同事称:她在实验室待的时间甚至比陪伴女儿的时间还要多。

猜你喜欢
皮埃尔射线玛丽
想吃两块
多维空间及多维射线坐标系设想
难忘的八个字
和我一起玩
皮埃尔摘月亮(下)
皮埃尔摘月亮(上)
话说线段、射线、直线
想吃两块
女生玛丽莎Ⅰ
与线亲密接触