第九章激动人心的科学时代
19世纪末，正当物理学家们为经典物理学的辉煌胜利举杯祝贺时，正当一部分科学家宣称物理学的大厦已经最初建成之时，从年起，一系列从未预料到的伟大发现突然迅速地相继涌现。首先是年12月德国物理学家伦琴发现X射线；接着，法国物理学家贝克勒尔于年3月发现铀元素的天然放射性；再过一年，英国的物理学家J.J.汤姆逊又发现了电子……这一系列发现，在物理学家、化学家面前展示出了一个光怪陆离、变幻莫测的神奇世界。
关于贝克勒尔发现放射性元素的消息报道后，并没有在科学界引起轰动。而此时居里夫人正面临的一个任务，是选择博士论文研究的课题，于是她在大量文献中寻找她感兴趣的研究课题。在阅读了近几年的科学期刊后，居里夫人注意到了贝克勒尔教授的关于铀射线的论文。这种铀射线颇有点神秘兮兮的，而且有一个问题让她不明白：铀射线的能量是从哪儿来的？这个问题也是一直以来困扰贝克勒尔和许多科学家的一个问题。玛丽觉得这个问题很值得研究。她曾说过：这项研究很有吸引力，它是全新的，还没有人做过深入的研究。在与皮埃商量了以后，她决定以这个问题作为自己博士论文的研究课题。
居里夫人的决定聪明而又大胆。首先，这个能量来源的问题十分棘手，用已有的科学概念几乎无法对它做出解释，可玛丽偏偏选中这种难度大、内容新颖的研究课题，非大智大勇者不敢为也！其次，当时世界上还没有任何一个女人想要成为理科博士，她明白，要想同男人建立平起平坐的关系，她的论文必须有独特的内容和实质性的科研成果。再次，居里夫人也许是怀着又惊又喜的心情发现，贝克勒尔的重要发现尚未被人们重视，几乎还没有人做进一步的研究，因此选这个题目做研究，取得成功的机会会比较大。但与此相随的困难是参考文献太少，几乎一切都得自己从头干起。玛丽还发现除了贝克勒尔年提交的几篇学术报告以外，再也找不到其他参考资料了。
年底，居里夫人在皮埃的帮助下，在理化学校找到了一间以前用来存放东西的小房间作为她的实验室。刚启用时，房里到处是厚厚的灰尘，霉气的味道足可以让人闻了就立即作呕，而且，可以说什么仪器都没有。居里夫人对这些困难都不在乎，她为有了可以做实验室的地方而满心喜悦：“好了，我开始有了自己的第一个实验室！”
是的，这儿的确是居里夫人的“第一个实验室”。以后她又换过许多次实验室，但这儿却是起点站，而且她要研究的是如此重要的课题，因此，她兴奋而满意的心情是完全可以理解的。把必需的仪器筹备得差不多以后，居里夫人立即开始着手重复贝克勒尔做过的实验——测铀射线的强度，可是这些方法无法做出定量的控制和测量。其实，贝克勒尔在发现铀元素的天然放射性的时候，就发现它有3种效应：可以使照片底片感光、可以使气体电离、对不同的物质具有不同的穿透力。但可惜的是他在发现新的辐射现象后，由于继续沿用照相法进行测定，而无法做出定量分析，从而完全忽略了另外两种效应。居里夫人的高明之处，是她利用了新放射性的电离效应，从而可以用补偿法测出铀射线的强度。
通过以上非常细致和耐心的测量，她证实了铀射线的强度仅与铀化合物中铀的含量成正比，与化合物的组成无关，也不受光照、加热、通电等诸多因素的影响。这样，居里夫人进一步证实了贝克勒尔的结论：铀射线的发射是一种原子过程。
当居里夫人精确地、定量地测定了铀射线以后，她作为一位优秀科学家的素质在这时充分地显露出来了。她越是研究得深入，越是感到铀射线具有一种非同寻常的性质，与以前所有的研究结果大不相同，于是，她正好在贝克勒尔止步的地方勇敢地向前迈出了—步，即，虽然现在只观察到铀可以自动发射“铀射线”，但是并没有任何理由可以证明只有铀元素是惟一能发出这种射线的化学元素。别的元素就不能发射这种射线吗？贝克勒尔也许是由于一种偶然的原因先在铀元素里发现了它，但若因此就把它设定为只有铀元素才具有的发射本领，那未免有些以偏概全了。
于是，她决定检查“当时知道的所有元素”。她先找来几种矿石和化学物品，一一做了试验。年初取得的初步结果表明，绝大多数材料的游离电流小于0.3×10-12安培，而沥青铀矿石可达到83×10-12安培，氧化铁可达到53×l0-12安培。这样，居里夫人就得出了一个结论：钍也是一种放射性元素。她在4月12日的报告中写道：
我们研究了贝克勒尔发现的空气在铀射线作用下导电率改变的情况，想弄明白，除了铀化合物以外，其他物质是否也可以使空气获得导电的能力……两种铀矿物——沥青铀矿的放射性要比铀本身强得多。这个事实是非常值得注意的，它使人不得不认为，在这些矿物中显然含有某种元素，而且它的放射性比铀大得多……钍化合物的放射性是很强的。氧化钍的放射性甚至超过金属铀的放射性。钍射线的穿透本领也比铀射线大。
在这关键时刻，居里夫人在思想上发生了一个飞跃。她甚至还产生了一个大胆的设想：既然放射性是一种原子特性的表现，那么更强的放射性当然表明有新元素的存在。
这种推理十分合乎逻辑，但它仍然只是为新的放射性元素的存在提供一种推断，进一步的任务当然就是要找到这种新的元素。居里夫人那种说干就马上干、要干就干到底的刚毅气质，这时充分显示出了它的作用。她知道要从矿石中提炼出这种极其微量的元素绝非轻而易举的事，但她下定决心要投入到这一艰难而又意义重大的化学分析中去。发现一种新元素，这是一个色彩斑斓的、美丽的梦想，是一个非常吸引人的研究目标！从古到今几千年，也不过才发现80种左右的元素，每种新元素都使发现它的幸运者在科学史上永久驰名，如果她能再增添一种，那该是一件多么有价值的、多么吸引人的研究啊！
皮埃这时也认识到了玛丽的研究有重大价值，于是决定暂时中断他自己在晶体方面的研究，与她合作共同寻找这隐藏得很深、很巧妙的未知元素。
皮埃没料到的是，他的这一“暂停”竟一直延续到他不幸去世为止。从此，在那小小的、潮湿的“实验室”里，有两个人在那儿为人类的科学事业拼搏、奋斗，完全不顾一己的私利，鞠躬尽瘁。死而后已！而且从此他们两人的研究不可能再分辨出“你的”和“我的”了，直到上帝让他们分手。他们的合作，是人类科学史中最美妙的一曲交响乐，至今对人们仍有极大的感召力。
他们以放射性为基础，采用分步结晶这一新的化学方法，从沥青铀矿中分离出新的放射性物质。年7月，他们两人开始联名发表文章。他们的第一篇文章的题目是《沥青铀矿中的一种新的放射性物质》。
为了将不同的元素分开，需要很好的设备，但居里夫妇没有，他们只好用“土法”苦干，先用他们的静电计设备测定沥青铀矿矿石成分具有的放射性强度，以此为线索追踪放射性元素隐藏在什么成分中。他们两人在实验室常常是通宵达旦地干，有时连饭也顾不上吃。居里夫人更加辛苦，她还要给女儿伊伦娜喂奶，一天得往家里跑几次。
几个月过去了，在不知不觉中，实验室窗子射进的阳光开始灼热逼人，原来是夏天来临了。他们没有白费时光，在这几乎和外界断绝来往的几个月里，他们终于将沥青铀矿中所有成分都分离开了。让他们又惊又喜的是：他们发现的不是一种具有放射性很强的化合物，而是两种！其中一种是沥青铀矿中含钡的化合物，另一种是含铋的化合物。这就是说，如果他们的推断合理的话，则一种新元素隐藏在含钡的化合物里，另一种隐藏在含铋的化合物里。
他们又进一步确证，在含铋的化合物中，铋的放射性并非来自铋本身，而是混在铋内的一种极其微量的元素。经过反复实验，他们认为可以利用两种金属溶解度不相同的特点进行再分离。加水使铋盐溶解后，从首先沉淀下来的渣滓中找到了放射性特别强的物质。
新的发现正向他们热情地招手！
他们怀着激动而急迫的心情，加快了工作的进程。到年7月的一天，他们终于在铋的化合物里找到了一种新元素。
那天晚上他们回到家时，皮埃发现玛丽陷入了沉思之中，久久地不说一句话，皮埃没有打扰她，知道她一定是在想什么重大的事。突然玛丽激动地抓住皮埃的手说：
“我侨居在远离祖国的土地上，可怜的祖国已经从地图上消失了，但是我要让祖国的名字永远铭刻在人们的记忆中。我想把我们刚刚发现的、在某种意义上来说是被解放了的元素叫做钋。”
这一决定充分说明，居里夫人现在虽然已经是一个法国人了，而且正在崭露头角，有望成为一名优秀的物理学家，但她并没有背弃她青年时期的志向和热情，没有忘记波兰人仍然在俄罗斯的奴役下痛苦地生活着。她不仅建议把新元素取名为钋，而且还把他们合作的第一篇论文在法国还没有发表之前，就寄一份给波兰的表兄勃古斯基。我们一定还记得，玛丽正是在勃古斯基领导下的实验室里迷恋上自然科学和实验的。后来，他们的论文差不多同时在法国和波兰发表。她的这一行动，想必一定会使斗争中的波兰人民大受鼓舞，使他们在苦难中看到了光明的未来！
在他们的第一篇文章中，他们写道：
有些含铀和钋的矿石放射贝克勒尔射线的性质很强……如果有些矿石的放射性比纯粹的铀和钋还强，那就可能含有一种比上述两种金属还强的物质。
我们想尽办法分离存在于沥青铀矿中的这种物质……在不同的过程中，越到后来产生的放射性越强。最后，我们得到的是一种放射性比铀强倍的物质。
沥青铀矿是一种成分复杂的矿石，它以铀为主，另外则含有多种其他元素的杂质，包括银、铜、铋、钡、锶和钴等金属的化合物，这些杂质中究竟哪一种成分含有放射性呢？这只能靠化学方法分离后，再用静电计比较其游离电流的大小才能鉴别。这样，他们一边用物理仪器测试，一边进行化学分析，结果发现含铋的成分显示出强烈的放射性，其强度比同样质量的铀强倍！据此，他们在论文中继续写道：
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我们研究了已知的元素，看是否有放射性物质；我们几乎检查了所有元素的化合物……在进行化学研究时，我们密切注意观察在工作的各个阶段分离出来的物质的放射性情况。分离出来的每一种物质都放在电容器的一个板上，然后用静电计和压电石英仪器测量空气的导电率。
最后只剩下铋的放射性。因此，我们认为从沥青铀矿提炼出的物质中有一种尚未被发现的金属，通过分析，发现它的化学性质与铋接近。如果证实这种元素确实存在，我们建议用我们两人中一人的祖国来命名，称它为钋。
年7月18日，他们把这一发现提交法兰西科学院，由李普曼宣读。但是，科学院不予承认，这主要是人们的保守思想在作怪。居里夫妇认为，用放射性方法检测、寻找新的元素是一种很有希望、很有效的化学分析方法，他们认为这种方法比光谱学分析方法更灵敏。但是，由于人们对放射性所知不多，因而不大相信可以用放射性方法来寻找、确定新的元素，仍然认为只有用元素的特征光谱才是确定新元素惟一可行的方法。科学院也拒绝把放射性方法作为识别元素的依据。除此之外，科学院还认为从化学角度来看，钋的化学特性和铋的十分相近，未必是一种新的元素。直到几年以后，居里夫妇成功地提炼出纯净的钋盐，并得到了钋的特征光谱后，科学界才承认了钋的存在。
找到了钋元素以后，他们两人决定休假一次，作为对艰苦工作的报偿。他们乘火车去了法国南部奥弗涅，到大山和森林中呼吸新鲜空气。在实验室里呼吸了几个月各种化学药品放出的毒气后，呼吸到沁人心肺的空气，真是一种高级享受。他们整天漫步在田野、森林、山丘之中，尽情地在大自然的怀抱中体验生命和大自然的美，让他们内心的和谐与大自然神奇的和谐发生共鸣。当然，在流连于野外时，他们并没有忘记讨论新元素钋和另外一种亟待他们去发现的新的放射性元素。
9月份，他们又回到那间小小的实验室，以新的热情急不可待地投入到继续寻找新元素的工作中。但这时发生了一件让玛丽感到伤心难过的事情。她的姐姐布罗妮娅和德卢斯基大夫决定回波兰去，在波兰南部喀尔巴际山麓的一个地方开办一所肺结核病疗养院。他们和玛丽一样，时刻不能忘怀自己的祖国，因此决定回去为改善波兰人民的生活贡献自己的一份力量。玛丽虽然感到难分难舍，但心中仍然为布罗妮娅他们的选择而感到骄傲。
年12月2日，玛丽在给布罗妮娅的信中写道：
你想像不到你给我留下的空虚之感。你们两个人一走，除了我的丈夫和小孩以外，我对于巴黎一无留恋；而且除了我们的住房和我们工作的学校之外，现在我似乎觉得巴黎已经不存在了……
这时，居里夫妇正在为寻找另一种放射性新元素而殚精竭虑，除此之外，居里夫人还得非常用心地照料女儿。他们很穷，收入不高，得精打细算才能让一家3口人正常地生活下去。她在一本食谱上写道：
我用8磅果子和等量的冰糖，煮沸10分钟，然后用细筛滤过，这样可以得到14罐很好的果冻，不透明，可是凝结得很好。
对于女儿的成长，年轻的妈妈也细心地做了许多记录。例如：
10月17日：伊伦娜已经学会走路，她不再爬了。
年1月5日：伊伦娜有15颗牙了！
也正是在这期间，居里夫妇寻找第二个新的放射性元素又获得了成功。
年12月6日法国的《论文汇编》上发表了他们的第二篇文章《论沥青铀矿中含有一种放射性很强的新物质》。在论文中他们写道：
在研究过程中，我们又发现了第二种放射性非常强的物质，其化学性质与第一种完全不同。例如，钋在氨的作用下完全沉淀，而新发现的物质和钡的化学性质很相似，它不会在氨的作用下沉淀。用硫化氢、硫化铵或氨都无法使之沉淀。而且像钡一样，其氯化物溶于水，却不溶于浓盐酸和酒精。由它可得到钡的光谱，那是很好认的。但我们相信，这种物质尽管绝大部分由钡组成，但必定有一种产生放射性的新元素，其化学性质极其接近于钡。
……我们取得了这种物质的氯化合物，它们的放射性要比类似的铀化合物强倍。
德马尔赛对我们的新物质进行了光谱分析，发现了一条光谱线，这条光谱线不属于任何已知的元素。这条线的强度随着含这种物质较多的氯化合物放射性的增加而增加……
接着，居里夫妇有信心地写道：
种种理由使我们相信，新的放射性物质中有一种新的元素，我们建议将它命名为镭。
他们在文章中还给出明确的实验对照：钋和镭的放射性比铀和钍大得多。底版在钋和镭的作用下30秒即可得到极清晰的影像，而如果用铀和钍就要几小时才能得到同样的结果。
镭的发现为科学家提供了比铀强几万倍的射线源，所以使放射线的研究突然变得十分活跃起来，这从有关放射线论文的增加即可看到这一变化。按照德国文摘杂志《物理学进展》的统计，其增加情况如下：年7篇，年7篇，年18篇，1年39篇。而且，年法国已获得工业处理镭原料的成功；到1年，德国已制造出含镭的钡化物产品，在商业领域流通。英国著名科学家卢瑟福也在烟草商巨富麦克唐纳的资助下，购买了新的强放射性物质，并展开了卓有成效的研究。
但人们对于居里夫妇的发现仍有很多非常谨慎的看法。这是很正常的事情，人们也有权利提出问题，而且正是因为人们提出了许多怀疑的问题，才使得放射性和钋、镭元素的进一步研究取得迅速进展。在科学界有一种很不好的现象，不少科学普及作品和某些科学史专著，总喜欢千篇一律地把反对者、怀疑者描述成“顽固不化的”、“阻碍科学前进的”势力，甚至连爱因斯坦因不同意量子力学的诠释也背上这种恶名。
其实，在科学研究中如果没有各种各样的反对者、怀疑者，科学是根本无法前进一步的。
对于新元素的发现，化学家更是素来十分谨慎的。按照一般的习惯，一种新元素只有在看见了它、接触了它、称量过它，用各种酸加以对比，把它放进了瓶子里，并确定了它的原子量后，化学家们才会相信它的存在。而现在没有一个人见过纯净的镭和钋，也不知道它们的原子量，因此抱怀疑态度的化学家不少；还有一些比较保守的化学家更明白地宣称：
“没有原子量，就没有镭和钋。把它们的原子量测出来了，放在瓶子里让我们看见它们的纯品，我们就相信，否则无法相信！”
物理学家们与化学家不同，他们关心的是放射性元素活动的规律。因为天然放射性违背了几个世纪以来学者们建立起来的物理规律，因此他们是有怀疑的；持谨慎、观望的态度的人也不少。有关放射性元素活动规律方面的研究，后来主要由卢瑟福和他的一批极有才华的学生们承担，而且不久就做出了辉煌的发现。居里夫妇在这方面也做过一些研究，但由于他们的失误，使得这方面的研究被卢瑟福大大领了先。这是后话，暂且不说。
为了平息各方面的怀疑乃至反对意见，对于居里夫妇来说，年的任务就是设法提炼出纯净的钋和镭，并精确测出它们的原子量。
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