Пьер Кюри: тихая половина самого известного брака в науке

19 апреля 1906 года под дождем на улице Дофин (Rue Dauphine) недалеко от набережной Конти (Quai de Conti) 46-летний физик поскользнулся под тяжелой конной повозкой, и колесо раздавило ему череп. Он умер мгновенно. За три года до этого он разделил Нобелевскую премию; еще раньше он намеренно обжег себе руку радием, чтобы узнать, что он сделает с живой тканью. Его записные книжки до сих пор радиоактивны и хранятся в свинцовых ящиках в Национальной библиотеке Франции (Bibliothèque nationale de France), что является одним из способов измерения того, насколько близко он стоял к тому, что открыл.

Образование без школьного класса

Он родился в Париже 15 мая 1859 года в семье Эжена Кюри (Eugène Curie), врача гугенотского происхождения из Эльзаса, и Софи-Клер Депуйи (Sophie-Claire Depouilly). Медицинская и вольнодумная жилка была глубока: его дед Поль Кюри (Paul Curie) был врачом и мальтузианским гуманистом, а через бабушку Огюстен Хофер (Augustine Hofer) семья прослеживала свое происхождение от математика Жана Бернулли (Jean Bernoulli). Пьер получил домашнее образование у отца, а не был отправлен в лицей, и рано проявил необычные способности к математике и — что показательно для того, что последовало позже — к геометрии, науке о симметрии.

В 1878 году в девятнадцать лет он получил лицензию по физике на факультете наук Парижского университета, а затем занялся тем, чем занимались блестящие люди без покровителей в Третьей республике: он работал демонстратором в лаборатории до 1882 года, когда возглавил практические занятия в Школе физики и промышленной химии (School of Physics and Industrial Chemistry). Свою докторскую диссертацию он представил только в 1895 году в возрасте тридцати шести лет. Другими словами, большую часть двадцатых и тридцатых годов своей жизни он был техником, который случайно занимался первоклассной физикой.

Кристаллы

В 1880 году Пьер и его старший брат Жак (Jacques) продемонстрировали, что сжатие определенных кристаллов генерирует электрический потенциал. Они назвали это пьезоэлектричеством (piezoelectricity). В 1881 году они показали обратное: приложение электрического поля заставляет кристалл деформироваться. Для измерения этого эффекта они построили пьезоэлектрический кварцевый электрометр — прибор исключительной точности, который позже окажется незаменимым способом, который ни один из братьев не мог предвидеть.

Это не малоизвестное любопытство. Пьезоэлектрический эффект — это причина, по которой кварцевые резонаторы поддерживают время практически в каждой цифровой схеме, созданной с тех пор. Братья Кюри открыли его в возрасте двадцати одного и двадцати четырех лет соответственно.

Симметрия и точка Кюри

Докторская работа Пьера была посвящена магнетизму, и здесь его геометрические инстинкты окупились. Он спроектировал крутильные весы исключительной чувствительности для измерения магнитных коэффициентов, а затем систематически проработал ферромагнетизм, парамагнетизм и диамагнетизм. Он установил, что парамагнитная восприимчивость обратно пропорциональна температуре — закон Кюри с соответствующей константой Кюри — и, что еще важнее, что у каждого ферромагнитного вещества есть критическая температура, выше которой его ферромагнетизм просто исчезает. Этот порог — температура Кюри, и сейчас она используется для считывания магнитной истории морского дна в тектонике плит, в гипертермической терапии, при измерении кофеина и для вывода о магнитных полях других миров.

В основе обоих результатов лежал принцип, который он сформулировал в общей форме: физический эффект не может обладать диссимметрией, отсутствующей в его причине. Он проиллюстрировал это песком, рассортированным в гравитационном поле, где направленное расположение зерен отражает асимметрию действующего на них поля. Это одна из самых долговечных частей физического обоснования девятнадцатого века, и она чисто «пьеровская» — абстрактная, геометрическая и о том, что природе делать не позволено.

Мари

Он был представлен Марии Склодовской (Maria Skłodowska) физиком Юзефом Вееруш-Ковальским (Józef Wierusz-Kowalski) и взял ее в свою лабораторию в качестве студентки. Его ухаживания велись в манере человека, который никогда ни за кем не ухаживал: «Было бы прекрасно, — писал он ей, — если бы мы могли провести жизнь рядом друг с другом, загипнотизированные нашими мечтами». Сначала она отказала ему. Они поженились 26 июля 1895 года — в тот же год, когда он наконец получил докторскую степень.

С 1895 года они вместе работали над радиоактивностью — словом, которое они сами придумали. 26 декабря 1898 года вместе с М. Г. Бемоном (M. G. Bémont) они объявили об открытии радия и полония, выделенных путем фракционирования уранинита (pitchblende) в лабораторных условиях, которые, по всеобщему признанию, включая их собственные, были ужасными. Исторический отдел Американского химического общества присудил этой статье награду «Chemical Breakthrough Award» в 2015 году, спустя столетие с лишним.

Конкретный вклад Пьера в работу по радиоактивности был типично инструментальным и физическим, а не химическим. Используя магнитные поля, он показал, что излучения радиоактивного материала делятся на три класса — положительно заряженные, отрицательно заряженные и нейтральные, которые мы сейчас называем альфа-, бета- и гамма-лучами. Со своим студентом Альбером Лабордом (Albert Laborde) он обнаружил, что радий постоянно излучает тепло, что стало первой идентификацией ядерной энергии как источника. Оба супруга Кюри намеренно обжигали себя радием, чтобы охарактеризовать его воздействие на плоть, с чего началась лучевая терапия и, в конечном итоге, из-за чего они оба заболели.

Позднее признание

В 1903 году Королевское общество пригласило его представить работу в Лондоне в присутствии лорда Кельвина (Lord Kelvin) и наградило Кюри медалью Дэви. В том же году Пьер разделил Нобелевскую премию по физике с Мари и Анри Беккерелем (Henri Becquerel), сделав Кюри первой супружеской парой, получившей ее — это было началом семьи, которая соберет пять наград. Он получил медаль Маттеуччи в 1904 году и, посмертно, медаль Эллиота Крессона в 1909 году. Он был повышен до профессора на факультете наук в 1900 году, стал почетным профессором в 1904 году и избран в Академию наук в 1905 году, за год до своей смерти.

Он был атеистом, который, тем не менее, исследовал спиритические эксперименты Шарля Рише (Charles Richet) и Камилла Фламмариона (Camille Flammarion), посещал парижский сеанс Эусапии Палладино (Eusapia Palladino) в июне 1905 года и делал тщательные заметки — не из доверчивости, а потому, что он думал, что необъяснимые явления могут иметь отношение к необъяснимым частям магнетизма.

Почему Пьера называют гением

Это качество — редкое сочетание: абстрактное мышление о симметрии в сочетании с мастерством создания приборов мирового уровня в одной голове. У большинства физиков есть что-то одно. Принцип диссимметрии Пьера — это высокая теория, ограничение на то, какие эффекты природа может производить из данной причины, — и он исходил от того же человека, который вручную собрал крутильные весы и кварцевый электрометр, достаточно чувствительные, чтобы обнаружить токи, которые никто другой не мог измерить. Температура Кюри и закон Кюри названы в его честь, потому что он их открыл, но инструменты — это более глубокая подсказка: он мог придумать, что искать, а затем создать вещь, которая могла бы это увидеть.

Контраргумент стоит привести честно, и он в основном касается заслуг. Открытие пьезоэлектричества было совместным с его братом Жаком, и разделение интеллектуального труда между ними не подлежит восстановлению. Работа по радиоактивности была программой Мари — фракционирование уранинита, тяжелый химический труд — это было ее, а Пьер присоединился к линии исследований, которую она открыла. По темпераменту он был рассеянным и не от мира сего человеком, который потратил семнадцать лет в качестве демонстратора и руководителя лаборатории, прежде чем удосужился получить докторскую степень, что стоило французской физике многих его лучших лет. И он умер в сорок шесть лет, до какого-либо позднего синтеза. То, что осталось, — это не система, а горстка результатов, которые оказались несущими конструкциями: пьезоэлектричество, точка Кюри, принцип симметрии, трехсторонняя сортировка излучения.

Наследие

В апреле 1995 года Пьер и Мари были перенесены с семейного кладбища в Пантеон. Его имя теперь — единица температуры, закон, константа и половина династии — Ирен и Фредерик Жолио-Кюри (Irène and Frédéric Joliot-Curie), Ева Кюри (Ève Curie), Элен Ланжевен-Жолио (Hélène Langevin-Joliot), Пьер Жолио (Pierre Joliot). Кварцевый резонатор в устройстве, на котором вы читаете это, тоже его изобретение.