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《镭:居里夫妇》7:成功,也是失误…… 精选

已有 7018 次阅读 2022-8-27 13:38 |个人分类:人物传记|系统分类:人物纪事

   玛丽和皮埃尔提炼出了纯的氯化镭,并且测定了镭的原子量。在放射性研究方面,他们取得了成功。由于镭在医学等领域显现出来的巨大应用价值和市场潜力,在欧洲和美国建立了很多生产镭的工厂,制镭工业诞生了。皮埃尔和玛丽毫无保留地公布了自己提炼纯镭的方法,没有要求任何回报。他们认为自己的研究成果属于全人类,科学家应该为全人类谋福利,而不应该从中渔利。玛丽和皮埃尔的心灵比水晶还要纯净,他们具有改革社会的理想,他们是真正意义上的科学家。

           1902年,玛丽通过了巴黎大学的物理学博士学位论文答辩,并且获得了“极优”的评语。这一年,玛丽35岁,皮埃尔43岁。成功往往伴随着荣誉,19036月,著名的英国皇家科学学会正式邀请皮埃尔赴英讲学。面对一众久负盛名的英国学者,皮埃尔用法语叙述了镭的特性,还请人把窗子遮住,演示了镭的射线可以使空气导电,诱导硫化锌的屏蔽放出磷光,使黑纸包裹的照相底片感光,还验证了镭能自发放出热量……。同年11月,英国皇家学会授予玛丽和皮埃尔最高奖戴维奖章。12月,瑞典科学院宣布把当年的诺贝尔物理奖的一半授予贝克勒尔教授,另一半授予居里夫妇,以表彰他们在放射性研究方面的贡献。然而,玛丽和皮埃尔都有教职,没法去斯德哥尔摩参加颁奖盛会,法国公使代表他们领取了获奖证书和奖章。直到19056月,玛丽和皮埃尔才履行了他们一再拖延的责任,来到斯德哥尔摩做诺贝尔奖获奖演说。

           1904年,皮埃尔终于获得巴黎大学物理学教授的位子,但是,大学并没有提供给镭的父母合适的实验室。还得再过八年,玛丽才能拥有一座与他俩的成就相符的实验室,但是,皮埃尔却再也看不见了。

            1905年,皮埃尔当选为科学院院士。可是,皮埃尔非常讨厌这个组织,他写信给好友乔治·古依说:“在科学院里,不耍阴谋诡计,什么也办不成。……我从来没有发现科学院有什么用处。”

   居里夫妇通过数年的艰苦工作,提炼出了纯的氯化镭,在放射性研究领域取得了巨大的成功,他们的科学成就也得到了社会的认可。到此为止,似乎一切都很完美。但是,作为一名物理工作者,在仰慕居里夫妇卓越的科学成就的同时,我不得不对他们,尤其是皮埃尔的科研工作感到些许遗憾。

           在玛丽和皮埃尔研究物质的放射性的最初阶段,玛丽利用皮埃尔发明的实验仪器,精确测定了不同物质的放射性强度,她的实验结果表明了放射性并非只属于铀元素,而是很多物质都具有的一种原子属性。并且发现了很多含铀矿石的放射性强度远高于金属铀,从而预言了钋和镭等放射性元素的存在。在这一阶段,玛丽和皮埃尔的研究完全属于物理学的范畴。但是,在研究的第二阶段,也就是皮埃尔停止对晶体性质的研究,和玛丽一起专注于物质的放射性的研究以后,他们的科研工作就跨越出了物理学的边界了。玛丽主要用化学方法提炼放射性元素镭,皮埃尔则集中精力观察放射性的引起的各种效应。1900年,德国学者瓦尔科夫(Walkhoff)和吉赛尔(M. Giesel)发现镭放出的辐射可以灼伤皮肤。皮埃尔不顾危险立即用自己的手臂做实验。后来,又与两名医生合作,发现镭射气(镭放出射线以后生成的一种气体)可以破坏有病的细胞,能够治疗狼疮瘤和另外几种癌症,这种治疗方法就是放射疗法,也被称为居里疗法。这是继提炼纯镭以外,皮埃尔在放射性研究方面最重要的成就。除此以外,皮埃尔并没有深入思考放射性现象的本质,他对放射性的研究,还停留在观察的层次。

          放射性物质的辐射具有非常复杂的性质。按照英国物理学家卢瑟福(Rutherford)的分类标准,可以认为这种辐射包含三种不同的成分:alpha射线、beta射线和gamma射线。很多科学家研究了这三种射线的性质,居里夫妇也在其中,但是,玛丽和皮埃尔对这些射线的认识非常肤浅。他们把放射性物质放入磁场中,观察放出的射线是否偏转。他们观察到了beta射线就像克鲁克斯管内发出的阴极射线一样发生偏转,实验显现beta射线带有负电荷但是,玛丽和皮埃尔仍然无法确定“是否有可以脱离物质单独存在的电荷”。显然,这两个年轻人没有哪怕点儿的唯物主义观念。玛丽来自俄罗斯统治下的波兰,皮埃尔在进入大学以前的教育是在家里完成的,他们的知识储备并不完备。后来,玛丽和皮埃尔把样本提供给考夫曼(Kaufmann),考夫曼测量了beta射线的荷质比(电荷质量的比例),结果发现在射线速度很小时,beta射线的荷质比与阴极射线的荷质比相同。而1897年英国物理学家汤姆逊(J. J. Thomson)已经发现阴极射线是由带负电荷的微小粒子组成的粒子束,汤姆逊把这种微小粒子命名为电子。显然,beta射线也是由大量运动的电子组成的粒子束。然而,在玛丽的申请博士学位的论文中,玛丽始终不愿意承认这一点,她只是声称,按照汤姆逊教授的“飞行炮弹”理论,“我们也许可以设想,放射性元素镭也在向空间发射带负电的粒子”。也许,玛丽和皮埃尔认为,射线就是射线,粒子就是粒子,没有必要把二者联系起来。另外,玛丽和皮埃尔研究了alpha射线在磁场中的运动,但是,受实验条件的限制,玛丽没有发现alpha射线的运动方向有偏转,也没有委托考夫曼测量alpha射线的荷质比,自然也不会知道alpha射线是由带正电的alpha粒子组成,而alpha粒子正是氦原子核。顺便提一句,alpha射线在强磁场或者强电场内发生偏转是由英国物理学家卢瑟福发现的,他还测定了alpha粒子的荷质比。

          玛丽和皮埃尔把镭放出的一种气体称为镭射气,这种气体也具有放射性。皮埃尔把它收集到小瓶子里,拿去治疗癌症,但是,他并没有测定这种气体的成分,也没有交给他们的合作者德马凯(Demarcay)做光谱分析。其实,镭射气是一种未被发现的惰性气体,它的化学性质很不活跃,不容易和其他物质发生化学反应,但是,它是一种放射性元素,是镭衰变的产物。现在我们已经知道,这种气体就是氡,是一种直接由原子组成的放射性气体。

          总而言之,在玛丽和皮埃尔一起研究物质的放射性的最初几年里,玛丽专心致志地用化学方法提炼纯镭,皮埃尔热衷于观察镭引起的各种生理效应,他们很少考虑放射性产生的根源和本质。放射性的现象是那么丰富,也许他们没有时间做纯粹的逻辑思辨,也许是不屑。毕竟玛丽和皮埃尔都是实验家。但是,有一个很重要的原因,往往被以前的研究者忽略掉的原因,就是玛丽和皮埃尔,尤其是皮埃尔认为根本没有必要探讨放射性的本质及其产生的物理机制。

          我一向不赞成在物理学的研究中过多的引入哲学的成分,因为关于哲学的讨论往往流于空谈,还会影响物理学家考虑问题的角度,最终无法得到正确的结论。但是,在这里,我不得不讨论一下十九世纪末和二十世纪初流行于欧美科学家中的一种思潮——唯能论。

          唯能论最早由德国学者奥斯特瓦尔德(F. W. Ostwald)提出,他否认物质的存在,认为能量构成自然、社会和思维的基础。随着十九世纪末电子和放射性现象的发现,人们发现原子也有内部结构,原子不再是构成物质的不可分割的最小微粒。作为化学反应中的物质不灭定律的理论基础的旧原子论无法解释新的实验现象,尤其是物质的放射性。于是很多学者否认原子和分子的客观实在性,宣称必须放弃物质不灭定律,认为能量可以脱离物质而存在,能量的转移构成一切物理现象的本质。这种理论在法国物理学家中很有市场,其中皮埃尔和玛丽很可能就是唯能论的代表人物,此外,还有让·佩韩、余班和德比尔纳等人。在相当长的一段时间内,玛丽和皮埃尔热衷于参加通灵者欧萨比亚·巴拉的诺组织的招魂会,试图探索人类意识和能量之间的关系。后来,玛丽放弃了对这些神秘现象的研究。

   唯能论割裂了物质和能量之间的联系,最终会滑向唯心主义。正是因为玛丽和皮埃尔信奉唯能论,所以他们认为探讨放射性现象的物质基础是没有意义的。自玛丽用化学方法提炼出纯镭以后,法国在放射性的本质的研究上长期徘徊不前,后来被英国物理学家超越。究其原因,我认为皮埃尔应该负更大责任,不仅仅因为他比玛丽大八岁,更是因为皮埃尔提前玛丽二十年就开始科学研究了。

   除了没有探讨放射性的本质以外,玛丽和皮埃尔还错过了一个和狭义相对论有关的重要发现。玛丽和皮埃尔曾经委托考夫曼测量beta射线的荷质比。考夫曼发现,镭元素放出的beta射线的速度要显著高于阴极射线,并且速度越大的射线,测得的荷质比越小。现在我们知道,这是一种相对论效应。如果组成beta射线的电子具有较高的运动速度,它的质量就会增大,相应的荷质比(电荷与质量的比值)就会减小。1905年,爱因斯坦一口气儿发表了四篇在物理学史上具有划时代意义的科学论文,其中一篇名为《论运动物体的电动力学》,其中就解释了高速运动的物体的质量和运动速度之间的关系。可是,玛丽研究物质的放射性的时候,狭义相对论还没有诞生。于是玛丽尝试用传统的“电磁质量”的概念解释运动粒子的质量随着速度的增加而增大的实验事实,认为粒子的一部分质量是由于真空中的“以太”的电磁反作用引起的。然而,早在1887年,美国物理学家迈克尔逊(Michelson)和莫雷(Morley)就通过实验证实了光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的,从而否定了“以太”和绝对静止惯性系的存在。显然,玛丽和皮埃尔用一个过时的理论解释了一个最新的、非常具有革命性的实验测量结果。

   无论如何,玛丽凭借她的坚韧和热情提炼出了纯的镭盐,皮埃尔用他的勇敢和牺牲发明了放射疗法,他们无私地向全社会公布了提炼纯镭的方法,促进了制镭的产业化。尽管玛丽和皮埃尔在放射性现象的研究中存在着一些失误他们取得的成就和对社会的巨大贡献是绝对不能否定的。

居里夫妇和伊仑娜.jpeg



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