皮埃尔·居里:科学史上最著名婚姻中沉默的另一半
1906年4月19日,在多芬街(Rue Dauphine)靠近孔蒂码头(Quai de Conti)的雨中,一位46岁的物理学家滑倒在马车轮下,颅骨被碾碎。他当场死亡。三年前,他曾分享过诺贝尔奖;在那之前的某个时刻,他曾为了解镭对活体组织的影响,故意用镭灼伤自己的手臂。他的笔记本至今仍有放射性,被存放在法国国家图书馆(Bibliothèque nationale de France)的铅衬盒中,这足以衡量他与他所发现之物之间曾有多么紧密的联系。
没有课堂的教育
他于1859年5月15日出生在巴黎,父亲是来自阿尔萨斯的胡格诺派后裔医师尤金·居里(Eugène Curie),母亲是索菲-克莱尔·德普伊(Sophie-Claire Depouilly)。医学与自由思想的基因深植于家族之中:他的祖父保罗·居里(Paul Curie)是一位医生和马尔萨斯主义人文主义者,通过祖母奥古斯丁·霍弗(Augustine Hofer),该家族追溯到数学家让·伯努利(Jean Bernoulli)的血统。皮埃尔是在家中由父亲教育,而不是被送往中学,他很早就表现出一种非凡的数学天赋,以及——对后来研究预示性的是——几何学,即对称性的科学。
他于1878年19岁时在巴黎大学理学院获得物理学学士学位,之后他做了第三共和国时期没有赞助人的杰出人才所做的事:他担任实验室演示员,直到1882年,他开始负责物理与工业化学学校(School of Physics and Industrial Chemistry)的实践工作。直到1895年36岁时,他才提交了博士论文。换句话说,在他20多岁和30多岁的大部分时间里,他都是一名碰巧在进行一流物理学研究的技术员。
晶体
1880年,皮埃尔和他的哥哥雅克(Jacques)证明了挤压某些晶体会产生电势。他们将其称为压电效应。1881年,他们展示了其逆过程:施加电场会导致晶体变形。为了测量这种效应,他们建造了一种压电石英静电计,这是一种极其精密的仪器,后来被证明具有兄弟俩无法预料的重要性。
这不是一个晦涩的奇闻。压电效应正是几乎所有自那时以来制造的数字电路中石英晶体振荡器能够保持时间的原因。居里兄弟在分别21岁和24岁时发现了这一现象。
对称性和居里点
皮埃尔的博士工作转向了磁学,他在几何学上的本能在此发挥了作用。他设计了一种极度灵敏的扭秤来测量磁系数,然后系统地研究了铁磁性、顺磁性和抗磁性。他确定了顺磁性磁化率与温度成反比——即居里定律及其相关的居里常数——更重要的是,他确定了每种铁磁物质都有一个临界温度,超过该温度其铁磁性就会消失。这个阈值被称为居里温度,现在用于解读板块构造中海底的磁记录、用于热疗、测量咖啡因以及推断其他世界的磁场。
这两个结果的背后是一个他以一般形式阐明的原理:如果原因中不存在某种不对称性,物理效应本身就无法表现出这种不对称性。他用在引力场中分选的沙子来说明这一点,沙子颗粒的定向排列反映了作用于其上的场的不对称性。这是19世纪物理推理中最持久的成果之一,它纯粹是皮埃尔式的——抽象、几何化,且关于自然被禁止做什么。
玛丽
他在物理学家约瑟夫·维鲁什-科瓦尔斯基(Józef Wierusz-Kowalski)的介绍下结识了玛丽亚·斯克沃多夫斯卡(Maria Skłodowska),并将其作为学生带入自己的实验室。他的求爱方式展现了一位从未追求过女性的男性的特征:“如果我们能生活在一起,沉迷于我们的梦想,那将是一件美妙的事情,”他写信给她说。她起初拒绝了他。他们于1895年7月26日结婚——也就是他最终获得博士学位的同一年。
从1895年起,两人共同研究放射性,这是一个由他们创造的词。1898年12月26日,他们与M. G. 贝蒙(M. G. Bémont)一起宣布发现了镭和钋,这是通过对沥青铀矿进行分馏分离出来的,实验条件在包括他们自己在内的所有人看来都是极度糟糕的。一个多世纪后的2015年,美国化学学会历史部门为那篇论文颁发了化学突破引用奖。
皮埃尔在放射性工作中的具体贡献具有典型的工具性和物理性,而非化学性。利用磁场,他证明了放射性物质的辐射分为三类——带正电、带负电和中性,我们现在称之为阿尔法、贝塔和伽马射线。他与学生阿尔伯特·拉博德(Albert Laborde)发现镭会持续释放热量,这是核能作为能源的首次鉴定。两位居里夫妇都故意用镭灼伤自己,以表征其对肉体的影响,这便是放射治疗的起源,最终也导致他们两人患病。
迟来的认可
1903年,英国皇家学会邀请他在伦敦展示这项工作,开尔文勋爵(Lord Kelvin)出席了讲座,并授予居里夫妇戴维奖章。同年,皮埃尔与玛丽及亨利·贝克勒尔(Henri Becquerel)共同分享了诺贝尔物理学奖,使居里夫妇成为第一对获得该奖项的已婚夫妇——这是一个将陆续获得五个奖项的家族的开端。他于1904年获得了马泰乌奇奖章,并于1909年被追授埃利奥特·克雷森奖章。他于1900年被提拔为理学院教授,1904年成为名誉教授,并于去世前一年的1905年当选为科学院院士。
他是一位无神论者,但仍对查尔斯·里歇(Charles Richet)和卡米尔·弗拉马里翁(Camille Flammarion)的精神主义实验进行了调查,于1905年6月参加了尤萨皮亚·帕拉迪诺(Eusapia Palladino)在巴黎的降神会并做了详细笔记——不是出于轻信,而是因为他认为无法解释的现象可能与磁学中未解的部分有关。
为什么皮埃尔被称为天才
这种品质是一种罕见的结合:抽象的对称性推理与世界级的仪器制造能力集于一身。大多数物理学家只有其中一种。皮埃尔的不对称性原理是高深理论——对自然由给定原因产生什么效应的约束——而它出自同一个亲手建造扭秤和石英静电计的人之手,这种仪器灵敏到足以探测到其他人无法测量的电流。居里温度和居里定律以他的名字命名是因为他发现了它们,但仪器才是更深层的线索:他能思考寻找什么,然后制造出能看到它的东西。
反面案例也值得诚实地陈述,这主要涉及功劳问题。压电现象的发现是与他的哥哥雅克共同完成的,他们之间智力劳动的分工已不可考。放射性研究是玛丽的计划——沥青铀矿的分馏,艰苦的化学磨砺,都是她的工作,而皮埃尔加入了一条她已经开启的研究路线。从气质上讲,他是一个心不在焉、不谙世事的人,在费心攻读博士学位前,他做了17年的演示员和实验室主管,这让法国物理学损失了他最好的几年。他在46岁时去世,没能进行任何晚期的综合。幸存下来的不是一套系统,而是少数几个被证明具有承重意义的结果:压电效应、居里点、对称性原理、辐射的三分类。
遗产
1995年4月,皮埃尔和玛丽的遗体从家族墓地移至先贤祠。他的名字现在是一个温度单位、一个定律、一个常数,以及半个科学王朝的代称——伊雷娜和弗雷德里克·约里奥-居里(Irène and Frédéric Joliot-Curie)、艾芙·居里(Ève Curie)、海伦·朗之万-居里(Hélène Langevin-Joliot)、皮埃尔·约里奥(Pierre Joliot)。你正在阅读此文的设备中的石英振荡器也来自他的发明。

