在玛丽·居里出生150年后,迈克·萨顿深入了解了她的生活和研究

150年前的这个月,当玛丽亚·斯科多夫斯卡出生时,她的祖国早已不再是一个独立的主权国家。在上个世纪,俄罗斯吞并了波兰的大部分领土,其余领土被普鲁士和奥地利瓜分。在玛丽亚在华沙的学校,所有的教学都用俄语,波兰语被禁止。

居里夫人肖像

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玛丽的生活和工作激励了一代又一代的科学家

尽管高等教育系统不接纳女性,玛利亚还是决心要学习,她加入了一个由持不同政见的知识分子组成的组织,这个组织经营着一个被称为“漂浮大学”的秘密教育组织。但为了追求她梦寐以求的科学事业,她必须离开波兰。在巴黎,她遇到了更多的困难。理论上,法国学术界对任何有足够才能的人都是开放的。但作为一个外国人,一个女人,她很难赢得认可。

最终,玛丽亚当然获得了两项诺贝尔奖的最高认可。第一个奖(物理学奖)是与她的丈夫皮埃尔和法国物理学家亨利·贝克勒尔(Henri Becquerel)分享的。第二门(化学课)是她一个人的。尽管这些成就给她的祖国带来了荣耀,但法国科学院仍然拒绝接纳她为院士,巴黎的右翼报纸也对她进行了仇外攻击。

早年

玛丽亚的家庭——就像许多其他波兰职业阶层的家庭一样——因为反对俄罗斯统治而在社会阶层中下滑。她的父亲瓦迪斯瓦夫·斯科多夫斯基(Wladyslaw skodowski)被排除在更高级别的学术职位之外,不得不通过向寄宿生开放自己的房子来补贴自己当教师的工资。她的母亲布罗尼莎瓦也是一名教师,于1878年死于肺结核。

斯科佐夫斯基家的孩子们在书的包围下长大,接触到了知识分子的辩论。玛利亚在1883年离开学校时获得了优异的学术成就金牌,并渴望继续她的学业。

“不时地,一些意外的成功会鼓励我,而其他时候,由于我缺乏经验,我陷入了绝望,因为事故或失败。”

居里夫人

由于在俄属波兰,女性被排除在正规高等教育之外,她转向了华沙的地下漂浮大学。它的课程一般在私人家中举行,但它有一个科学实验室隐藏在工业和农业博物馆内。这个临时实验室由玛丽亚的一个表妹管理,她以前在圣彼得堡为德米特里·门捷列夫做助理,给了玛丽亚一些物理和化学方面的实际经验。根据1938年的传记居里夫人,她后来回忆说:“我通常只能在晚饭后或周日去那里,那里只有我一个人。我试着重现物理或化学论文中描述的各种实验,结果有时出乎意料。有时,一些意外的成功会来鼓励我,有时,我陷入绝望,因为事故或失败,由于我缺乏经验。”

玛丽亚的姐姐布罗尼亚也有学术抱负。1886年,玛利亚暂时搁置了自己的事业计划,担任家庭教师,资助姐姐在巴黎的医学学习。又过了五年,玛丽亚才跟上她。那时她的姐姐刚刚获得了资格证书,也嫁给了另一位移居国外的波兰医生卡齐米尔·德乌斯基。

居里夫人和皮埃尔·居里夫妇带着女儿艾琳站在家门外

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玛丽和皮埃尔和他们的女儿Irène在家里外面合影

寻找合适的伴侣

德鲁斯基夫妇欢迎玛丽亚来到他们位于塞纳河右岸的公寓,但她到达后不久就过河在拉丁区租了一间小阁楼,靠近巴黎大学古老的中心索邦大学。在贫乏的饮食和冬天几乎没有暖气的情况下,玛丽亚在大学里进行了密集的学习。1893年,她的物理成绩名列全班第一;1894年,她的数学成绩名列第二。同年,法国国家工业促进会为她提供了一个常规研究项目,该项目涉及测量各种类型钢的磁性能。

不幸的是,为这项任务分配的设施证明是不够的。此外,玛丽亚的导师希望她能提供额外的帮助,以换取进入他的实验室。她厌倦了为教授的矿物收藏编目和进行例行的分析,于是她问一位波兰熟人,是否有谁能以更优惠的条件给她提供一些长凳。他做到了:皮埃尔·居里,国家物理和化学学院的讲师。

皮埃尔出生于1859年,35岁左右仍是单身汉,他似乎对自己的研究很执着。当他在1894年4月遇到玛利亚时,他已经发表了关于压电现象的重要工作,但还没有提交博士论文。他们第一次见面几个星期后,皮埃尔向玛丽亚求婚。她推迟到和家人在波兰度完暑假后才给他答复,但她接受了他的建议,秋天回去继续学习。

1895年7月,玛丽亚·斯科多夫斯卡小姐成为玛丽·居里夫人。同年,皮埃尔终于获得了博士学位,并被任命为国立学校的正教授。1896年毕业后,玛丽协助皮埃尔进行实验室工作,同时为自己的博士研究寻找课题——1897年9月,他们的女儿Irène的出生暂时中断了这个项目。到那年年底,玛丽开始了一项调查,这项调查为她赢得了国际声誉。

发现新元素

1895年11月,德国物理学家威廉Röntgen发现了x射线,几个月后,法国物理学家贝克勒尔成为第一个发现放射性的人。这两种现象都能使空气电离,从而增加空气的导电性。1897年末,居里夫妇使用皮埃尔和他的兄弟雅克几年前发明的一种测量极弱电流的仪器,通过测量周围空气的导电性,开始比较各种物质的放射性。

玛丽最终发现,一吨沥青铀矿中所含的高放射性物质还不到一克

这些调查显示,只有含有铀(贝克勒尔的原始来源)或钍的矿物显示出放射性痕迹。(关于钍的结果由格哈特·施密特(Gerhardt Schmidt)独立证实。)然而,居里夫妇注意到沥青铀矿石,一种来自波西米亚约阿希姆斯塔尔的铀矿石,比纯铀的放射性更强。他们的结论是,它一定含有一种或多种新的放射性元素,大家一致认为,识别这些元素应该成为玛丽的博士项目。

玛丽最终发现,一吨沥青铀矿中所含的高放射性物质还不到一克。这种规模的提取需要相当大的体力和化学专业知识。大部分工作都是由玛丽自己完成的,在一个破旧的棚子里,设施有限。首先,必须将矿石研磨成粉末并浸泡在酸中,产生一种溶液,然后进行标准的群分析试验。由此产生的沉淀物的放射性水平表明了未知元素所属的化学族。

玛丽的分析表明了两种新元素的存在,其中一种与铋一起沉淀,另一种与钡一起沉淀。为了纪念她的祖国,玛丽和皮埃尔于1898年7月宣布发现了第一种钋,并将其命名为钋。她的钋含量太少,无法分离出纯金属,因为即使是一吨沥青铀矿也只含有0.1毫克钋。然而,后来在沉淀物的发射光谱中发现了一条独特的线——不是铋造成的。随着样本中钋的衰变,这条线逐渐消失,最终消失。(后来发现钋的半衰期约为140天。)

居里夫妇于1898年12月宣布发现了第二种新元素——镭。尽管它的含量比钋多,半衰期也更长,但分离它却极其困难。在用硫酸煮沸沥青铀矿粉后,玛丽最终从由此产生的混合物中得到了非常弱的硫酸镭溶液。向其中添加氯化钡溶液引起硫酸钡的沉淀。但放射性测量表明,大量的硫酸镭与它共沉淀。后来的研究表明,镭和硫酸钡是同构的,镭离子可以取代硫酸盐晶格中的部分钡离子。

玛丽确认了这种新元素的存在,她将混合的硫酸盐沉淀转化为氯化物溶液,然后通过一系列长时间的分数结晶将氯化镭与其钡类似物分离。经过大量的劳动(冒着相当大的健康风险),她得以生产出相对纯净的镭盐小样品,这种样品具有在黑暗中发光的惊人特性。要解释这种自发能量流出的来源,物理学家和化学家都需要转变范式。

玛丽·居里(约1915年)在船上站在一群摄影师面前

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尽管早期受到挫折和排斥,居里夫人的科学智慧和决心还是带来了重大发现,并最终获得了声誉和认可

获得诺贝尔奖的女性

居里夫妇的出版物吸引了科学界的极大兴趣,但这对他们的职业生涯产生实质性影响需要一段时间。然而,1903年,伦敦皇家学会授予他们戴维奖章,同年晚些时候,这对夫妇与贝克勒尔共同获得了诺贝尔物理学奖。1904年,皮埃尔成为了索邦大学的教授,玛丽顺利完成了博士学位,并被任命为他的助理,担任大学的正式职位。同年,夏娃出生了。一切似乎都很顺利,但1906年皮埃尔在一次交通事故中丧生。

玛丽拒绝了大学给她的寡妇养老金,因为她想继续工作。作为回应,教师们一致同意任命她担任皮埃尔的空缺职位,使她成为索邦大学的第一位女教授。此后,她对放射化学做出了进一步的重大贡献——这一学科吸引了更大的学术兴趣(以及医疗慈善机构的支持),因为放射治疗某些类型的癌症的使用开始被探索。

玛丽的例子激励了世界各地的大批理科女学生

1910年,玛丽和她的助手André Debierne分离出金属镭。他们用汞阴极电解氯化镭,在氢气氛下从汞合金中分离出汞。由于这一成就以及其他许多成就,玛丽于1911年获得诺贝尔化学奖。然而,同年,法国科学院(French Academy of Sciences)拒绝选她为院士,原因是竞争对手候选人的支持者在右翼媒体上发起了一场仇外攻击她的运动。

1914年第一次世界大战爆发后,玛丽很快就表现出了爱国主义精神。除了为医生和护士举办放射学培训课程外,她还组织了一个流动x光小组,可以在靠近前线的野战医院工作。她亲自协助治疗,甚至还学会了开救护车。由于这项服务,玛丽于1920年被选为法国医学科学院院士,尽管科学院仍然对她关闭。直到20世纪70年代,学院才首次接纳女性为正式成员。

在20世纪20年代,玛丽领导了居里基金会,这是一个慈善信托基金,资助研究放射性的医学应用。她还曾担任国际联盟国际知识合作委员会副主席。与此同时,她的健康状况恶化,原因是她长期暴露在辐射之下,而当时人们对辐射的危险知之甚少,安全防范措施也很初级。她于1934年去世。第二年,她的大女儿Irène和女婿Frédéric居里约奥-居里因在人工制造放射性同位素方面的工作而共同获得诺贝尔化学奖。

玛丽的例子激励了世界各地的大批理科生。在英国,居里夫人的名字因玛丽·居里癌症护理组织的工作而闻名,该慈善组织自1948年以来为数千名患者提供了家庭支持和临终关怀。

今天,当对移民的敌意在许多国家已经成为一股重要的政治力量时,玛丽的故事也提供了一个有益的提醒:移民可以给他们的东道国带来宝贵的礼物。然而,具有悲剧性讽刺意味的是,在2006年俄罗斯流亡人士亚历山大•利特维年科(Alexander Litvinenko)被暗杀时,数百万人已经熟悉了钋这个名字。钋是她以家乡还是俄罗斯帝国一个省时的名字命名的。

迈克·萨顿是英国纽卡斯尔的科学历史学家