第九章 激動人心的科學時代
19世紀末，正當物理學家們為經典物理學的輝煌勝利舉杯祝賀時，正當一部份科學家宣稱物理學的大廈已經最初建成之時，從1895年起，一系列從未預料到的偉大發現突然迅速地相繼湧現。首先是1895年12月德國物理學家倫琴發現X射線；接著，法國物理學家貝克勒於1896年3月發現鈾元素的天然放射性；再過一年，英國的物理學家J.J.湯姆遜又發現了電子……這一系列發現，在物理學家、化學家面前展示出了一個光怪陸離、變幻莫測的神奇世界。
關於貝克勒發現放射性元素的訊息報道後，並沒有在科學界引起轟動。而此時居禮夫人正面臨的一個任務，是選擇博士論文研究的課題，於是她在大量文獻中尋找她感興趣的研究課題。在閱讀了近幾年的科學期刊後，居禮夫人註意到了貝克勒教授的關於鈾射線的論文。這種鈾射線頗有點神秘兮兮的，而且有一個問題讓她不明白：鈾射線的能量是從哪兒來的？這個問題也是一直以來困擾貝克勒和許多科學家的一個問題。瑪麗覺得這個問題很值得研究。她曾說過：這項研究很有吸重力，它是全新的，還沒有人做過深入的研究。在與皮埃商量了以後，她決定以這個問題作為自己博士論文的研究課題。
居禮夫人的決定聰明而又大膽。首先，這個能量來源的問題十分棘手，用已有的科學概念幾乎無法對它做出解釋，可瑪麗偏偏選中這種難度大、內容新穎的研究課題，非大智大勇者不敢為也！其次，當時世界上還沒有任何一個女人想要成為理科博士，她明白，要想同男人建立平起平坐的關系，她的論文必須有獨特的內容和實質性的科研成果。再次，居禮夫人也許是懷著又驚又喜的心情發現，貝克勒的重要發現尚未被人們重視，幾乎還沒有人做進一步的研究，因此選這個題目做研究，取得成功的機會會比較大。但與此相隨的困難是參考文獻太少，幾乎一切都得自己從頭幹起。瑪麗還發現除了貝克勒1896年送出的幾篇學術報告以外，再也找不到其他參考資料了。
1897年底，居禮夫人在皮埃的幫助下，在理化學校找到了一間以前用來存放東西的小房間作為她的實驗室。剛啟用時，房裏到處是厚厚的灰塵，黴氣的味道足可以讓人聞了就立即作嘔，而且，可以說什麽儀器都沒有。居禮夫人對這些困難都不在乎，她為有了可以做實驗室的地方而滿心喜悅：「好了，我開始有了自己的第一個實驗室！」
是的，這兒的確是居禮夫人的「第一個實驗室」。以後她又換過許多次實驗室，但這兒卻是起點站，而且她要研究的是如此重要的課題，因此，她興奮而滿意的心情是完全可以理解的。把必需的儀器籌備得差不多以後，居禮夫人立即開始著手重復貝克勒做過的實驗——測鈾射線的強度，可是這些方法無法做出定量的控制和測量。其實，貝克勒在發現鈾元素的天然放射性的時候，就發現它有3種效應：可以使照片底片感光、可以使瓦斯游離、對不同的物質具有不同的穿透力。但可惜的是他在發現新的放射線現象後，由於繼續沿用照相法進行測定，而無法做出定量分析，從而完全忽略了另外兩種效應。居禮夫人的高明之處，是她利用了新放射性的游離效應，從而可以用補償法測出鈾射線的強度。
透過以上非常細致和耐心的測量，她證實了鈾射線的強度僅與鈾化合物中鈾的含量成正比，與化合物的組成無關，也不受光照、加熱、通電等諸多因素的影響。這樣，居禮夫人進一步證實了貝克勒的結論：鈾射線的發射是一種原子過程。
當居禮夫人精確地、定量地測定了鈾射線以後，她作為一位優秀科學家的素質在這時充分地顯露出來了。她越是研究得深入，越是感到鈾射線具有一種非同尋常的性質，與以前所有的研究結果大不相同，於是，她正好在貝克勒止步的地方勇敢地向前邁出了—步，即，雖然現在只觀察到鈾可以自動發射「鈾射線」，但是並沒有任何理由可以證明只有鈾元素是惟一能發出這種射線的化學元素。別的元素就不能發射這種射線嗎？貝克勒也許是由於一種偶然的原因先在鈾元素裏發現了它，但若因此就把它設定為只有鈾元素才具有的發射本領，那未免有些以偏概全了。
於是，她決定檢查「當時知道的所有元素」。她先找來幾種礦石和化學物品，一一做了試驗。1898年初取得的初步結果表明，絕大多數材料的遊離電流小於0.3×10-12安培，而瀝青鈾礦石可達到83×10-12安培，氧化鐵可達到53×l0-12安培。這樣，居禮夫人就得出了一個結論：釷也是一種放射性元素。她在4月12日的報告中寫道：
我們研究了貝克勒發現的空氣在鈾射線作用下導電率改變的情況，想弄明白，除了鈾化合物以外，其他物質是否也可以使空氣獲得導電的能力……兩種鈾礦物——瀝青鈾礦的放射性要比鈾本身強得多。這個事實是非常值得註意的，它使人不得不認為，在這些礦物中顯然含有某種元素，而且它的放射性比鈾大得多……釷化合物的放射性是很強的。氧化釷的放射性甚至超過金屬鈾的放射性。釷射線的穿透本領也比鈾射線大。
在這關鍵時刻，居禮夫人在思想上發生了一個飛躍。她甚至還產生了一個大膽的設想：既然放射性是一種原子特性的表現，那麽更強的放射性當然表明有新元素的存在。
這種推理十分合乎邏輯，但它仍然只是為新的放射性元素的存在提供一種推斷，進一步的任務當然就是要找到這種新的元素。居禮夫人那種說幹就馬上幹、要幹就幹到底的剛毅氣質，這時充分顯示出了它的作用。她知道要從礦石中提煉出這種極其微量的元素絕非輕而易舉的事，但她下定決心要投入到這一艱難而又意義重大的化學分析中去。發現一種新元素，這是一個色彩斑斕的、美麗的夢想，是一個非常吸引人的研究目標！從古到今幾千年，也不過才發現80種左右的元素，每種新元素都使發現它的幸運者在科學史上永久馳名，如果她能再增添一種，那該是一件多麽有價值的、多麽吸引人的研究啊！
皮埃這時也認識到了瑪麗的研究有重大價值，於是決定暫時中斷他自己在晶體方面的研究，與她合作共同尋找這隱藏得很深、很巧妙的未知元素。
皮埃沒料到的是，他的這一「暫停」竟一直延續到他不幸去世為止。從此，在那小小的、潮濕的「實驗室」裏，有兩個人在那兒為人類的科學事業拼搏、奮鬥，完全不顧一己的私利，鞠躬盡瘁。死而後已！而且從此他們兩人的研究不可能再分辨出「你的」和「我的」了，直到上帝讓他們分手。他們的合作，是人類科學史中最美妙的一曲交響樂，至今對人們仍有極大的感召力。
他們以放射性為基礎，采用分步結晶這一新的化學方法，從瀝青鈾礦中分離出新的放射性物質。1898年7月，他們兩人開始聯名發表文章。他們的第一篇文章的題目是【瀝青鈾礦中的一種新的放射性物質】。
為了將不同的元素分開，需要很好的裝置，但居禮夫婦沒有，他們只好用「土法」苦幹，先用他們的靜電計裝置測定瀝青鈾礦礦石成分具有的放射性強度，以此為線索追蹤放射性元素隱藏在什麽成分中。他們兩人在實驗室常常是通宵達旦地幹，有時連飯也顧不上吃。居禮夫人更加辛苦，她還要給女兒伊倫娜餵奶，一天得往家裏跑幾次。
幾個月過去了，在不知不覺中，實驗室窗子射進的陽光開始灼熱逼人，原來是夏天來臨了。他們沒有白費時光，在這幾乎和外界斷絕來往的幾個月裏，他們終於將瀝青鈾礦中所有成分都分離開了。讓他們又驚又喜的是：他們發現的不是一種具有放射性很強的化合物，而是兩種！其中一種是瀝青鈾礦中含鋇的化合物，另一種是含鉍的化合物。這就是說，如果他們的推斷合理的話，則一種新元素隱藏在含鋇的化合物裏，另一種隱藏在含鉍的化合物裏。
他們又進一步確證，在含鉍的化合物中，鉍的放射性並非來自鉍本身，而是混在鉍內的一種極其微量的元素。經過反復實驗，他們認為可以利用兩種金屬溶解度不相同的特點進行再分離。加水使鉍鹽溶解後，從首先沈澱下來的渣滓中找到了放射性特別強的物質。
新的發現正向他們熱情地招手！
他們懷著激動而急迫的心情，加快了工作的行程。到1898年7月的一天，他們終於在鉍的化合物裏找到了一種新元素。
那天晚上他們回到家時，皮埃發現瑪麗陷入了沈思之中，久久地不說一句話，皮埃沒有打擾她，知道她一定是在想什麽重大的事。突然瑪麗激動地抓住皮埃的手說：
「我僑居在遠離祖國的土地上，可憐的祖國已經從地圖上消失了，但是我要讓祖國的名字永遠銘刻在人們的記憶中。我想把我們剛剛發現的、在某種意義上來說是被解放了的元素叫做釙。」
這一決定充分說明，居禮夫人現在雖然已經是一個法國人了，而且正在嶄露頭角，有望成為一名優秀的物理學家，但她並沒有背棄她青年時期的誌向和熱情，沒有忘記波蘭人仍然在俄羅斯的奴役下痛苦地生活著。她不僅建議把新元素取名為釙，而且還把他們合作的第一篇論文在法國還沒有發表之前，就寄一份給波蘭的表兄勃古斯基。我們一定還記得，瑪麗正是在勃古斯基領導下的實驗室裏迷戀上自然科學和實驗的。後來，他們的論文差不多同時在法國和波蘭發表。她的這一行動，想必一定會使鬥爭中的波蘭人民大受鼓舞，使他們在苦難中看到了光明的未來！
在他們的第一篇文章中，他們寫道：
有些含鈾和釙的礦石放射貝克勒射線的性質很強……如果有些礦石的放射性比純粹的鈾和釙還強，那就可能含有一種比上述兩種金屬還強的物質。
我們想盡辦法分離存在於瀝青鈾礦中的這種物質……在不同的過程中，越到後來產生的放射性越強。最後，我們得到的是一種放射性比鈾強400倍的物質。
瀝青鈾礦是一種成分復雜的礦石，它以鈾為主，另外則含有多種其他元素的雜質，包括銀、銅、鉍、鋇、鍶和鈷等金屬的化合物，這些雜質中究竟哪一種成分含有放射性呢？這只能靠化學方法分離後，再用靜電計比較其遊離電流的大小才能鑒別。這樣，他們一邊用物理儀器測試，一邊進行化學分析，結果發現含鉍的成分顯示出強烈的放射性，其強度比同樣品質的鈾強400倍！據此，他們在論文中繼續寫道：
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我們研究了已知的元素，看是否有放射性物質；我們幾乎檢查了所有元素的化合物……在進行化學研究時，我們密切註意觀察在工作的各個階段分離出來的物質的放射性情況。分離出來的每一種物質都放在電容器的一個板上，然後用靜電計和壓電石英儀器測量空氣的導電率。
最後只剩下鉍的放射性。因此，我們認為從瀝青鈾礦提煉出的物質中有一種尚未被發現的金屬，透過分析，發現它的化學性質與鉍接近。如果證實這種元素確實存在，我們建議用我們兩人中一人的祖國來命名，稱它為釙。
1898年7月18日，他們把這一發現送出法蘭西科學院，由李普曼宣讀。但是，科學院不予承認，這主要是人們的保守思想在作怪。居禮夫婦認為，用放射性方法檢測、尋找新的元素是一種很有希望、很有效的化學分析方法，他們認為這種方法比光譜學分析方法更靈敏。但是，由於人們對放射性所知不多，因而不大相信可以用放射性方法來尋找、確定新的元素，仍然認為只有用元素的特征光譜才是確定新元素惟一可行的方法。科學院也拒絕把放射性方法作為辨識元素的依據。除此之外，科學院還認為從化學角度來看，釙的化學特性和鉍的十分相近，未必是一種新的元素。直到幾年以後，居禮夫婦成功地提煉出純凈的釙鹽，並得到了釙的特征光譜後，科學界才承認了釙的存在。
找到了釙元素以後，他們兩人決定休假一次，作為對艱苦工作的報償。他們乘火車去了法國南部奧弗涅，到大山和森林中呼吸新鮮空氣。在實驗室裏呼吸了幾個月各種化學藥品放出的毒氣後，呼吸到沁人心肺的空氣，真是一種高級享受。他們整天漫步在田野、森林、山丘之中，盡情地在大自然的懷抱中體驗生命和大自然的美，讓他們內心的和諧與大自然神奇的和諧發生共鳴。當然，在流連於野外時，他們並沒有忘記討論新元素釙和另外一種亟待他們去發現的新的放射性元素。
9月份，他們又回到那間小小的實驗室，以新的熱情急不可待地投入到繼續尋找新元素的工作中。但這時發生了一件讓瑪麗感到傷心難過的事情。她的姐姐布羅妮婭和德盧斯基大夫決定回波蘭去，在波蘭南部喀爾巴際山麓的一個地方開辦一所肺結核病療養院。他們和瑪麗一樣，時刻不能忘懷自己的祖國，因此決定回去為改善波蘭人民的生活貢獻自己的一份力量。瑪麗雖然感到難分難舍，但心中仍然為布羅妮婭他們的選擇而感到驕傲。
1898年12月2日，瑪麗在給布羅妮婭的信中寫道：
你想像不到你給我留下的空虛之感。你們兩個人一走，除了我的丈夫和小孩以外，我對於巴黎一無留戀；而且除了我們的住房和我們工作的學校之外，現在我似乎覺得巴黎已經不存在了……
這時，居禮夫婦正在為尋找另一種放射性新元素而殫精竭慮，除此之外，居禮夫人還得非常用心地照料女兒。他們很窮，收入不高，得精打細算才能讓一家3口人正常地生活下去。她在一本食譜上寫道：
我用8磅果子和等量的冰糖，煮沸10分鐘，然後用細篩濾過，這樣可以得到14罐很好的果凍，不透明，可是凝結得很好。
對於女兒的成長，年輕的媽媽也細心地做了許多記錄。例如：
10月17日：伊倫娜已經學會走路，她不再爬了。
1899年1月5日：伊倫娜有15顆牙了！
也正是在這期間，居禮夫婦尋找第二個新的放射性元素又獲得了成功。
1898年12月6日法國的【論文組譯】上發表了他們的第二篇文章【論瀝青鈾礦中含有一種放射性很強的新物質】。在論文中他們寫道：
在研究過程中，我們又發現了第二種放射性非常強的物質，其化學性質與第一種完全不同。例如，釙在氨的作用下完全沈澱，而新發現的物質和鋇的化學性質很相似，它不會在氨的作用下沈澱。用硫化氫、硫化銨或氨都無法使之沈澱。而且像鋇一樣，其氯化物溶於水，卻不溶於濃鹽酸和酒精。由它可得到鋇的光譜，那是很好認的。但我們相信，這種物質盡管絕大部份由鋇組成，但必定有一種產生放射性的新元素，其化學性質極其接近於鋇。
……我們取得了這種物質的氯化合物，它們的放射性要比類似的鈾化合物強900倍。
德馬爾賽對我們的新物質進行了光譜分析，發現了一條光譜線，這條光譜線不屬於任何已知的元素。這條線的強度隨著含這種物質較多的氯化合物放射性的增加而增加……
接著，居禮夫婦有信心地寫道：
種種理由使我們相信，新的放射性物質中有一種新的元素，我們建議將它命名為鐳。
他們在文章中還給出明確的實驗對照：釙和鐳的放射性比鈾和釷大得多。底版在釙和鐳的作用下30秒即可得到極清晰的影像，而如果用鈾和釷就要幾小時才能得到同樣的結果。
鐳的發現為科學家提供了比鈾強幾萬倍的射線源，所以使放射線的研究突然變得十分活躍起來，這從有關放射線論文的增加即可看到這一變化。按照德國文摘雜誌【物理學進展】的統計，其增加情況如下：1896年7篇，1897年7篇，1899年18篇，1900年39篇。而且，1899年法國已獲得工業處理鐳原料的成功；到1900年，德國已制造出含鐳的鋇化物產品，在商業領域流通。英國著名科學家拉塞福也在煙草商巨富麥克唐納的資助下，購買了新的強放射性物質，並展開了卓有成效的研究。
但人們對於居禮夫婦的發現仍有很多非常謹慎的看法。這是很正常的事情，人們也有權利提出問題，而且正是因為人們提出了許多懷疑的問題，才使得放射性和釙、鐳元素的進一步研究取得迅速進展。在科學界有一種很不好的現象，不少科學普及作品和某些科學史專著，總喜歡千篇一律地把反對者、懷疑者描述成「頑固不化的」、「阻礙科學前進的」勢力，甚至連愛因史坦因不同意量子力學的詮釋也背上這種惡名。
其實，在科學研究中如果沒有各種各樣的反對者、懷疑者，科學是根本無法前進一步的。
對於新元素的發現，化學家更是素來十分謹慎的。按照一般的習慣，一種新元素只有在看見了它、接觸了它、稱量過它，用各種酸加以對比，把它放進了瓶子裏，並確定了它的原子量後，化學家們才會相信它的存在。而現在沒有一個人見過純凈的鐳和釙，也不知道它們的原子量，因此抱懷疑態度的化學家不少；還有一些比較保守的化學家更明白地宣稱：
「沒有原子量，就沒有鐳和釙。把它們的原子量測出來了，放在瓶子裏讓我們看見它們的純品，我們就相信，否則無法相信！」
物理學家們與化學家不同，他們關心的是放射性元素活動的規律。因為天然放射性違背了幾個世紀以來學者們建立起來的物理規律，因此他們是有懷疑的；持謹慎、觀望的態度的人也不少。有關放射性元素活動規律方面的研究，後來主要由拉塞福和他的一批極有才華的學生們承擔，而且不久就做出了輝煌的發現。居禮夫婦在這方面也做過一些研究，但由於他們的失誤，使得這方面的研究被拉塞福大大領了先。這是後話，暫且不說。
為了平息各方面的懷疑乃至反對意見，對於居禮夫婦來說，1899年的任務就是設法提煉出純凈的釙和鐳，並精確測出它們的原子量。
居禮夫人傳
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