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    科學史上的這個月──1903年6月居禮夫人獲得博士學位

    科學史上的這個月──1903年6月居禮夫人獲得博士學位

    作者: 王道還 , 中央研究院歷史語言研究所人類學組

    1895 年 12 月 22 日,德國物理學家倫琴(Wilhelm Conrad Roentgen, 1845-1923)無意中發現了X光。「X」代表「未知」,倫琴的意思正是他還不知道這種光是什麼。X光肉眼看不見,卻能夠穿透生物軟組織,立刻轟動了科學界與社會,引起廣泛的矚目。

    一個月之後,法國巴黎自然歷史博物館的物理學家貝克勒爾(Henri Becquerel, 1852-1908)聽說X光能夠使螢光物質發光,立即發生了興趣,因為他父親就是以研究螢光聞名的。不過,這時他已經五年沒做什麼研究了。

    結果,貝克勒爾無意中發現鈾鹽能夠放射出另一種肉眼看不見的「光」,至於那種鈾鹽是不是螢光物質,並不重要。關鍵在鈾。貝克勒爾發表了報告後,沒有引起什麼重視,不久他自己也失去了興趣。到了 1898 年初,「鈾光」似乎成了死馬,哪兒都去不了。把死馬當活馬醫的,是居禮夫婦。

    居禮夫婦

    瑪麗.居禮夫人(Marie Curie, 1867-1934)是波蘭人,1891 年年底到巴黎大學求學。她在 1893 年與 1894 年通過考試,得到科學與數學兩張文憑。但是 1894 年的春天她遇見了皮耶.居禮(Pierre Curie, 1859-1906),從此兩個人的人生都改變了。由於瑪麗的鼓勵,第二年三月皮耶完成博士論文,獲得巴黎大學物理學博士學位,在巴黎理化學院得到了正式教職,七月他們就結婚了。

    1897 年秋天,瑪麗生下了長女,過了幾個月就開始為人生的下一步籌劃──巴黎大學的博士學位。瑪麗是在思考博士論文的題目時,注意到貝克勒爾的鈾光的。

    1897 年年底,克爾文爵士(Lord William Thomson Kelvin, 1824-1907)在愛丁堡皇家學會發表他研究鈾光的結果,證實鈾光與X光一樣,能使空氣帶電(離子化)。12 月 16 日,瑪麗開始在實驗室研究鈾光。那是一間非常簡陋的實驗室,「氣溫攝氏 6 度」。

    鐳的故事

    瑪麗以克爾文爵士的結論做起點,以皮耶設計、製造的靜電計與壓電石英天平為工具,專注地測量各種物質的「鈾光」。由於皮耶的儀器精密度十分高,瑪麗的研究工作似乎一開始就以麥科生(A.A. Michelson, 1852-1931;1907 年諾貝爾物理獎得主)的理想為準則:未來的物理學真理,以小數點之後第六位的值見真章。

    瑪麗測量鈾的各種化合物以及純鈾,還有她能找得到的物質樣本,如銅與金。也不過兩個月,她就發現了奇異的現象:瀝青鈾礦發出強烈的鈾光,甚至比純鈾還強。然後,她又發現一種含釷(Th)而不含鈾的礦物,發出的「光」也比純鈾強。因此貝克勒爾發現的鈾光不只是鈾的性質,而是一種更普遍的物質性質,它需要一個適當的新名字,更需要解釋。

    瑪麗在反覆測量以及相關的實驗後,將她的發現寫成一篇報告,送交法國科學院,在 1898 年 4 月 12 日宣讀,題目是〈含鈾、釷的化合物釋出的光〉。她的結論是,瀝青鈾礦之類的化合物必然含有更為活躍的元素,釋放出更強烈的「光」(放射線)。

    以後見之明來看,這篇由瑪麗署名的報告,透露了兩個反傳統的概念。第一就是以放射性質做為發現新物質的指引。第二,瑪麗的分析顯示,放射現象是原子性質。因為無論鈾的哪一種化合物,放射強度與鈾的含量呈正比,而且與溫度、溼度無關。

    接下來的工作當然是將瀝青鈾礦中的「活躍元素」分離出來。可是居禮夫婦很快就發現活躍元素不只一種,可能有兩種。他們聯名發表了一篇報告,7 月 18 日由貝克勒爾在科學院宣讀。他們提出證據,指出瀝青鈾礦中有一種世人從未發現過的元素,放射強度是鈾的 400 倍。居禮夫婦將這個元素命名為「釙」(Po),以紀念瑪麗的祖國波蘭。這篇論文的另一個貢獻,就是發明了「放射性」一詞。在結論中,他們明白地指出,「鈾光」這個詞已經不合適了,應該稱為「貝克勒爾光」。意思是這是一種更普遍的性質,所以才用發現者的姓氏命名。

    這個月也是瑪麗的幸運月。科學院頒了一個獎給她,嘉許她的研究成績,獎金 3800 法郎。這是一筆很大的錢,因為皮耶的月薪不過 500 法郎。

    1898 年 12 月 26 日,居禮夫婦公布了瀝青鈾礦另一個新的放射性元素的名字:鐳(Ra)。

    居禮夫婦的合作關係,這時也進入了一個新的階段。從 1899 年起,瑪麗專注於提煉鐳的工作,也就是化學研究。皮耶負責研究放射性,弄清楚它的物理性質與意義。

    瑪麗在 1899 年、1900 年分別發表了一篇論文,報告提煉鐳的進度。她一共花了 45 個月提煉出十分之一公克的純鐳,定出了鐳的原子量,終於可以寫博士論文了。1903 年 5 月 11 日,瑪麗的博士論文通過審查。6 月,她通過口試。當時拉塞福(Ernest Rutherford, 1871-1937;1908 年諾貝爾化學獎得主)帶著新婚妻子正在巴黎,那一天他造訪居禮夫婦的實驗室,卻撲了個空,因為大家都到巴黎大學學生廳旁聽瑪麗的論文口試去了。

    這年 11 月 5 日,居禮夫婦收到英國皇家學會頒給他們戴維獎的通知。這個獎紀念英國的化學家戴維(Humphrey Davy, 1778-1829),每年褒揚當年最重要的化學成就。

    諾貝爾獎

    但是以今天的標準來衡量,對居禮夫婦來說,這一年科學界最重要的文件卻是在 8 月 29 日發出的。這一天,諾貝爾委員會將對貝克勒爾、居禮夫婦科學成就的評估報告,送到瑞典科學院物理組。瑞典科學院接受了物理委員會的推薦,決定把物理獎頒給貝克勒爾、居禮夫婦等三人。

    不過,這裡還有個插曲。對於他們應得什麼獎,科學院有人提出不同的意見。化學家認為發現放射性也可以說是化學成就。他們說服了同事,把這次頒獎理由寫成發現「放射現象」,而不是發現「新的放射性元素」。這樣以後就可以為「發現新的放射性元素」再頒一次化學獎了。

    居禮夫婦是在 11 月中旬得到消息的,可惜他們無法親自去領獎。值得注意的是,這一年根本沒有人提名瑪麗。

    其實從諾貝爾獎頒發的第一年(1901),就有人提名瑪麗了。這個人既不是物理學家,也不是化學家,而是病理學家布查(Charles- Joseph Bouchard, 1837-1915),他在法國醫學學院非常有影響力。布查在 1901 年、1902 年分別寫信推薦居禮夫婦。1902 年,諾貝爾委員會向 24 位歐洲物理學家徵詢過意見,有幾位推薦了居禮夫婦(包括巴黎大學理學院院長),只有一位單獨推薦皮耶。

    可是到了 1903 年,科學界似乎受到一股暗流的推動,執意剝奪瑪麗的榮耀。法國國家科學院有四位院士聯名推薦皮耶,不僅漠視瑪麗的貢獻,簡直就是造假,說什麼皮耶與貝克勒爾合作對抗外國學者的競爭壓力云云。最難以理解的,就是這四位院士中至少有三位對瑪麗的貢獻知之甚詳,有一位還擔任過瑪麗的博士論文口試委員。

    好在瑪麗在瑞典科學院有貴人相助,就是數學家米塔勒夫(Gustav Mittag-Leffler, 1846-1927)。米塔勒夫當年據說是對諾貝爾獎名單最有影響力的人,與皇家關係非常好,對女性科學家特別同情。他寫信通知皮耶只有他一人受到提名。皮耶立即回信說明了瑪麗的貢獻,表達出一齊得獎的意願。

    可是在技術上,瑪麗在 1903 年根本不是候選人,因為沒有人推薦。所以布查在前一年寫的推薦信這時就派上了用場,因為他是瑞典科學院的外國院士,再稍微曲解一下規章,瑪麗就有資格「候選」了。

    女性科學家

    歷史上許多科學家的夫人參與過先生的研究工作。18 世紀末的拉瓦錫,以及 19 世紀發明消毒手術的李斯特,都有夫人協助研究,傳為佳話。可是她們的姓名卻沒有流傳後世,也沒有人仔細記錄過她們的具體貢獻。而居禮夫人不但與先生一同獲獎,更在先生過世後再度單獨獲得諾貝爾化學獎(1911 年),是科學史上第一人。事實上,1911 年一月底,居禮夫人競選法國科學院院士敗北。當時女人進入科學界與參政的權利,都不是理所當然的。

    居禮夫人在科學界享有的地位,分析起來,她的事業策略是關鍵。例如她一出道就使用自己的名字發表論文;她似乎很早就下定了決心,自己要得到博士學位。皮耶直到 35 歲還沒有完成博士論文,也是由於她的鼓勵才大功告成的。

    當然,她婚後的「女性天職」──生育與持家──是不易克服的事業障礙。瑪麗很幸運,比她年長八歲的皮耶,不僅是先生,還是師友與創業夥伴。皮耶幫助她完成心願,尊重她的貢獻,這種意願在當時是極為罕見的。即使今天「好男人」似乎是有社會約束力的口號,女性為自己創事業的「玻璃天花板」也增高了許多,讀到居禮夫人的故事,女性朋友還是悠然神往罷?


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