居里内人传: 第陆章 镭的意识

  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。

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  上回说到贝克勒尔发现了天然放射性元素铀,还未及深究其中的奥秘即被这种放射物夺去了生命。但是他提出的问题却引起一个波兰青年女子的注意,这就是后来名垂青史的居里夫人(1867-1934年)。

  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。

居里夫人

  1897年居里夫人已完成了大学学业,取得了数学、物理两个硕士学位,正在选择写博士论文的题目。一天她正在实验室里翻阅近来的研究报告,忽然发现贝克勒尔关于铀的放射性的报告。她再一查所有的文件,并没有这方面的第二个报告。好一个最新的、独一无二的题目,这是一块还没有人涉足的新大陆。居里夫人那双深蓝色的眼睛盯着这份报告的标题足有十几分钟,然后微微抬起明亮的很宽的额头,将报告合上,轻轻地但很坚定地说了一句:“就是它了!”

  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。

1895年在科学史上是很重要的一年,在这一年的12月,德国物理学家伦琴发现x射线。第二年3月,法国物科学家贝克勒尔,又由于研究x射线,而发现了铀的放射性。正是这一年,玛丽以第一名的成绩通过了教师资格考试。1897年怀孕的玛丽·居里完成了论文《淬火钢的磁特性》。这个研究,告一段落之后,30岁的玛丽,面临着需要找一个合适的博士论文的研究课题。对于一个科学工作者来说,能否选择正确的研究课题是至关重要的。有人说方向选择对了,就成功了一半,这话很有道理。

  居里夫人这个刚从大学毕业不久的青年女子,何以敢选这个划时代的研究课题呢?原来她身上有两样作为一个学者必备的质量,一是专心,二是顽强。

  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。

19世纪末的那几年,在物理学家面前展现了一个光怪陆离、变幻莫测的神奇世界,同时也令全人类为之眼花缭乱。英国物理学家汤姆逊发现的电子,使原来认为原子是不可分的最基本的物质单位的传统科学信条发生了动摇。法国物理学家贝克勒尔发现的铀元素的质量在天然辐射中减少的现象,也动摇了物质质量不能自行改变的信条。经典物理学认为原子如果存在的话,就一定是最小而又不能再分割的粒子,而铀原子却能不断的放射出一种射线来,那么原子不是仍然可以分割的吗?更使人迷惑不解的是,铀盐可以不断的放出射线来,而射线又是带有能量的,那么这个能量是从哪儿来的呢?如果是这样,那么能量守恒定理岂不是也要发生动摇了吗?

  居里夫人原名玛丽•斯可罗多夫斯卡,出生于波兰一个书香门第之家,从小受到极好的家庭教育,掌握了波兰文、俄文、德文、法文,喜爱文学、数学、物理,兴趣极广,个性极强,要干甚么事必定干成,正在干甚么事情决不分心。她有一个哥哥,两个姐姐,家里经常是一片歌声、读书声、说笑声。

  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。

30岁的玛丽·居里正在选择她的博士论文,为了寻找有吸引力的课题,她把近几年的科学期刊,差不多翻了个遍。在翻阅大量的文献过程,她对贝克勒关于由射线的论文产生了兴趣,由于射线神秘兮兮,谁也弄不清楚它的能量是从哪儿来。受对未知事物探究内心冲动的驱使,玛丽·居里觉得这个问题很有研究价值。她选择这个课题,还有一个原因,贝壳勒尔的发现,尽管引起了很大的轰动,但接下来的研究工作并没有取得普遍的重视,因此选择这个课题研究成功的可能性比较大。

  可是玛丽只要是想读书了,便一人坐在桌旁,双肘支着桌面,两手捂住耳朵,一会儿便进入书内。接着她的双手自然地离开耳朵,这时无论甚么样的吵闹就再也不能使她这个姿势和神志改变一下了。有一次几个孩子好奇,便在她身旁左右叠起两层椅子,上面再横搭一把椅子,把她盖进了一个小木楼里。玛丽全然不知,直到她看完这本书,一起身,椅子轰然落地。这时躲在一边的大哥哥姐姐们等着她骂、叫或者高兴地笑,可是她却像一个大人一样地拾起书,看了他们一眼,说了声:“真无聊!”

  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”

1897年底,玛丽.居里在比埃尔·居里的帮助下,在理化学校找到了一间小房间,建立了她第一个独立的实验室,开始玛丽只是重复贝克勒尔做过的实验,在重复实验当中,她做了一个很关键的改动。为了更精确的观测铀射线的强度,她没有采用贝克勒尔使用的底片感光的方法,而是采用比埃尔·居里和他的哥哥雅克·居里共同发明的压电石英静电计,来精确测定铀射线的强度。贝克勒尔是根据底片感光程度,或者验电器金属箔下垂的快慢,来猜测铀射线的强度,这些方法根本无法做到定量的控制和测量。

  她好像天生就是一个要超出一般的女子,要成大事业的人。她本生得极美丽可爱,但是为了表示对冶艳的轻蔑,却故意将自己那头金色的鬈发剪得很短。她上学的路上有一座可耻的人物塑像,那是沙皇的走狗们为自己树立的纪念物。她每过此地必狠狠地唾上一口,如果哪一天和女伴们说着话忘记了,就是已走到校门口,也要再返回来补上。在她那还未退尽稚气的脸庞上已隐隐露出一种莫名的倔强,她那美丽的倩影常使人生一种刚毅、勇敢的联想。她从小就明白地要求自己,决不只做一个普通的人,不只做一个普通的漂亮女子。她知道天降我以大才,就要以大的牺牲,大的勇敢,去争取大的成就。她对自己的哥哥说:“毫无疑问,我们家里的人有天赋,必须使这种天赋由我们中的一个表现出来,不应该让它们消失。”

  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。

贝克勒尔已经发现铀天然放射性的三种效应,能够使照相底片感光,可以使气体分离,对不同物质有不同的穿透力。他采用的测定方法无法做到定量的分析,使他忽略了后两种效应。玛丽·居里的高明之处,在于它的方法,利用了放射性的电离效应,可以通过补偿法精确测出铀射线的强度。

  1891年9月,24岁的玛丽在波兰城里和乡村担任了七年家庭教师,给自己积攒了一点学费后,来到巴黎的索尔本大学读书。在当时的大学里,女学生本来就少,这个高额头、蓝眼睛、身材修长的异国女子立即引起大学生们的注意。他们在教室走廊里停下来想多看她两眼,在上课的时候目光搜索着她,他们想法子靠近她,找藉口和她说话。玛丽自己或许还没有感到自己的魅力已在周围造成一个甚么样的漩涡。但她的女友迪金斯卡常常要自动出来赶走那些尾随在她身后的倾慕者,有一次甚至举起了伞柄才把这些人赶跑。所以那些热心的男子尽管在走廊里常常遇到她,议论她白净的皮肤,议论她轻软的头发,但是几乎没人敢对视一下她那双深蓝色的眼睛。她的眼神永远是美丽中闪烁着沉静,如山林深处的一泓秋水,倒映着蓝天白云,却绝没有尘世间的一点喧闹,一丝尘埃。她的脸庞是那样秀丽,身影是那样动人,但是这秀丽和动人之外又像披了一层冰霜的薄盔甲,凛然使那些倾慕者不敢靠近。他们只能在教室里远远地寻找她;但是看到的又总是一个背影——她每天到得最早,永远是坐在第一排,专心地记着笔记。

  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。

1882年当玛丽还只有15岁,她在一所公立高中念书的时候,23岁的比埃尔·居里已经被任命为巴黎市理化学校物理实验室的主任。比埃尔的哥哥雅克·居里也非常喜爱物理,他在1880年发现了晶体的压电效应,就是石英、电气石、酒石酸钾钠等不对称的晶体,在外力的作用下,因为极性而使两端表现出电势差的现象,这就是晶体的正压电效应。后来比埃尔加入到雅克的研究当中,继续进行这个实验,又确定了产生压电效应的条件和变化的规律。1881年发现了这一效应的逆反应,也就是逆压电效应,他们还根据压电效应制造出非常精密的静电计。这种静电计可以准确的测量非常微小的电量,被称为压电石英静电计。

  她正是二十四岁的青春年华啊,一般的女子对别人的美丽都要起嫉妒之心,而玛丽却不屑将自己的美丽作为资本,只这一点就足可见她超尘脱俗的品质,可知她对事业执着的追求。

  柏克勒尔发现的射线引起了居里夫妇极大的兴趣。

在认识玛丽之前,比埃尔已经有了许多卓越的发现,比如用他的名字命名的居里精密天平,居里定律,居里温度等等,这些概念对磁学的研究,至今仍然非常重要。比埃尔和雅克发现了晶体的对称性和电压现象之后,又独立推广了对称原理,把它应用到许多物理现象当中,比埃尔也是第一个把群论的概念引进到物理学领域的人。

  但是玛丽还要追求更安静,更专心的学习环境。她刚来巴黎时住在当医生的姐姐家里,这里整天病人不断,而且总难免要和姐姐、姐夫聊天。于是她毅然搬了出去,租了一间七层楼上的小阁楼,开始过一种更清苦的生活。她的生活费一天只有三法郎,却要应付衣、食、住、书籍、纸墨的花销。但她应付过来了。她的生活用品已精简到最低标准,一张床、一张桌、一盏煤油灯、一个碟子大的煤油炉。为了省煤,冬天家里不生火,玛丽冷得手指麻木,就跑到离家不远的图书馆去,那是她的“幸福的收容所”。直到晚上十点人家要关门了,再回到自己这个冰窖似的阁楼上来。躺下后实在冷得难以成眠,她将自己唯一的一只箱子里的衣服全部拿出来压在被子上,还是手脚冰凉,就再把地上那把唯一的椅子提起压在被子上,在这种重压造成的虚假的温暖感里她十分小心地入睡了,因为稍一翻身那把椅子就会滚落下去。一次她的一位女友爬上她的这个七层小阁楼,一堆门却见她昏倒在地,女友转身去喊她的当医生的姐夫,细心的姐夫立即发现她那乾净的碟子、空荡荡的蒸锅,就追问她:“今天吃了甚么东西?”

  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!

利用压电石英静电计,玛丽经过非常细致和耐心的测量,得出一个重要的结论:铀射线的强度与铀化合物当中铀含量成正比,与铀化合物的组成无关,也不受光照、加热和通电等因素的影响。这个结论进一步证实了贝克勒尔“铀射线的发射是一种原子的自发过程”。

  “我刚刚吃过午饭。”

  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。

1898年初,玛丽发现除了铀之外,钍也是一种放射性元素,正是这个发现,玛丽决定把研究的范围扩大到铀和钍以外的化合物,包括测试大量的自然矿石。她缜密的逻辑思维能力,使她产生了一个更大胆的设想,既然放射性是一种原子的特性,那么更强的放射性就意味着有新的元素存在。同样量的铀盐和含铀的沥青相比较,含铀的沥青放射性强度要比纯铀盐要强4倍多,这说明含铀盐的沥青中还含有其它新元素。

  “午饭是什么?怎么锅、盘都这样干净?”

  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。

玛丽的研究工作,除了生孩子那几天外从来就没有间断过,既然她已经确信有了新的放射性元素存在,那她就一定要把这种新元素给找出来。玛丽生活的时代,人类总共发现了大约80种元素,每种元素的发现都使它的发现者在科学史上千古留名,如果她能够使元素的大家族再添上一种,这是多么有价值,多么吸引人的事情啊!

  玛丽知道瞒不过去了,不得不承认昨天晚上她只慢慢地嚼了一把小萝卜和半磅樱桃,又看书到半夜三点,早晨起来上学校,回来又吃几个小萝卜,就昏过去了。

  这很不容易。精密仪器有许多阴险的仇敌——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。”

玛丽知道要先从矿石当中提炼出带放射性的微量元素,无异于大海捞针。他和比埃尔采用的方法是以放射性为基础,采用分步结晶的方法,从沥青铀矿当中分离出新的放射性物质,她先用静电计测定出沥青铀矿当中矿石成分具有的放射性强度,在以此为线索追踪放射性元素隐藏在什么成分当中。

  1895年,玛丽与比埃尔•居里结婚了。当她读到贝克勒尔的关于铀的放射性的报告时,她已在理化学校实验室里工作,她毅然决定以这个题目来作博士论文。但这是怎样的一篇论文啊,就好像我们要到河里挑一担水,但是必须先翻过一座山。她先要完成一件最复杂、艰苦的研究。

  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。

结果,他们发现放射性很强的化合物,不是一种,而是两种,其中,一种是沥青铀矿当中含钡的化合物,另一种是含铋的化合物。放射性强度不同意味有不同元素,如果他们没有猜错的话,这两种新元素当中的一种,应该隐藏在含钡的化合物里,而另一种新元素应该隐藏在含铋的化合物里。他们进一步确认,在含铋的化合物里,放射性不是出自铋本身,而是混合在铋内部一种极微量的元素。直到1898年7月的一天,他们终于在铋的化合物里,找到了期待已久的新元素。玛丽建议把新元素起名为钋,以此来纪念她的祖国波兰。

  不过,这时玛丽已经有了一个靠山,他的亲爱的丈夫比埃尔•居里是一位很有经验、有成就的物理学家。她现在已不像过去在小阁楼里那样孤单,她凭着自己的聪明、顽强、靠着丈夫在学识上和精神上的支持,开始了这场科学史上有名的攻坚战。

  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。

1898年,当时人们对放射性的认识还很肤浅,不相信可以用放射性的方法,来寻找和确定新的元素,科学家们一味坚持必须要用元素的特征光谱,来确定是否是新元素。

  贝克勒尔已证明铀有放射性,那么其他物质有没有放射性呢?它们的强弱又有甚么差别呢?实验一开始就遇到这个问题。玛丽就自己腹内的知识想各种办法来证明这个问题,比如可以把一种物质放到黑纸包的底片上,看它能不能使底片感光,对比感光的强弱来确定放射性的大小,但是这对差别很小的放射物是根本判断不出来的,贝克勒尔的办法在深入研究中已不适用。玛丽整日陷入沉思,坐卧不安,茶饭不香。比埃尔看到妻子难受的样子,一天,在实验室处理完手边的事后,便过来问她:

  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。

在法兰西科学院,1898年12月《论文汇编》上刊登了一则报告,报告中有一段话:“我们有充分的理由可以得出以下结论,这种放射性的新物质里含有一种新元素,我们给他定名为镭。”提出了镭,并不等于已经看见了镭。为了把钋和镭展现在不相信的人们面前,为了向全世界证明他们确实存在,居里夫妇还要付出长期的、艰苦的、代价高昂的努力。

  “亲爱的,遇到了什么难题?”

  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!

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  “就是缺少一件灵敏的仪器,能准确地探测出物质的放射性,这样才好下手研究。可是我们现在有测光、测电、测热、测力的仪器,唯独没有测放射性的仪器。”

  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”。

  “是的,连放射性这东西也是去年才问世的,怎么能有人给它设计测量仪器呢,看来只有我们自己动手了。”

  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。

藏有钋和镭的沥青铀矿是一种贵重的矿物,在奥地利,一个提取玻璃工业铀盐的矿场里就有这样的矿物。他们预料,沥青铀矿在提起铀之后,矿渣当中所含有的微量元素钋和镭也许还会原封未动。于是,在一个奥国同行的帮忙下,他们得到奥地利政府同意馈赠的一吨铀矿的残渣。

  “可是,它不像光、电,看不见,摸不看,怎么去测呢?”

  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。

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  “让我想想,我们总会有办法的。”

  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。

分离含铀的沥青矿碴

  好个聪明博学的比埃尔,第二天他真的给玛丽拿来一架测量仪,这是他亲手创制的杰作。说来简单,就是用一个普通平面电容器,也就是一层空气隔开的两片金属片,下面那片与电池组相连,再与上面那片用导线构成一个回路,回路上有一个电流计。平常这个电路是不通的,因为两片金属问的空气并不导电。可是铀放射线、X射线都有一个特点——能使空气导电。这就是问题的根本,我们只要往下面那片金属上撒上一点铀盐,电路就通了,电流计指针偏转,指示出它的放射强度。别看这个仪器简单,可是却极精确。当射线最强的时候,电流的强度也不会超过一安培的几十亿分之几,但是就连这么小的数值在这个仪器上也能读出来。玛丽看看这个自制的仪器禁不住拍手叫绝。

  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。

从1898年到1902年,这四年当中,居里夫妇就在简易的棚子里,点火熔化,过滤沉淀,倒出来再熔化,再过滤再沉淀……。后来居里夫人采用自己独创的分步结晶法,来完成最繁重的那部分工作,把每吨沥青残渣当中,提起10到20公斤的硫酸钡,再把硫酸钡变成氯化物,这些氯化物当中含镭量大约是万分之三,现在居里夫人可以从氯化物当中完成最后的结晶了。这四个寒暑,是居里夫妇英勇的岁月。镭似乎要与它最执著的发现者作对,不肯轻易露出它的面容。居里夫人被他极强的放射性所迷惑,以为在沥青铀矿的残渣镭里的含量可以达到百分之一,事实上并非如此,它的含量小的多,而且跟其他杂质密切的混合着,很难被离析。狡猾的镭把居里夫妇拖住了旷日持久的较量当中。

  各位读者,比埃尔为甚么能制成这个仪器,关键是他抓住了事物间的联系,找见了他们之间的转换点,这实在是科学研究上的一个重要方法。当年本生就是根据不同元素可以转换成不同颜色的光谱,而研制成光谱分析仪;焦耳就是抓住机械能与热能之间的转换,而测出了热功当量。现在这个神秘的射线虽然看不见、摸不着,而且它刚刚露面,其本性也未充分暴露,但比埃尔只根据它能使空气导电这一点,便可从电流强度来测它本身的放射强度了。

  玛丽的见解很简单,像天才的偶然发现一样简单。

然而居里夫人是不会放弃的。比埃尔非常了解玛丽性格坚韧的程度。玛丽就是这样一种人,她想要做的事就要做到,她想离析镭就一定要把它离析出来。镭终于在顽强的对手面前屈服了!1902年,居里夫妇宣布镭可能存在之后的45个月,玛丽终于打赢了这场持久战,提炼出了一分克的纯镭,而且初步测定了镭原子量225.93。

  正是:

  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。

在黑暗的棚屋里,镭宝贝就装在一只极小的玻璃容器里,它自动的发出蓝色的荧光。玛丽恍如进入梦幻般的世界,在那首次看到荧光闪耀的一晚,被永远铭刻在记忆中。

  春江水暖鸭先知,何必亲用温度计。

  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。

镭有它的特征光谱,有确定的原子量,而且有种奇异的特性,除了发光,镭的放射性强度是铀的几十万倍,一种新元素不容置疑的诞生了。他们付出巨大代价的新发现,奠定了一个新的学科,放射性学科。

  沟里僧人担水来,深山必定有吉寺。

  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。

自从门捷列夫发现元素周期律以后,科学界对于找到一种新元素,并用它来填补周期表上的空白,怀有极大的兴趣,并且把每一种新元素的发现,当作化学领域的一个重大进展。雷被称为革命家,是因为居里夫妇在提炼镭的过程当中创造了化学界离析提纯的一种新方法,放射性加上分步结晶法,这种方法对化学的发展具有重要的意义。居里夫妇不但最先发现了镭的辐射强度大大超过了铀,而且比埃尔还测出,一克原子镭每小时放出22.5千卡的热量。按数量级来计算这个热量,与一克氢气燃烧时产生的热量相等,这实际上是人类第一次测出的原子能。

  话说玛丽得了丈夫送的这件宝物,便将她能搜集到的各种矿物质研成细末,一样一样地撒到金属片上去试它有无放射性,这办法与当年本生得了光谱观测法后将各种物质往灯焰里撒极为相似。她这样一直试了上百种,电流计上的指针终于动了。她喜得大喊一声,比埃尔忙赶过去,他们测量出一个继铀之后又被人类发现的放射性物质——钍。

  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!

这么显著的能量从哪里来!直到1905年,伟大的物理学家爱因斯坦提出,质量是物体当中含有能量的尺度,才得到问题的答案!

  初战告捷。现在玛丽更加兴致勃勃地每天守在仪器旁边,她正精心测量铀射线的强度。很清楚,化合物中含铀越多,放射性就越强。可是有一天当她把沥青铀矿和铜铀矿放到那片金属上时,电流计的指针偏转得比纯铀远大,难道会有一种矿物质含铀量超过百分之一百吗?当然不会。玛丽立即按照这两种矿物的化学成分人工复制出来,放在金属片上再试验,射线强度却比天然矿要小18﹪。

  这个年轻的妇女想 :“这一定是试验的错误”

镭确实太不可思议了。

  玛丽兴奋地喊道:“比埃尔,快过来看,这可真是奇迹,天然矿比人工矿放射性强。而现有元素中,我都一一试过了,除了铀、钍再不会有放射性了,现在出现了比铀还强的放射性,说明一定还有一种人类还未发现的物质。我真不敢这样想,难道我们将发现一种新元素吗?”

  学者们对于出乎意料的现象的第一个反应,总是怀疑。

镭会自动产生一种特殊的气体,镭射线。这种活跃的射线即使在封闭的玻璃管里也会有规律的自我毁灭,很多温泉的水里就含有这种镭射线。

  比埃尔过来将沥青铀矿粉往金属片上再撒一次,果然电流计指针大幅度偏转,他也禁不住一阵兴奋,又连续再试几次,然后冷静地分析道:“以往物理学给化学帮忙已经有过两次,一次是用电,一次是用光。戴维发明了电解法立即找到了钾、钠、钙、镁、镍等一批新元素;本生和基尔霍夫发明了光谱分析法立即找到了锂、铯、铷、铊、铟,直到1895年3月又终于找到了那个人们已追捕了二十七年的氦。每一个新方法的出现都伴随着一块新领域的开拓,现在继电和光之后我们又拿起放射性这个武器,物理第三次来帮助化学,按道理是应该发现一些新东西,该有新成果的。”

  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。

镭自动放热,它在一个小时内放出的热量也可以融化与它等量的冰,在不受冷气影响的情况下,它的热度可以使周围空气的温度升高10℃。

  “比埃尔,亲爱的,这第三次帮忙,说得具体一点,就得你来帮我了。放下你手头的工作吧,这个题目很有吸引力,我们或许要创立一门新学科——放射化学。”

  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。

镭的神奇非常直观,它能够穿过黑色的纸在照相底片留下影子,也能使空气电离,使远处的验电器放电,能够使装它的玻璃容器成为紫色或淡紫色,能够把包裹它的纸或棉花一点点的腐蚀掉成粉末。

  “是的,我已看见了这块新大陆的影子,它在招唤着我们,值得我们冒险去闯一下。从明天起,我就停下手头正在做的结晶体研究,我们一起来攻这个难关吧。”

  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!

镭发出一种白天看不见的光,在黑暗里,一点点镭发出的光足以用来照明,它不但自己发光,还能使金刚石等不能发光的物体发出磷光,可以用来辨别金刚石的真假。

  从第二天开始,居里夫妇就将沥青铀矿一点一点地分离。他们先用化学家的办法,将这些矿物质一会儿溶解在酸里,一会儿溶解在碱里,把沉淀滤出,把溶液蒸发干,再溶解,再蒸发,就像剥竹笋一样一层层地向笋心逼近;又像过筛子一样,将杂质一点一点地筛去。现在当他们往矿物质的酸溶液里通了硫化氢后,瓶子里立即分成硫化物深色沉淀和透明液体两部分。这时就用得着放射性测量了。玛丽把透明液点到金属片上,放射性不明显,把沉淀物挑上一点,指针立即大幅度偏转,读数表示它比纯铀的射线要强四百倍。沉淀物里有铅、铜、砷、铋。他们再逐一分离,将铅、铜、砷分出去,可是这种未知物和铋关系甚密,再也不肯分开。但既然包围圈已经缩小到这个程度,看来这是一种新元素必定无疑了。1898年7月,居里夫妇向法国科学院提出报告,宣布他们发现了一种新元素,它和铋相似,却能发出强大的不可见射线,如果这一点得到证实的话,就请把它定名为钋(法文波兰的意思)以纪念玛丽的祖国。接着他们又在沥青铀矿里查出了一种未知元素。1898年12月26日,法国科学院里又是人声鼎沸,出现了像伦琴射线刚发现时的那种激动。一个波兰女子,五个月前刚宣布发现了钋,今天又要宣布一项新发现。女人能进科学院的门已是很特别了,而在这场擒拿无名放射物的兢赛中又是她连连夺魁,许多顽固的教授早就心中愤愤不平了;玛丽今天仍然穿着那件朴素的黑色长裙,衣服上还能看出许多酸、硷烧下的斑痕。她今天有点激动,待大家都坐好后,她回头看看坐在身旁的比埃尔,她想让丈夫来报告这项发现,但是比埃尔只用明净的目光与她对视了一下。她明白这意思,便正正身子,打开报告卷宗,用沉稳优美的语调开始讲话:

  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。”

镭的放射是传染的,如果某种植物、动物和人靠近它,就会看到它传染的痕迹。

  “我们今天向科学院提出的报告的题目是《论沥青铀矿中含有一种放射性很强的新物质》。这种新物质和金属钡很相似,我们经过最大努力的提炼、筛选,已经得到了含有它的物质,它所发出的射线是纯金属铀的900倍。所以我们建议将这种新物质命名为‘镭’(拉丁文有射线之意)。它在元素周期表里应该是第88号元素…。”

  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。

仅仅在几年前,人们还确定,物体是由永远不变的元素组成的。可是镭让所有的人都惊呆了,现在每一秒钟,镭粒子用极大的力量,把本身的氦气原子放射出去。玛丽把这种极小的惊人的爆发,叫做原子嬗变的激变。爆发后的残渣是镭射线的一种气体原子,这种气体原子又变成另外一种具有放射性的物质,这种物质又再次发生变化。这些放射性元素,作为这个家庭的一个成员,都是从她母体自动嬗变产生的。

  居里夫妇的报告刚结束,会场上立即议论纷纷。不少朋友兴奋地上前握手祝贺,热烈地讨论这个新发现,可是几个老教授却故意大声说道:“说得倒容易,一会儿发现了钋,一会发现了镭,科学不是猜想,钋和镭是什么样子,既然发现了就该拿出来让大家见识一下嘛!它们的原子量是多少?哪有发现一种新元素却又测不出它的原子量的,真是笑话!”

  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。

镭是铀的子孙,钋是镭的子孙!

  这话明明是说给居里夫妇听的,玛丽刚才因兴奋而红润的脸色一下变白了,她知道早就有人在对她嫉妒、打击,不容她这个异国女子涉足科学领地,可是这样讲也未免太过分了。她回头看看比埃尔,他镇静地坐在那里和几个朋友恳切地讨论着问题,他一定听到了刚才的怪话,但是他显得多有涵养啊!玛丽转念一想,也怪自己的研究不彻底,镭到底是个什么样子?看来必须把纯镭拿到手,才能解决问题。

  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!

在永远的相同的周期内,每一种放射性元素会失掉它实体的一半,铀减去一半,需要几十万年,镭需要1600天,镭射气需要4天,镭射气的子孙只需要几秒钟。

  到底居里夫妇是否得到了纯镭,且听下回分解。

  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!

1903年,诺贝尔奖颁发给一位弱不禁风的金发女郎居里夫人居里夫人,她是第一位获得该奖的女性,在男性占统治地位的物理学领域获奖,居里夫人令人肃然起敬!

  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。

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