Увидеть невидимое: как Мария Кюри изменила представления об атоме

Запретное обучение

Мария Саломея Склодовская родилась 7 ноября 1867 года в Варшаве в семье педагогов. Родители ценили образование, но получить его девушкам в те годы было сложно: Варшавский университет принимал только мужчин.

Мария посещала подпольные занятия «Летучего университета», которые проводили в разных квартирах, чтобы не привлекать внимание. После она договорилась со своей старшей сестрой Брониславой о поддержке: сначала Мария зарабатывает деньги на обучение сестры на медика во Франции, а после Бранислава помогает ей с переездом.  Осенью 1891 года Мария поступила в Сорбонну на факультет естественных наук. Через два года она заняла второе место на экзаменах по математике. 

В Париже Мария познакомилась с Пьером Кюри, который исследовал кристаллы и магнетизм и вместе с братом Жаком разработал точный пьезоэлектрический электрометр. Они поженились в 1895 году. Позже этот прибор позволил Марии измерять настолько слабые электрические токи, что невидимое излучение впервые стало не впечатлением, а числом.

Измерить невидимое

В 1896 году французский физик Анри Беккерель обнаружил, что соли урана самопроизвольно испускают лучи, способные засвечивать фотопластинку. Поэтому говорить, что радиацию открыла Мария Кюри, неверно. Её открытие началось с другого вопроса: от чего зависит сила этого излучения?

Кюри измеряла, как урановые соединения ионизируют воздух, и установила две важные закономерности. Интенсивность излучения зависела от количества урана, но почти не зависела от того, в какое соединение он входил и в каком физическом состоянии находился. Из этого она сделала смелый для конца XIX века вывод: излучение является свойством самого атома, а не результатом химической реакции между веществами.

Она также выяснила, что похожие лучи испускает торий, а для нового явления предложила слово «радиоактивность». В те годы сама мысль о внутренней активности атома противоречила представлению о нём как о неделимой и неизменной частице.

Уран и полоний

В этот момент Пьер Кюри отложил собственные исследования и присоединился к работе жены. Супруги разделили задачи: Пьер изучал физические свойства излучения, а Мария дробила руду, проводила химическое разделение и после каждого этапа измеряла активность полученных фракций. Этот приём стал новым способом поиска элементов: не по цвету или спектру, а по излучению, которое они оставляли после себя.

В июле 1898 года супруги сообщили о существовании полония. Мария назвала элемент в честь Польши, которой в тот момент не было на политической карте Европы. В декабре вместе с химиком Гюставом Бемоном объявила об открытии радия — его название произошло от латинского слова radius, «луч».

Однако повышенная радиоактивность ещё не была достаточным доказательством существования нового элемента. Нужно было получить его соединение и определить атомную массу. В плохо оборудованном сарае возле парижской Школы промышленной физики и химии Кюри перерабатывала большие объёмы отходов урановой руды: растворяла, фильтровала, выпаривала и снова измеряла. К 1902 году ей удалось получить около одной десятой грамма достаточно чистого хлорида радия из нескольких тонн сырья.

Полоний Мария в чистом виде получить не смогла: короткий период полураспада его наиболее доступного изотопа делал такую задачу практически недостижимой для методов того времени. Металлический радий она выделила только в 1910 году вместе с Андре Дебьерном.

Две Нобелевские премии

В 1903 году Нобелевскую премию по физике разделили Беккерель, Пьер Кюри и Мария Кюри. Беккереля отметили за открытие самопроизвольной радиоактивности, а супругов Кюри — за совместное исследование открытого им явления. Мария стала первой женщиной — лауреатом Нобелевской премии.

Её имя, однако, могло не появиться в списке. В первоначальном представлении Французской академии наук фигурировали только Беккерель и Пьер. Шведский математик Магнус Гёста Миттаг-Леффлер сообщил об этом Пьеру, и тот настоял, что вклад Марии должен быть признан. Нобелевский комитет включил её в число лауреатов.

В апреле 1906 года муж Марии Пьер Кюри попал под конный экипаж и погиб. Мария отказалась от государственной пенсии по потере кормильца и заняла место мужа на кафедре в Сорбонне. В ноябре 1906 года она стала первой преподавательницей университета и получила звание профессора.

В 1911 году Кюри получила уже личную Нобелевскую премию по химии — за открытие полония и радия, выделение радия и изучение его свойств и соединений. Мария Склодовская-Кюри стала первым человеком с двумя Нобелевскими премиями и до сих пор остаётся единственным, кого наградили в двух разных естественно-научных дисциплинах — физике и химии.

Предубеждения

Две Нобелевские премии не отменили предубеждений. В 1911 году Кюри не хватило двух голосов, чтобы стать членом Французской академии наук. Во время выборов некоторые СМИ называли родившуюся в Польше исследовательницу «чужой» и распространяли ложный слух о её еврейском происхождении.

В том же году газеты опубликовали частную переписку Кюри с физиком Полем Ланжевеном, который формально оставался женат. Личные отношения превратили в кампанию против неё: возле дома собиралась толпа, а самой Кюри приходилось прятать дочерей у друзей. Один из членов Нобелевского комитета советовал ей не приезжать за второй премией, пока скандал не утихнет. Она отказалась связывать научную награду со своей частной жизнью и получила премию лично.

Цена исследований

Кюри и её современники довольно быстро заметили, что сильное излучение вызывает ожоги и повреждает ткани, однако тогда ещё не знали о накопительном риске долгого воздействия. В лаборатории радиоактивные образцы брали руками, носили в карманах и хранили рядом с рабочими столами. Во время войны Кюри много раз работала с рентгеновскими аппаратами без защиты, которая сегодня считается обязательной.

В последние годы у неё были проблемы со зрением, включая катаракту. Мария Кюри умерла 4 июля 1934 года от апластической анемии — заболевания, при котором костный мозг перестаёт производить достаточно клеток крови. Врач санатория связывал поражение костного мозга с многолетним воздействием излучения. Радиоактивными остались и некоторые её лабораторные записи.

Что осталось после Кюри

Супруги Кюри не запатентовали разработанный ими способ получения радия и публиковали результаты исследований, считая научное знание общим. Это решение помогло новым лабораториям войти в область радиоактивности, хотя сам радий вскоре стал чрезвычайно дорогим сырьём. В 1921 году американские женщины собрали деньги на один грамм радия для лаборатории Кюри; ещё одна кампания помогла будущему Радиевому институту в Варшаве.

Из исследований Кюри выросло сразу несколько направлений: физика радиоактивного распада, методы радиохимии, дозиметрия и медицинское применение ионизирующего излучения. Её дочь Ирен Жолио-Кюри и зять Фредерик Жолио-Кюри продолжили эту работу и в 1935 году получили Нобелевскую премию по химии за открытие искусственной радиоактивности.

В 1995 году прах Марии и Пьера Кюри перенесли в парижский Пантеон. Мария стала первой женщиной, удостоенной погребения там за собственные заслуги.