历史上最有影响的100人: 58. 安托万·亨利·贝克雷尔

1896年贝克雷尔就所发现的现象发表了七篇科学论文。一些科学家读后产生了兴趣,并随后就一些课题做了补充研究,玛丽·居里就是其中之一。她很快就知道钍元素也具有放射性,与丈夫皮埃尔合作,还发现了两种以前不知的元素──钋和镭,两者都是放射性元素(附带一句,是居里夫妇首先使用“放射”一词来描述这种现象的)。

30岁的玛丽·居里正在选择她的博士论文,为了寻找有吸引力的课题,她把近几年的科学期刊,差不多翻了个遍。在翻阅大量的文献过程,她对贝克勒关于由射线的论文产生了兴趣,由于射线神秘兮兮,谁也弄不清楚它的能量是从哪儿来。受对未知事物探究内心冲动的驱使,玛丽·居里觉得这个问题很有研究价值。她选择这个课题,还有一个原因,贝壳勒尔的发现,尽管引起了很大的轰动,但接下来的研究工作并没有取得普遍的重视,因此选择这个课题研究成功的可能性比较大。

亨利·贝克勒尔是法国科学院院士,擅长于荧光和磷光的研究。1895年底,伦琴将他的初步通信:《一种新射线》和一些
X射线照片分别寄给各国著名的物理学家,其中包括法国的庞加莱(H.Poincare)。庞加莱是著名的数学物理学家、法国科学院院士。1896年1月20日法国科学院开会,他带伦琴寄给他的论文,并展示给与会的科学家。这件事大大激励了亨利.贝克勒尔的兴趣。他问这种穿透射线是这样产生的?庞加莱回答说,这一射线似乎是从阴极对面发荧光的那部分管壁上发出的。贝克勒尔推想,可见光的产生和不可见X射线的产生或许是出于同一机理。第二天他就开始实验荧光物质会不会产生X射线。然而,贝克勒尔最初的一些实验却是失败的。正在这个时候,庞加莱在法国一家科普杂志上发表了一篇介绍X射线的文章,文章有一次提到荧光物质是否会同时辐射可见光和X射线的问题。贝克勒尔读到后非常很受鼓舞,于是再次投入荧光和磷光的实验,终于找到了铀盐有这种效应,他用厚黑纸包了一张感光底片,纸非常厚,即使放在太阳下晒一整天也不至于使底片变翳。他在黑纸上面放一层铀盐,然后拿到太阳下晒几个小时,显影之后,他在底片上看到了磷光物质的黑影。然后他又在磷光物质和黑纸之间夹一层玻璃,也作出同样的实验,证明这一效应不是由于太阳光线的热使磷光物质发出某种蒸气而产生化学作用所致。于是得出结论:铀盐在强光照射下不但会发可见光,还会发穿透力很强的X射线。

但是令人对射线格外感兴趣的问题是其所含的能量。放射性物质显然会释放出巨大的能量,看来能量除可能来自原子内部以外别无它处。这非常令人吃惊,因为在发现放射现象以前,没有谁认为原子含有大量的能量。

分离含铀的沥青矿碴

贝克勒尔这一结论并不正确,一次偶然的机遇使他作出了真正的发现。

1896年前,伦琴发现了X射线,在科学界引起了巨大的轰动。伦琴用阴极射线管产生出X射线。贝克雷尔考虑到通过普通太阳光对磷光物质的作用是否也可以产生X射线,他的实验室里有一些硫酸钾铀晶体,他知道这是一种磷光化合物,于是就决定利用它做下列实验:首先把一张照像底片用一种很厚的黑纸包起来,以确保可见光照不到底片上去,随后把磷光晶体放在包好的底片上并使其暴露在阳光下。结果他后来洗底片时发现了上面有晶体的图像。

利用压电石英静电计,玛丽经过非常细致和耐心的测量,得出一个重要的结论:铀射线的强度与铀化合物当中铀含量成正比,与铀化合物的组成无关,也不受光照、加热和通电等因素的影响。这个结论进一步证实了贝克勒尔“铀射线的发射是一种原子的自发过程”。

1903年诺贝尔物理学奖一半授予法国物理学家亨利。贝克勒尔(Antoine Henri
Becquerel ,1852
-1908),以表彰他发现了自发放射性;另一半授予法国物理学家皮埃尔。居里(Pierre
Curie ,1859 -1906)和玛丽。斯可罗夫斯卡。居里(Marie Sklodowska ,1867 –
1934),以表彰他们对贝克勒尔发现的辐射现象所作的卓越贡献

1903年贝克雷尔与皮埃尔和玛丽·居里一起获得诺贝尔物理奖。他于1908年在德国格瓦济城逝世。

1898年初,玛丽发现除了铀之外,钍也是一种放射性元素,正是这个发现,玛丽决定把研究的范围扩大到铀和钍以外的化合物,包括测试大量的自然矿石。她缜密的逻辑思维能力,使她产生了一个更大胆的设想,既然放射性是一种原子的特性,那么更强的放射性就意味着有新的元素存在。同样量的铀盐和含铀的沥青相比较,含铀的沥青放射性强度要比纯铀盐要强4倍多,这说明含铀盐的沥青中还含有其它新元素。

公元1852~公元1908

1897年底,玛丽.居里在比埃尔·居里的帮助下,在理化学校找到了一间小房间,建立了她第一个独立的实验室,开始玛丽只是重复贝克勒尔做过的实验,在重复实验当中,她做了一个很关键的改动。为了更精确的观测铀射线的强度,她没有采用贝克勒尔使用的底片感光的方法,而是采用比埃尔·居里和他的哥哥雅克·居里共同发明的压电石英静电计,来精确测定铀射线的强度。贝克勒尔是根据底片感光程度,或者验电器金属箔下垂的快慢,来猜测铀射线的强度,这些方法根本无法做到定量的控制和测量。

放射线的发明者安托万·亨利·贝克雷尔1852年出生在法国巴黎。他受过良好的教育,1892年获得博士学位。1892年他开始在巴黎自然博物馆担任应用物理学教授。说来也巧,他的祖父和父亲先前都曾担任过这种职务,而后来却都成为内科医生。再后来他的儿子也有过这样类似的经历。1895年贝克雷尔成为巴黎综合工科学校的物理学教授。1896年就是在这所学校他做出了使他成名的伟大发现。

贝克勒尔已经发现铀天然放射性的三种效应,能够使照相底片感光,可以使气体分离,对不同物质有不同的穿透力。他采用的测定方法无法做到定量的分析,使他忽略了后两种效应。玛丽·居里的高明之处,在于它的方法,利用了放射性的电离效应,可以通过补偿法精确测出铀射线的强度。

显然这里所牵涉的物质不是普通的磷光物质。贝克雷尔做出明智的决定,放弃原来的计划,开始研究偶然遇到的这种奇怪现象。他很快就发现由铀盐放射出的射线不是X射线,一时被称为贝克雷尔射线。贝克雷尔还发现这种新型射线可由任何一种钠盐放射出来,而不仅仅是他最初研究的那种放射。事实上他发现金属铀甚至也具有放射性。由于放射线与铀的化学形式毫无关系,因而贝克雷尔认识到放射并不是一种化学原因而一定是铀原子本身所具有的一种性质。

居里夫人

其他科学家,其中包括欧内斯特·卢瑟福和弗雷德里克·索迪也对放射现象进行过研究,结果很快发现贝克雷尔射线是三种性质不同的射线。科学家把它们命名为α射线,β折射线和γ射线,并开始研究它们各种不同的特性。

在认识玛丽之前,比埃尔已经有了许多卓越的发现,比如用他的名字命名的居里精密天平,居里定律,居里温度等等,这些概念对磁学的研究,至今仍然非常重要。比埃尔和雅克发现了晶体的对称性和电压现象之后,又独立推广了对称原理,把它应用到许多物理现象当中,比埃尔也是第一个把群论的概念引进到物理学领域的人。

起初贝克雷尔认为他成功地发现了一种新的X射线源。后来他偶然发现这种铀化合物即使不首先暴露在可见光下,也会发出有穿透能力的射线。有一天,天空乌云密布,贝克雷尔已无法准确地重做他的实验,于是就把实验物质──磷光晶体和仔细包好的照相底片放在一个抽屉里,这就没有首先使晶体暴露在阳光下。可是几天后他又决定冲洗这未用的底片,出乎意料的是底片上有一个晶体图像。

1882年当玛丽还只有15岁,她在一所公立高中念书的时候,23岁的比埃尔·居里已经被任命为巴黎市理化学校物理实验室的主任。比埃尔的哥哥雅克·居里也非常喜爱物理,他在1880年发现了晶体的压电效应,就是石英、电气石、酒石酸钾钠等不对称的晶体,在外力的作用下,因为极性而使两端表现出电势差的现象,这就是晶体的正压电效应。后来比埃尔加入到雅克的研究当中,继续进行这个实验,又确定了产生压电效应的条件和变化的规律。1881年发现了这一效应的逆反应,也就是逆压电效应,他们还根据压电效应制造出非常精密的静电计。这种静电计可以准确的测量非常微小的电量,被称为压电石英静电计。

但是我认为贝克雷尔比在制造原子弹中起到更直接作用的人中的任何一个(如果利克·费米)都要重要得多。1895年以前,没有谁在理论上证明竟会有放射现象确实存在。但是这个关键性的发明一经做出,这个领域随后的进展在一定程度上似乎是不可避免的。

在黑暗的棚屋里,镭宝贝就装在一只极小的玻璃容器里,它自动的发出蓝色的荧光。玛丽恍如进入梦幻般的世界,在那首次看到荧光闪耀的一晚,被永远铭刻在记忆中。

贝克雷尔在这本一百个最有影响的人物名册中应排在什么位置上呢?当然把发展核动力和核武器的全部功劳都归于贝克雷尔是不完全合情合理的,因为许多人都为此做出了贡献,但是贝克雷尔对放射线的发现是在科学史上引起重大发展的发现之一。事实上贝克雷尔与雷汉胡克非常相似,正如雷汶胡克在一滴水内发现了一个难以想象的崭新的微生物世界一样,贝克雷尔在原子内部发现了一个意想不到的崭新世界。两人都是在无意中做出了各自的发现,但是他俩以前若不是一直都在做认真的研究的话,就谁也不会有各自的伟大发现。

然而居里夫人是不会放弃的。比埃尔非常了解玛丽性格坚韧的程度。玛丽就是这样一种人,她想要做的事就要做到,她想离析镭就一定要把它离析出来。镭终于在顽强的对手面前屈服了!1902年,居里夫妇宣布镭可能存在之后的45个月,玛丽终于打赢了这场持久战,提炼出了一分克的纯镭,而且初步测定了镭原子量225.93。

有几个理由可以说明放射线是重要的。第一,它有好几种直接的实际应用,例如,有时用来治疗癌症;第二,放射线在科研上是一种很有用的工具,它可使我们获得原子核结构的信息;放射性追踪物用于生物化学研究;放射测定日期是考古学和地质学研究的一项重要工具。但是放射线所带来的最最重要的意义是它的存在清楚地表明了原子内部潜藏的巨大能量。在贝克雷尔做出发明以来的五十年中,就发明了在瞬间释放出大量原子能的技术(落在广岛上的那颗原子弹是用铀制造的)。当然核反应堆可以控制原子能以较慢的速度释放出来。

玛丽的研究工作,除了生孩子那几天外从来就没有间断过,既然她已经确信有了新的放射性元素存在,那她就一定要把这种新元素给找出来。玛丽生活的时代,人类总共发现了大约80种元素,每种元素的发现都使它的发现者在科学史上千古留名,如果她能够使元素的大家族再添上一种,这是多么有价值,多么吸引人的事情啊!

  58. 安托万·亨利·贝克雷尔
[美]迈克尔·H·哈特 著 苏世军 周宇 译

镭会自动产生一种特殊的气体,镭射线。这种活跃的射线即使在封闭的玻璃管里也会有规律的自我毁灭,很多温泉的水里就含有这种镭射线。