1.铀盐实验

    在我为博士论文收集资料的时候，亨利·贝克莱尔正在进行稀有金属铀盐的实验，这种实验非常有趣，它吸引了我。贝克莱尔将铀盐用不透光的黑纸密封好，然后放在照相的底片上，他发现底片发生了感光，仿佛受到过日光的照射。贝克莱尔认为是铀盐放射了一种特别的射线，这种射线与日光不同，它可以穿透原本不透光的黑纸，让底片发生感光变化。除此之外，贝克莱尔还通过一系列的实验，证明了这种射线可以让验电器放电。刚开始时，贝克莱尔以为铀盐射线是因为铀盐通过日光曝晒产生的，但他后来才发现，即便铀盐在黑暗中存放几个月之后，还是可以产生铀盐射线。

    皮埃尔和我一样对这种新发现的射线具有浓厚的兴趣，我们下定决心要对其性质进行更深一步的研究。那么，第一步就是要对这种新的射线进行精准的定量测量。于是，我从它可以让验电器放电这一特征开始入手，但我没有像贝克莱尔那样使用一般的验电器，而是使用了一种能定量测量的设备。当时那些被我用来测量铀盐射线的设备模型，现在已经陈列在了美国费城医学院里。

    不久后，我们便找到了一份有趣的答案。通过实验，我们发现这种射线的放射其实是铀元素原子的一种特性，与铀盐的物理和化学性质都没有关系。任何铀盐，它只要含有铀元素，就可以产生射线，铀元素越多，射线就越强。

    这也让我产生了一个新的兴趣，那就是想弄清楚还有没有其他的元素可以像铀一样放射出相同的射线。所以，没过多久我就发现，钍元素也具有这样的特性。而且，就在我准备进一步研究铀与钍的放射性时，我又发现了一个更为有趣的情况。

    我们的实验研究持续了几个月的时间，其间除了短暂的假期之外，我们从未离开过实验室。我们的研究成果正在一步一步地显现，我们的科研之路也正在走向成功。所以，我们越来越有信心了。不久之后，我们的研究工作也渐渐获得了人们的关注，我们不仅可以购买到更多的铀沥青矿废渣，而且还可以用工厂的设备进行第一步的提炼。如此一来，我们便可以抽出更多的时间去做更为精确的分离工作，这真是帮了我们的大忙。

    研究工作进行到了这个阶段之后，我专门负责纯净镭的提炼，皮埃尔则负责研究新元素散发的射线的物理性质。当时，我们得出了一个确切的结论，那就是处理完一吨含镭量极高的铀沥青矿废渣，也仅仅只能获得几分克的镭。

    1902年，我们分离出来的物质终于呈现出了它本身所具有的性质，它有着与其他元素都不一样的特殊光谱，我们确定它的原子量值远远大于钡。这一年，我们终于提炼出来一分克极为纯净的氯化镭。同时，我们掌握了镭是一种独立元素的必要证据。这一工作，足足花费了我们四年的时间。实际上，如果是在设备齐全、资金充足的情况下，估计一年就足够了。好在我们的努力没有白费，这四年时间求得的结果为放射性这门新学科奠定了基础。

    几年之后，我又提炼出了几分克绝对纯净的镭盐，并更为精准地测定出了它的原子量。在此之后，我还提炼出了纯金属镭元素。不过，人们依旧将1902年标记为镭的发现及确定性质的年份。

    我曾用放射性方法检验过不少矿石。如果这些矿石可以产生相通的射线，那也能证明他们含有铀或钍。如果这些矿石的放射线强度和它们所含有的铀或钍的成分的关系成正比，那便没有什么稀奇。但事实上并不一样，有些矿石的放射线强度居然是铀的三到四倍。我对这个新的发现进行了反复的实验和核对，最后证明这是一个千真万确的事实。经过反复严谨的分析，我得出了一种解释：有一种未知的元素存在于这种矿石中，它的放射性比铀或钍更为强大。我把分析表拿给皮埃尔看，他表示很赞同。于是，我迫不及待地想要发现这一未知的元素。我坚信只要我们夫妻一起努力，就一定可以看到成效。不过始料未及的是，随着研究的一步步深入，我们不知不觉地就走上了一条新的科学之路，而且从此之后，就再也没有离开过这条路。

    我之前并没有对这种矿石含有较多新元素抱有期望，毕竟它早已被人反复研究分析过。我的初步估计是，这种矿石的新元素含量不会超过百万分之一。但随着研究的进行，我才发现，事实上我还是高估了，它真正的含量远远不及百万分之一。这也进一步说明了一个问题，这种新元素有着惊人的放射性。倘若一开始我们就知道这种新元素的含量如此稀少，我还真不敢确定，自己是不是可以义无反顾地坚持下去，因为我们设备很差，经费又极少。现在想起来，幸好当初不知道难度那么大，所以才能满怀信心地走上这条新的研究之路，直到真正发现阻碍重重、无路可退的时候，也只能硬着头皮一直走下去了，而那些不断发现的新的研究成果，正是让我们一次又一次忽略困难的全部动力。经过数年时间的勤奋努力和刻苦钻研，我们终于提炼出了这种新元素，它就是今天众所周知的镭。现在我来简略地介绍一下镭元素的研究过程。

    一开始进行研究时，我们对这种未知的元素还很陌生，除了知道它有极强的放射性之外，对它本身的化学性质一无所知。于是，我们干脆抓紧它的放射性这个唯一的特征，对它进行深入研究。首先，我们要想方设法去圣约阿希姆斯塔尔运铀沥青矿，并对它们进行分析和研究。在使用常用的化学分析法之外，我们还使用了皮埃尔发明的精密计电器，可以更为精准地测量镭元素各个部分的放射性。后来，这样的分析法不断被他人采用和改善，而且他们也因此发现了另外几种放射性元素。现在，这种方法已经成为一种新型化学分析法的基础。

    大约只研究了几个星期的时间，我们就坚信之前的估测是正确的。因为那个未知新元素的放射性一直都在按照它自己的规律倍增。几个月后，我们又从铀沥青矿中提炼出一种与铋混合在一起的元素，它的放射性远远超过了铀元素，而且具有非常明确的化学性质。1898年7月，我们正式向外宣布这种新元素的存在，并将它命名为钋[1]，以此表达我对祖国波兰的深切怀念。

    在发现钋的同时，我们还在铀沥青矿含有的钡盐成分中发现了另外一种未知的元素。为此，我们又紧密工作了几个月，终于提炼出第二种新元素，后来我们才知道，它比钋更为珍贵。1898年12月，我们宣布了这一成果，并将这种新元素命名为镭。

    尽管我们发现了这两种新元素，但依然有许多工作等待着我们去完成。因为我们之前只是运用放射性这一特征，从铋盐和钡盐中提炼出新元素来，过程艰难，数量也是微乎其微。而现在，我们必须以纯元素的形式将它们分离出来。我们一刻都不敢休息，马上投入了研究工作。

    这项工作可谓困难重重。首先，我们的设备条件太过落后；其次，我们需要大量的原矿来进行化学实验。我们没有经费购买那些原矿，也没有一个像样的实验室来做分析实验，更没有任何助手来帮忙。我们必须依靠自己，一点一滴，从头做起。我姐夫曾说我在巴黎上大学的那段时间是我人生中英勇顽强的一段岁月，那么我现在可以毫不夸张地说，我与皮埃尔一起从事这项研究工作的时期，是我婚后生活中最为英勇伟大的光辉岁月。

    通过先前的实验，我们坚信，在圣约阿希姆斯塔尔炼铀厂冶炼后的铀沥青矿废渣里，一定有镭元素的存在。这家工厂在奥地利的管辖范围内，我们通过协商，可以免费使用这些废渣。废渣对于他们没有价值，我们却视若珍宝，只是，如何把它们带回巴黎，就成了一件让人头疼的事情。过程可谓费尽周折。最后，我们把这些褐色的废渣混合松针装在袋子里，一袋一袋地运到巴黎，看到它们摆在我们的实验室门前的那一刻，我高兴得简直要跳起来。而且，后来通过检测，这一袋袋废渣的放射性居然比原矿更强烈，更是让我们惊喜不已。这些没有经过任何处理的废渣，原本只是当成垃圾堆放在工厂外面的松树林里，但来到巴黎后，它们就要派上大用场了，真是感谢上天的眷顾，让它们助我们一臂之力。后来，奥地利政府在维也纳科学院的请求下，又将好几吨重的这种废渣以非常低廉的价格卖给了我们。除了我那位美国女友赠送的镭是在其他矿石里提炼出来的之外，我们从实验室里分离出来的镭，全是来源于这些废渣。

    皮埃尔·居里任职的物理和化学学校设在罗兰学院的古旧楼群之中。皮埃尔在那里工作了二十二年，几乎是他科研生涯的全部时间。他先担任实验室主任，后来又当上了教授。这些现在已经拆除了的古老大楼，已经与他的回忆紧密地关联在了一起。在那幢大楼里，他度过无数个完整的白天，只有夜色深沉时，他才会回到他父母亲当时居住的乡间。他对自己的工作很满意，感觉非常幸福，这一部分源于创建者舒赞贝格校长对他的关怀和友谊，另一部分则是源于学生们对他的敬重与热情，有好几个学生都成了他的弟子和密友。他在生命里的最后几年里，曾说过一段话，一次在巴黎大学做演讲时说的结束语：

    在这里，我想特别值得一提的是，我们所有的研究工作都是在巴黎市政府的物理和化学学校进行的。不管是哪一种科研成果，都与人们身处的工作环境相关，而且，一部分的成果应该是受益于这种环境的影响。舒赞贝格是学校的首任校长，也是一位优秀的科学家，我记得当我还在做教辅人员的时候，他就为我提供了良好的工作条件，这让我一直心怀感激。后来，我的妻子玛丽·居里能和我一起工作，也是舒赞贝格的义举。因为在当时那个时代，他那样的举措已经是一种标新立异的改革。舒赞贝格作为我们工作环境的管理者，赋予了我们大家一个非常自由的空间，而且，他对科学的热情也时刻在感染着大家，让我们深有感触。而整个环境则由物理和化学学校的教师加上毕业生们组成，在亲密、轻松、成果累累又相互激励的氛围里工作，对我有着很大的帮助。我们的合作伙伴和朋友，正是在学校的老校友中找到的。能在这里向大家表示感谢，我也感到非常高兴。

    在他刚担任教职的时候，他和他的学生们年纪相仿，所以学生们都很喜欢他，因为他的行为举止都表现得很谦和，给人的感觉既像是老师，又好像是同学。在他教过的学生当中，至今还有一些人能满怀激动地描绘出昔日学习的种种情况，他会积极热情地在黑板上与同学们一起讨论科学问题，这对大家的学习成长和兴趣萌发都大有帮助。

    1903年，他参加了学校老校友会举行的一次聚餐，当时，他还饶有兴致地和大家谈起当年发生过的一次小意外。有一天，他和几个学生在实验室里不知不觉工作到很晚，当大家想离开的时候，却发现门已经落锁了。后来，大家只好挨个顺着二楼窗户旁边的一根管道溜下去。

    他是个矜持又腼腆的人，一般来说，很不容易融入大集体中，但是因为工作的关系，经常和他相处的那些人却很爱戴他，因为他真正的性格是亲切又随和的。在他的一生中，他的下属们都很喜欢他。

    学校里有一个小伙子是皮埃尔实验室的助手，在生活上过得很艰难，皮埃尔曾在他困难时帮助了他，所以，他对皮埃尔一直心怀感恩和崇敬。

    尽管皮埃尔与他哥哥分居两地，但他依然与哥哥维系着往日的亲密与信任。每次到放假的时候，雅克·居里就会前来看望皮埃尔。于是兄弟俩又可以开始研究合作了，他们非常乐意把这段自由的时间奉献给共同爱好的科研实验。皮埃尔有时也会去看雅克，因为雅克当时正在奥弗涅做地质绘图的工作，他便同雅克一起去实地勘测。

    下面就是他对其中的一次踏勘工作的回忆，来源于他在我们结婚前不久写给我的一封信，由我摘录于此：

    我非常高兴可以和我哥哥一起度过这段时光，可以抛却一切烦恼，独自享受我们所习惯的生活方式，哪怕我们所处之地连一封信都收不到，因为我们每一天都不知道第二天会去哪里工作，会在哪里入睡。有时候，我觉得我又回到了我们生活在一起的那个年代。真没想到，我们居然在任何事情上都能有着一致的看法。所以，我们的默契已经达到不再需要用言语来过多阐述一件事情的程度了，完全可以做到心有灵犀。能做到这一点是非常难能可贵的，毕竟我们的性格截然不同。

    如果单从科学研究的角度来看，皮埃尔·居里受聘于物理和化学学校，的确耽误了他初期的实验性研究。因为他刚去任职的时候，这所学校正在创建中，还没有任何东西，连围墙和隔板都是刚刚弄好的。皮埃尔·居里必须全程负责组织学生实验的工作。他以新颖别致的风格和精细的科学家思想出色地完成了这项任务。

    学生人数很多，大约每班三十名，当时皮埃尔还只有一个实验室的助手帮忙，这对于年轻的他来说，带这么多学生做实验，本身就是一件艰难的事。所以，刚开始的几年，他的工作无疑是艰苦的，但对于那些被他指导的学生来说，却在教育与培养方面都大为受益。

    自身实验研究的机会被迫中断后，皮埃尔·居里只能尽可能地多补充一些科学知识，尤其是数学方面的知识。当时，他已经成为晶体学和物理学理论研究方面的佼佼者。

    1884年，他先是发表了一篇以晶体对称研究为基础的有关增长序和重现的论文，而后就同一论题做了一个更为广泛的报告。1885年，他再次发表了关于“对称与重现”的论文。同年，他又以晶体的形成和不同面的毛细常数为论题，发表了一篇非常重要的理论文章。

    我们从这一篇又一篇发表的论文可以看出，皮埃尔·居里是多么关注晶体物理。无论是理论性研究，还是实验性研究，在这一领域，他都围绕着一个很基本的原则，即对称原则。之前，他在文章中一点一点地提出和论证这个原则，直到1893年至1895年，他才在所发表的论文中最终将其确定。

    下面就是他给这一论证所提出的方式，今后，定将成为经典：

    如果某些原因产生了某些效果，原因的对称因子应该在所产生的效果中再次出现。

    如果某些效果显示出某种不对称时，这种不对称应该在使之产生的原因中再次出现。

    以上两种假设的逆命题不一定正确，至少在实际之中不是这样，即所产生的效果可以比原因更加对称。

    这个看起来简单实际上却非常完美的论证，所具有的极大的重要性就是，它所引入的对称因子一定与所有物理现象关联，没有任何例外。

    在对自然界中可能存在对称群这一现象进行深入研究时，皮埃尔·居里获得了指引，他很快表明，可以利用这种既是几何学又是物理学特性的资料去预见某种现象是不是会产生，或者说，预见它不可能产生在所考虑的条件下。在一篇论文的前言部分，他是这样强调的：

    我以为，在物理学中引入晶体研究者们所熟悉的对称概念，是极其必要的。

    尽管皮埃尔后来转向其他的研究，但他在晶体物理研究的这条道路上取得了硕大的成果，而且，他始终对晶体物理保持着浓厚的兴趣，并且为这一领域拟定了许多新的研究计划。

    对称原理是非常重要的一个原理，它让皮埃尔·居里念念不忘的原因之一，应该就是这些原理数量虽然不多，却是研究物理现象的指导者，它们蕴藏于由实验所提供的概念内，但又逐渐摆脱这种概念，以一种愈发普遍也愈发完美的形式存在。因此，热当量和功当量的概念便被补充到动能和潜能的当量概念里，从此建立了已经普及的能的保存原理。同样，从以化学为基础的拉乌瓦齐埃的实验中，也渐渐得出了质量保存的原理。通过这两种原理的聚合，一种令人惊喜的综合便达到了一个更高的普遍性的程度，因为一个物体的质量与其内在的能量成正比的现象已经被证明了出来。对电象的研究，让里普曼提出了电的保存的普遍原理。卡尔诺原理根据生热装置的运作构思产生，使它能够预测各种物质系统的自发变化，以及变化最有可能的方向，这同样具有非常普遍的意义。

    对称原理提供了一种可比变化的模本。从一开始，对称概念就可以通过对大自然的观察来进行验证：如果矿物质一旦晶体化，就会出现更加完美的规律性。我们可以发现，大自然本身已经为我们提供了对称面和对称轴的概念。如果对称面把物体一分为二，而两个部分又可以被看作是其中一个面里所反映的另一面的形象（就像在一面镜子里那样）的话，那么这个物体就包含了一个对称面或蜃景面。这几乎就是人和许多动物的外貌形象所产生的样子。如果将一个物体顺着某一轴线旋转，转到一周的几分之一时，物体恢复到了原来的形状，我们就可以说这个物体具有一个几阶的对称轴线。比方说，一朵整齐的四瓣花，旋转起来就能得知一个四阶对称轴线，或四阶轴线。像岩盐或明矾这样的晶体，就具有好几个对称面和好几个不同序的对称轴。

    研究一种被限定的形象，如多面体，它的对称因子和在这些因子中间发现使它们聚集成堆的一些必不可少的关系，是几何学教会我们的。要把晶体形式合理地排列成一个数量不多的系，就必须了解这些堆体。其中每一个简单的几何形式，都可以衍变成一个系。所以，正八面体就和立方体属于同样的系，因为从研究数据可以发现，对称轴和对称面所组成的堆体在两者情况下都是相同的。

    在对晶体物质的物理属性的研究中，考虑这种物质的对称性也是非常有必要的。这种物质通常都是各向异性，也可以这样说，当介质（如玻璃或水）是各向同性的（在这种情况下，各个方向都是相等的）时，它的特性就没有在各个方向中相同的。这个晶体的对称因子，就是光学研究首先指出的光在一个晶体里的传播依据。而且，在导热性或导电性，磁化与极化方面来说，都是一样的道理。

    在思考这些现象的因果关系时，皮埃尔·居里又被引导去完善对称的概念，相对一个现象出现在其中的介质而言，他认为这种概念是独有的空间状态。为了确定自己的想法，他首先就要确定介质的结构，还要确定它的运动状态和它所从属的物理因子。那么，一个直圆柱体就具备垂直于它在介质中的轴的一个对称面，以及通过这个轴的无数个对称面。但是，如果同一个圆柱体围绕着它的轴旋转，那么除了它的第一对称面还存在，其他的就会全都被取消；如果同时有一股电流纵向通过这个圆柱体，那么所有的对称面都不会存在了。

    无论什么现象，都必须确定与其存在相容的那些对称因子：在这些因子中，有一些可以与某些现象共存，但它们不是必不可少的。所以必须确定，是不对称在产生现象，而不是因为它们中间某一些的存在。当好几个现象在同一个系中重叠时，不对称就自动增多。（参见皮埃尔·居里《论文集》第一百二十七页）

    一如上述结论所说，皮埃尔·居里阐释了一种普遍原理。在对这一普遍原理的研究上，他的《论文集》（参见第三十七页）已经达到了普遍性和抽象性的极致。如此一来，得出的综合结论似乎已经成决定性，余下的只需要由此而去推论它所包含的全面发展。

    所以，应该对每个现象独有的对称进行确定，并把那些对称群进行归属分类。有着同样称之为“标量”对称的质量、电荷、温度，可以分为圆球形对称。属于矢量对称性的水流或单向电流，可以分为“极矢量”一类。至于正圆柱体的对称，则属于“张量”一类。这种归类的方法适合所有晶体物理学研究，但在使用这种方法的过程中，不必指定所研究现象的具体情形，只要观察一下它们的各物理量在几何和解析上的因果关系就可以了。

    所以说，研究电场所产生的极化效应，就等于是在研究两个矢量之间的联系，并列出一组含有九个系数的线性方程式。这种方程式的意义就在于，对其中的任何一个系数加以修改，都可以用来代替导体中的电流与电场的关系，或热流与温度梯度的关系。同理，在研究矢量与张量之间的普遍性关系时，也可以显示出压电现象的各种特性。除此之外，属于晶体弹性的每一种现象，也都可以通过两组张量间的关系来决定。不过，表述这些张量一般需要三十六个系数。

    通过以上简单的阐述，我们也可以初步了解自然现象中所有对称性在理论上的巨大的重要性，而皮埃尔·居里已经用他明确的方式将这种深远的意义进行了表述。非常值得一提的是，巴斯德在观察生命时也曾阐释过同样的观点，他这样说道：“宇宙就是一个不对称的整体，所以我认为，我们所看到的生命都在受宇宙不对称作用的影响，或者说，我们的生命就是这种不对称性所产生的结果。”

    当皮埃尔在学校里的工作慢慢进入有序状态，他便开始考虑继续进行自己实验研究的事了。但当时没有良好的实验研究的条件，学校不能为他提供专用的实验室，因为已经没有一间空房可以使用，研究经费也一直没有落实。幸好在学校工作了好几年之后，在舒赞贝格的支持下，他才获得每年一笔的研究经费，但也甚是微薄。而且，还是因为舒赞贝格校长的特别照顾，他可以从学校教学实验室的日常开支中调拨一部分实验器材，至于那所谓的日常开支经费，真的就有点少得可怜了。他永远不能自由自在地使用实验场所。有时，他会去学生们不用时的大课堂里做一些实验，在楼梯底下或是学生实验室里去做自己的实验也是家常便饭。就是在这样艰难的条件下，他完成了长久而成效卓越的磁学研究。

    皮埃尔的这种科学研究状况是不正常的，而且明显不利于他的事业。不过，如果说到唯一有利的地方，那就是他可以在科研过程中更多地和学生接触，学生们也能更多地参与他的那些科学研究实验。

    在1889年到1891年这三年间，皮埃尔开始针对“直接称量最微小量的精密天平”这一高深的科研目标进行重新实验。这种天平不再使用小砝码来称量，取而代之的是一个装在天平骨顶端的测微计，通过显微镜来读数。这种天平还有一个优点，它装有空气阻尼器，可以迅速平稳天平两臂的摆动，让读数变得更直接，几乎无需等待。与旧式的天平相比，它得到了极大的改良，特别是在称量的速度上，有非常大的上升空间。而且通过化学分析实验来看，称量的快慢将直接影响到精确性。所以，这种新式的天平受到了化学分析实验室的欢迎，也可以说，皮埃尔发明的这种天平，彻底革新了天平制造业。但这种新式天平的发明并不是完全依靠经验成功的，而是他先精心研究了阻尼运动，再在一些学生的帮助下绘制出曲线图表，进一步证实他的推论之后，才获得成功的。

    大约是在1891年，皮埃尔·居里开始对物体的磁性与温度（从常温到1400℃之间）的关系进行长达数年的系统研究。1895年，在巴黎大学的教师会议上，他以博士论文的形式宣读了研究结果，并以精确简明的语言加以叙述。在文章中，他如此写道：

    根据物体自身的磁性，物体可明确地分为三类：抗磁性物体、弱磁性物体、顺磁性物体[2]。通常情况下，这三类看上去都是截然不同的。而这项研究的主要目的就在于探究这三种状态之间是不是存在着过渡，能不能让某一种物质按照顺序经过这些不同的状态。基于这个目的，我研究了许多处于不同温度和不同磁场的物质，并对它们的磁性进行深度的观察和测量。

    通过实验，我没能证实抗磁性物质与顺磁性物质在性质上的关联，但实验的结果却证实了一些不同性质的原因造成了磁性与抗磁性。而铁磁性物质和弱磁性物质的性质则与之相反，两者之间有着密切的关系。

    从实验方面来看，这项研究显现出了重重的困难，因为必须在温度达到1400℃左右的装置里对极其微小的力（重量仅为百分之一毫克）进行精准的测量。

    一如皮埃尔·居里所清楚的那样，他所取得的结果从理论上看有着极其重要的意义。“居里定律”就是他从中得出的。依照这个定律，物体的磁化系数与它的绝对温度是成反比的。该定律非常简单，完全可以媲美盖·吕萨克的“理想气体的密度与其温度成反比”的定律。1905年，保尔·朗之万就采用了皮埃尔·居里的这一定律，并发表了著名的磁学理论，针对抗磁性与顺磁性的不同起因，从理论上做了进一步的证实。与朗之万一样，后来P.魏斯的重要研究也证明了皮埃尔·居里所得到的结果，这个结果是非常精确且宝贵的。除此之外，皮埃尔还研究了磁化强度与流体密度之间的相似状态，他认为物质处于顺磁化状态的时候，可以与气态相比较；处于铁磁化状态的时候，则可以与凝聚状态相比较。

    在这项研究工作中，皮埃尔一直在探求那些没有被人发现的新现象，他坚信，那些新现象一定有着存在的可能。为了寻找一种具有超强抗磁性的物质，他付出了很多努力，但最终没有获得成功。他还在寻找那些能传导磁性的物质，看它们是不是可以以自由的状态存在着，就像电荷一样。不过在这方面，他也没能得到确切的答案。对于这些研究，他没有发表过什么文章，因为一方面，他本身就很喜欢探询意外的事物，而且可以全身心地投入；另一方面则是，他很清楚追踪现象，探询结果，往往都是无功而返的，而他从没有将著书立说当成目的。

    正是这种对科学研究无私的激情，促使他不想利用自己当初的研究成果去创作博士论文。而当他决心整理刚完成的磁性研究方面的有力成果来作为博士论文时，他已经人近中年，满三十五岁了。

    至今我还能清晰地回忆起他进行博士论文答辩时的情景。我们当时已经是非常亲密的朋友了，所以我应他之邀去参加了他的答辩。当时的评委由布蒂教授、里普曼教授和奥特弗耶教授共同担任。他的朋友们和他的老父亲都是旁听人。后来，他父亲为自己儿子所取得的成就感到非常欣慰。我记得皮埃尔的答辩既精准简洁又有条不紊，得到了评委们的高度赞赏。当评委们跟皮埃尔进行你问我答和交流沟通时，我感觉自己仿佛是在参加一个物理学的讨论会。那一天，小教室里好像还在歌颂人类的崇高理想，这也让我深受触动。

    从1883年到1895年，我回忆起皮埃尔·居里一生中的这段时间，看到的便是他作为实验室主任在学术上取得的成就。在这十几年当中，他成功地把实验室打造成了一个全新的教学单位，发表了一系列重要的理论性文章和深刻的实验研究报告，还制作了一些大受欢迎的新仪器，而在做这一切的时候，他必须时刻面临设备不完善、经费不足的情况。由此可见，是他克服了青少年时期的迷茫与犹豫，将自己的研究方法进行规范，从而让自己卓越的才能得到了发展。

    皮埃尔在国内外的声誉已经与日俱增。在一些诸如物理学会、矿物学会、电气工程师学会的学术团体会议上，他经常会把自己的研究成果拿出来与旁人交流，在各种科学问题的讨论中，他也会积极地发表自己的意见，让在场的人都能静下心来洗耳恭听。

    这个时期，皮埃尔受到了许多外国科学家的高度评价，比如英国著名的物理学家开尔文爵士就对他很是赞赏。在一次科学讨论会上，开尔文爵士与皮埃尔进行了深刻的交流，自此之后，他就一直对皮埃尔心怀赏识和关爱。开尔文爵士曾到巴黎参加了一次物理学会的会议，当时在会上，谈到带有保护环的标准电容器的构造和使用时，皮埃尔认为应该把保护环里的中央圆板用电池充电，保护环则与地面连接，如此一来，就可以用另一块电板上所感应的电荷进行计量。尽管这种构造会导致电线的空间分布变得非常复杂，却可以用静电学中的定理为感应电荷进行计算。其中所运用的公式与普通电容器在均匀电场中所运用的公式是一样简单的。另外，按照皮埃尔的办法，电容器的绝缘性也将变得更好。开尔文当时在会上并不认为皮埃尔的推论是精确的，于是，到了第二天，他居然不顾自己的高龄，亲自来到皮埃尔的实验室来拜访这位年轻的实验室主任，在他的邀请下，皮埃尔和他在黑板上展开了一场精彩绝伦的讨论，直到他心悦诚服为止。随后，他很高兴地称赞了皮埃尔的正确推论。[3]

    尽管皮埃尔·居里成绩斐然，但我们感到惊讶的是，十二年来，他一直都只是担任着一个小小的实验室主任。毋庸置疑，这是因为没有人举荐和关照的原因。这样的一个人如果没有另一个有权有势的人帮助他，就会很容易被人遗忘。另外，还有一个重要的原因，就是他对为了升迁而四处奔走、求人帮忙一事深恶痛绝。自始至终，他都性格独立，光明磊落。如果让他为了升迁而去活动，他是绝对不会答应的。而他就一直这样屈就在这个职位上，每月领取与一个体力劳动者相差无几的三百法郎的薪水，勉强维持着最简单的生活。然而处境如此艰难，他也从未想过要放弃自己的科研工作。

    关于这方面的问题，他曾在给我的一封信中提及：

    有人告诉我，我校的一位教授可能要辞职了，如果是这样的话，我希望可以接替他留下的职位。只是，任何职位都是要自己申请的，这对我来说可是一件麻烦的事情，我实在不习惯做这种有失脸面的事情。我觉得为了这样的目的去听别人的说道和闲话，真是没有比这更难堪的了。我很遗憾，跟您提及这样的事情。

    如果说对于晋升，皮埃尔不喜欢强求，那么对于荣誉和声望，他就更不屑争取了。只要是涉及名誉和奖赏的事情，他都坚定了一个态度，那就是他不仅不相信它们有什么真正的作用，还认为它们只有害处，没有好处。他说过，如果一个人把全部的心思放在了追求荣耀上，那么势必会带来很多苦恼，而且还会把他最崇高的梦想挤到次要位置去，而他的梦想，就是为了热爱而选择的科学研究工作，这也是人类最高尚的情操。可以说，真诚和高尚就是他的道德观，所以他的行为举止时刻与他的思想保持着一致，他从来就是言出必行，表里如一的。舒赞贝格曾多次提议给皮埃尔授予共和国一级教育勋章，这个勋章将会为他带来不少好处，但还是被他婉言谢绝了。在一封写给校长舒赞贝格的信中，他如此说道：

    关于您再次举荐我获取这一殊荣的事情，我真心不胜感激，但我恳切地请求您，千万不要这么做。如果您真的为我申请到了这一荣誉，我想我会因此而处于尴尬之境的，因为我早已下定决心，不会接受任何荣誉。还请校长先生多多谅解，为了不让我贻笑大方，就此取消您的提议吧。如果您这是想向我表示您的关怀，那么您必须明白，您之前尽力让我免除后顾之忧地从事研究工作，就已经是对我最大的关怀了，这将比为我去争取虚名要珍贵得多。但无论如何，在此请收下我的万般感激。

    皮埃尔从没违背过自己的意愿。政府曾在1903年时准备授予他荣誉勋章，也被他拒绝了。不过，尽管他不愿意为了自己的晋升而四处奔走，但在1895年时，他还是升职了一次。当时法兰西学院著名的物理学家马斯卡尔教授非常赏识皮埃尔·居里，还很佩服他的品格和才能，而且在听到开尔文爵士对皮埃尔的高度评价后，更是竭尽全力地向舒赞贝格保荐皮埃尔，让物理和化学学校开设一个物理学讲座，然后聘请皮埃尔来担任教授，让他的才华和品德得到充分的发挥。但是，这一时期，关于皮埃尔实验室缺乏研究经费的问题，还没有得到任何的解决。

    2.镭的发现

    关于1897年皮埃尔在研究晶体生成一事，我已经在前面说过。当时，我自己也在暑假完成了淬火钢的研究，还因此获得国家工业奖励协会的一小笔补贴金。是年九月份，我的大女儿艾莱娜出生了。待身体复原之后，我又回到了实验室继续工作，同时准备博士论文。

    1896年，我们所有的注意力都被亨利·贝克莱尔发现的一个新奇现象吸引过去了。当时，伦琴发现了X射线，所以有很多位物理学家都在针对“荧光物质在阳光照射下是否能发射出类似X射线的射线”而进行研究。包括亨利·贝克莱尔，他当时也在研究铀盐，然后他就意外地发现了一个奇特的现象，与他从前探索的现象截然不同：铀盐可以独立发射射线，而且是一种性质非常独特的射线。就这样，放射性被发现了。

    这就是亨利·贝克莱尔发现的现象：把铀盐摆放在照相底片上，然后用黑纸裹得密不透风，再在暗室里放上几天，结果底片上就会显示出一个影像，这个影像与铀盐在正常日光照射下所显示的影像极为相似。这是因为铀射线穿过黑纸造成了一种显影。而且，与X射线一样，这种铀射线可以让验电器放电，并将验器周围的空气变成导电体。

    亨利·贝克莱尔相信，铀盐的这种特性与放在暗处的时间的长短没有关系，因为即使把它放在暗处好几天，它依然存在放射性的特性。那么不禁让人想探究，这种能量从何而来？尽管这是一种微乎其微的力量，但它确实不断地从轴盐中放射出来。

    我们都对这个现象产生了浓厚的兴趣，觉得是一种很有意思的研究，而且，这个现象刚好是一个全新的问题，属于还没有人去探究的领域。于是我下定决心，要针对这一问题进行深入探究。

    如果要进行实验研究，就必须有一个研究场所。皮埃尔在校长的批准之下帮我腾出了一楼的一间装有玻璃门窗的屋子给我做实验。这间屋子原来是一间储藏室，同时还是一间机修房。

    如果要进一步研究贝克莱尔所获得的结果，就必须进行极为精准的定量测量。而最适合计量的莫过于铀盐辐射的射线在空气中产生的传导性现象。这种现象被称为电离作用，X射线也具有这种现象，而且X射线的那些主要特性也是不久才从电离现象中所获知的。

    铀盐辐射经过空气时，会使空气离子化，从而产生一股微乎其微的电流，为了测量这股电流，我利用了皮埃尔和雅克·居里兄弟所发明的仪器，方法就是在一极灵敏的静电计中，利用电离作用引起的微小电流蕴含的电量，与一压电石英结晶所得的电量平衡好，从而读出那股极其微弱的电流。如此一来，我们的仪器设备就需要一个居里静电计、一块压电石英晶体，还要一间电离室。电离室由平板电容器构成，它的上板与静电计相连，下板则涂有一层稀薄的需要计量的物质，同时需要加上一定数量的电压。只是这种仪器设备，并不适合在潮湿狭小的底层房间里使用。

    通过实验，我得出了一个结论，那就是我们可以准确测量轴盐的放射性。这种放射性是铀元素的原子特性之一，而且放射性的强度越大，化合物中所含轴的数量就越多，至于化合物的化学性质，还有外界的光和热的作用，都不能影响到它。

    为了研究其他的物质是不是也存在着放射性性质，我把当时已知的所有元素——无论是纯元素还是其化合物，全都进行了分析研究。结果，我仅发现钍的化合物可以放射出和铀相似的射线。钍的放射性强度与铀相差无几，而且它的射线正是钍元素的特性。

    那么从那时开始，就必须对铀与钍等物质所显示的新性质进行确定和命名了。我考虑良久，建议用“放射性”这个名字，不久后，这个名称就得到了广泛的使用。这也是具有放射性的元素被人们称为“放射性元素”的由来。

    在研究的过程中，我不仅有机会分析研究一些简单的化合物，如各种盐和氧化物，而且还可以分析一些矿物。我发现在矿物中，有几种含有铀和钍的矿物也具备放射性，但它们的放射性似乎有点不正常，因为它们放射性的强度比纯铀或纯钍所蕴含的放射性强度还要强。

    我们非常惊讶，因为这是反常的。我可以肯定的是，这不属于实验的错误，所以我必须给这种反常现象找到一个确切的答案。于是，我做了一个假设，在那些蕴含铀和钍的矿物中，一定还含有另一种元素，它非常微小，但它的放射性比铀或钍的放射性更为强大。这种元素应该不是人们已知的一种元素，因为我们对已知元素全都做了一遍分析和研究。这应该是一种新的化学元素。

    我迫不及待地想要尽快证明我的这种假设。对于这个问题，皮埃尔也表现得非常感兴趣，于是他决定把自己的晶体研究暂且搁置下来，在此之前，他还以为只是暂时搁置一段，和我一起寻找一个新的元素而已。

    有一种名叫沥青矿物的含矿石，通过实验表明，它在纯净状态下的放射性是铀的四倍。我们选择了这种矿石，经过精确的化学分析后，我们已经掌握了它的成分。所以我们希望，可以从这种矿石中找到百分之一的新元素。后来，经过实验研究，我们确实发现铀沥青矿物中含有一种新的元素，但含量非常微小，与矿石比起来，简直还不到百万分之一。

    以放射性现象为依据，我们所使用的方法正是一种新的化学分析法。先用普通的化学分析法将铀沥青矿中的所有部分进行分离，然后再在合适的条件下，对各个组成部分的放射性进行计量。这种方法让我们了解到一部分分析出来的放射性元素的化学特性，另外，我们也了解到这种放射性元素在一些物质中的浓度在加强。不久后，我们又发现，未知的放射性元素应该聚集在两种不同的化合物中。因此，我们认为，至少有两种未知的新放射性元素藏身在铀沥青矿石中，于是，我们分别为它们命名：钋和镭。1898年7月，我们宣布了钋的发现，同年12月，我们又宣布发现了镭。[4]

    尽管研究实验进展很顺利，但这一项研究还没有彻底完成。我们坚信，这两种新的放射性元素是一定存在的，但首先，我们必须把它们成功分离出来，才能让化学家们认可它们的身份。然而，在我们所获得的放射性非常强的（比铀强几百倍）化合物中，钋和镭的含量却极其低微。通过实验我们得知，钋与青矿石中所提取的铋相化合；镭与钡相化合。利用这种方法，我们又得出了将钋和镭从铋和钡的化合物中分离出来的方法。只是，要进行这种分离，必须收集大量的铀沥青矿石。正是在这个研究阶段，我们遇到了各种难题，比如资金匮乏，人手不足，地方又很狭窄。

    铀沥青矿石的价格非常昂贵，但我们根本没有资金去购买足够的矿石来做实验。这种矿石的主要产地在波希米亚的圣约阿希姆斯塔尔，属奥地利政府管辖，那里建有一个专门用来开采铀矿石的矿。我们推测，在他们提炼完铀之后抛弃的矿渣中，应该还残留着一定数量的镭和钋，而且在当时的情况下，他们都将这种矿渣作为废弃物处理。我们有幸得到了维也纳科学院的帮助，于是用非常低的价格购买了好几吨这种矿渣，它们即将成为我们的实验材料。刚开始提炼的时候，我们自己承担了所有实验的经费，过了很长一段时间后，才获得一些小的补助和外界的资助。

    怎样解决场所，成了一个特别严重的问题。我们没有找到一个合适的地方来做化学分析。在迫不得已的情况下，我们只能选择一个废置的仓库来进行化学分析实验，那里紧挨着与我安置静电仪器的房间。其实这间仓库只是一个大木棚，地面是沥青的，棚顶是玻璃的，但因为年久失修，实在有些太过破旧，尤其到了下雨天，到处都会滴滴答答地漏水。我们的木棚实验室非常简陋，里面除了几张破旧的松木桌子，一只烧不开水的铸铁取暖炉之外，就只有一块黑板了，皮埃尔经常在上面做他喜欢的计算。做化学分析会产生有毒的气体，这是无法避免的，只是无奈木棚里没有通风排气的设备，我们只好将实验搬到院子里去做。如果遇上刮风下雨的天气，就只能在棚子里继续进行了，然后在做实验的时候打开全部的窗户。

    在这样的环境下做实验显然不是长久之计，但我们还是在没有助手的情况下坚持了两年的时间，我们夫妻俩在做化学分析的同时，也在对我们所获得的逐渐增多的放射性提炼物质进行研究。后来，我们商议各自进行一项研究，那就是由皮埃尔负责继续研究镭的放射性，我则负责做化学分析，希望可以尽快提取到纯净的镭盐。为了达到这个目标，我每次都要处理多达二十公斤的原材料，所以在木棚里，到处都可以看到堆放着装满液体和沉淀物的大容器，我要搬动它们，往里面倒水，还要用一根铁棒搅动一口沸腾的大锅，里面全是铀沥青矿渣，而且一搅就要持续几个小时，所以经常累得筋疲力尽。接下来，我需要从矿石中提炼出含有镭的化合物（它的成分是氧化钡），再用分步结晶法对那些化合物进行分离和提取，最后留下一部分最难溶解的化合物，镭元素全都集中在里面。但是，要完成这种结晶的提取，就必须使用非常精密的操作方法，遗憾的是，当时我所在的木棚实验室并不具备这种条件，因为里面布满了灰尘和煤烟，这些都对结晶的纯净度有一定的影响。一年之后，从我们所获得的结果上可以清晰地发现，提取镭元素比提取钋元素要容易多了，于是，我们决定把力量聚集起来，全都用来提取镭元素。那些提取出来的镭盐，就全部投放到测定它的放射性能力的研究中。我们还借给了好几位科学家这些镭盐的样本[5]，包括亨利·贝克莱尔，他也曾使用过我们的样本。

    从1899年到1900年，皮埃尔和我共同发表了几篇论文。有一篇是关于镭产生的感应放射性的发现，有一篇是关于放射线的作用，包括发光、化学作用等；另有一篇针对放射线所携带的电荷问题进行了论述。还有一份关于新的放射性物质和它们的放射性的总结报告，是皮埃尔在1900年巴黎举行的物理学会大会上完成的。除此之外，他还带着他的新发明——测量镭射线的晶体验电器出席了大会，并发表了一篇研究报告，对磁场影响放射线的问题进行了深刻的论述。

    在这段时期里，我们和其他几位科学家取得了丰硕的成果，也让人们对镭所放射出来的射线的性质有了认识。这些射线属于三种不同的范畴，人们对它们进行了展示，比如镭可以放射出一些具有放射性的微小粒子束，它们会高速运行，其中一些带着正电的将构成α射线，一些带着负电且更加细小的则构成β射线。这两组射线在运行的过程中都会受到磁场的影响。第三组射线不受磁场影响，是由γ射线构成，到了今天，我们已经知道它的辐射性质与光和X射线非常相近。

    我们观察到，所获得的含镭丰富的化合物全都能自行发光，这引起了我们极大的兴趣。曾经，皮埃尔希望它们是绚丽多姿的，却没有想到，它们会有发光的特性，这个结果远远超出了他的预期。

    1900年的物理学会年会给我们提供了一个机会，让我们在那些国外的科学家面前，详尽地介绍新放射性元素的最新研究成果。这种新放射性物质，成了那次大会上所有参与者关注的焦点。

    因为出现了这种意料之外的发现，这一时期，我们把所有的精力都投入到了我们面前新的研究领域。所以，即便是在恶劣的研究条件下，我们依然感到非常的幸福和快乐。那时，我们几乎一整天都待在实验室里，吃午饭也只是随便应付一下。在我们破旧的木棚实验室里，气氛平静又安宁。有时候，我们在观察一次实验，等待结果时会有一段空闲，我们便在木棚里来回踱步，对当前与未来的研究进行愉快的探讨。当我们感到寒冷的时候，就在火炉上的壶里倒一杯热茶，让身子稍微暖和一下。实验研究的事情已经占据了我们的全部思维，就好像是生活在梦想之中。

    有时在吃完晚饭后，我们还会回到木棚里去看一看我们的宝贝成果。因为没有地方储藏，它们全都摊放在桌子和木板上。所以，我们经常很远就能看到它们的身影，正发出朦胧的光芒，幽静又美丽，仿佛是悬浮在黑暗中，每次都让我们的心感到无比的迷恋和触动。

    从原则上来说，学校并没有为皮埃尔指派过助手。但是，皮埃尔在担任实验室主任的时候，曾有一位帮工协助过他的工作。到现在，他依然在断断续续地帮助皮埃尔。只要他有时间，就会来帮忙。他叫佩蒂，是一个无比真诚可靠的人，和我们也很有感情，并且非常乐意成为我们的帮工。他心地善良，非常关心我们实验的成败，可以说，有他的帮忙，确实给我们节省了不少的时间。

    最开始的时候，放射性的研究是我们在单枪匹马地进行。后来随着任务的渐渐增多，我们越来越力不从心，只能与他人合作。1898年，学校的实验室主任贝蒙就曾与我们有过一段临时的合作。1900年左右，皮埃尔结识了一位年轻的化学家，名叫安德烈·德比埃纳，是弗里代尔教授的助教，教授对他的评价很高。在皮埃尔的提议下，安德烈·德比埃纳欣然参加了我们对放射学的研究。当时，我们正在研究一种新的放射性元素，它极有可能就存在于铁族和稀土族元素中。于是，我们就让安德烈负责了这一项研究。后来，他终于发现了这种新元素，并将其命名为锕。尽管他是在巴黎大学让·佩兰教授所领导的理化实验室做的这项研究，但他还是经常会到木棚实验室来看望我们。不久后，我们便成为了非常亲密的朋友，而且，后来他还和皮埃尔的父亲及我的孩子们成了好朋友。

    大约是这同一时期，一位名叫乔治·萨涅克的年轻物理学家在研究X射线，他也经常到我们的实验室来，和皮埃尔一起讨论问题。他当时认为，X射线和它附带产生的射线及放射性物质所产生的射线之间，极有可能存在着相似的地方，并提议对此进行深入研究。于是，皮埃尔就和他一起对那些附带射线所携带的电荷进行了全面的研究。

    除了我们的合作者之外，我们很少在实验室里接待别人。那些物理学家和化学家则会经常来参观我们的实验，或是来请教皮埃尔，毕竟皮埃尔在物理学的多个领域都积累了声望。每次他们到来的时候，就会聚集到黑板前面，进行激烈的讨论。至今想起来，这种讨论还让我回味无穷，因为讨论不仅可以激发人们对科学的兴趣，让精神得到振奋，同时还可以激发想象力，让人们积极参与思考，而且这一切都不会真正扰乱实验室庄严宁静的氛围。

    注释

    [1]钋原文为“Polonium”，与波兰（Pologne）谐音。

    [2]与铁一样，磁体的磁化作用要么为极强的磁化（铁磁化），要么为较弱的磁化。抗磁体系指物体的磁化作用极其微弱，并且与铁在同样的磁场中的磁化极性相反。——原作者。

    [3]英国著名物理学家开尔文爵士在访法期间给皮埃尔写了一封信，内容摘要如下：

    亲爱的居里先生：

    感谢您周六的来信，对于信的内容，我觉得非常有趣。如果明天上午十一点我去您的实验室拜访，您应该会在吧？我有两三件事情想与您讨论一下，另外，我还想看看您所绘制的不同温度下铁的磁化带曲线图。

    开尔文

    一八九三年十月

    [4]我们与贝蒙一起宣布了镭的发现，因为他与我们一起合作做过实验。——原作者注

    [5]我引述的是波尔森写给皮埃尔的一封感谢信，以此表明自1899年起皮埃尔就开始为他提供放射性物质的事实：

    尊敬的先生和同事：

    我在冰岛北部收到了您于8月1日写来的信，真是不胜感激。先前，我们只能通过计量周围空气的方法，来计量一个固定导电体的某一点的电压，但现在，我们已经放弃了这种方法，而是改用您的放射性粉末的方法……

    尊敬的先生和同事，请接受我最为真诚的致谢，再次感谢您对我研究工作的巨大支持。

    亚当·波尔森

    1899年10月16日

    雅克雷伊

    ——原作者注

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