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2017.12.05 02:30

【王道還科普專欄】祖國在週期表上

文、聲音|王道還 繪圖|欒昀茜 

令人感慨的並不是分離工作的辛勞,而是機會:居里夫人不到一年便發現二種新的元素,不算空前,也是絕後。現在在設備齊全的實驗室裡做研究的博士生,怎麼會不好生豔羨?1895年年底,倫琴發現X光,為核科學揭開序幕,然而當時沒有人預見那個發展。關鍵線索到處都是,可是許多重大發現都是誤打誤撞出來的。

王道還〈祖國在週期表上〉全文朗讀

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今年11月7日是居里夫人150歲冥誕,法國國家紀念館中心與居里博物館在巴黎的先賢祠安排了一個展覽,從11月初到明年3月初;每一週先賢祠與居里博物館還有不同的節目。

居里夫人與先賢祠的關聯發生於1995年,法國人將居里夫婦的骨灰迎入先賢祠,加入伏爾泰、盧梭、雨果、左拉等人的行列。典禮盛大隆重,由總統主持,由於居里夫人來自波蘭,波蘭總統受邀在法國總統身旁觀禮。居里夫人並不是先賢祠中唯一的女性,但是居里夫人已成了傳奇,總不缺紀念她、向她表達敬意的理由。

例如法國與波蘭都宣布2011年是居里夫人年,因為那是她獨得1911年諾貝爾化學獎100週年。聯合國也來湊熱鬧,將2011年定為「化學」年。於是世界各地為「化學」年舉行的活動,總是凸顯「女性科學家」議題,我國也不例外。事實上,將居里夫人送入先賢祠,本就是「政治」行動,因為先賢祠正面石楣上刻著大字,注明是獻給「男性」偉人的。(案:法文hommes = 英文men)

 

居里夫人的紀錄令人高山仰止,別說女性科學家,男性也難以超越

居里夫人成了傳奇,因為她的紀錄令人高山仰止,別說女性科學家,男性也難以超越。過去100多年來,只有3位科學家獲得兩次諾貝爾科學獎項的殊榮,居里夫人是第一位。居里夫婦是諾貝爾物理獎得主中唯一的夫妻檔(1903);他們的長女與女婿是諾貝爾化學獎的唯一夫妻檔(1935)。在法國,居里夫人之後,第一位獲得諾貝爾獎的女性科學家就是她的女兒;直到2008年,才出現第二位受到諾貝爾獎肯定的女性科學家(生醫獎)。更值得注意的是,在歐洲,巴黎大學是對女性開放的先進,可是充分利用這個機會的卻是外國人。居里夫人選修的科學課,女性同學全是外國人。那時她還沒有遇見居里先生,芳名瑪莉。

正在巴黎先賢祠舉辦的居里夫人紀念展。(東方 IC)
正在巴黎先賢祠舉辦的居里夫人紀念展。(東方 IC)

不過,居里夫人的傳奇紀錄未必激發了大眾對她科學成就的興趣。其實在21世紀之初紀念居里夫人,還有一個更為深刻的理由,無以名之,姑且說是懷舊吧。回顧科學史,加上後見之明,1891年秋瑪莉年近24,進入巴黎大學就讀,時機也許再好也不過了。她的老師中,有一位後來獲得諾貝爾獎,一位是科學史、科學哲學上的大師,日後都是她的貴人。瑪莉在93、94年分別獲得物理、數學文憑,本來想回家鄉華沙當老師。可是她在94年遇見了居里先生。第2年2人結婚,再過2年,長女出生(1897)。

 

瑪莉選擇「鈾光」,理由之一是:那是新鮮玩意,毋須爬梳大量研究文獻

1895年12月,他們結婚才半年,德國物理學家倫琴意外發現的 X光引起轟動。法國物理學家貝克勒以為X光與他的家學——磷光研究——有關,竟意外發現含鈾礦物會釋放肉眼不可見的「鈾光」,像X光一樣令照相底片感光。

就在大家對X光、鈾光既感興趣又無頭緒的時候,瑪莉生下女兒,到高等師範教書貼補家用,同時思考自己的未來。她決定先取得博士學位。當年無所謂「攻讀」博士,只要完成論文,通過大學審查(包括口試)即可。因此論文題目是關鍵。瑪莉選擇「鈾光」,理由之一是:那是新鮮玩意,毋須爬梳大量研究文獻。那一年年底英國的克爾文爵士在愛丁堡皇家學會發表實驗結果,證實鈾光能使空氣帶電(離子化),以簡單的驗電器即可發現,與X光一樣。12月16日,瑪莉便以克爾文的結論為基礎,開始研究鈾光。她沒有實驗室,在居里先生任教的學校,經過校長特准,找到一個儲物間,「室溫攝氏6度」。

瑪莉的研究從測量下手。一方面那是一切科學的基本步數。美國第一位諾貝爾物理獎得主邁克生(Albert A. Michelson, 1852-1931)說過一句名言:「在未來,物理學事實以小數點之後的第6位數字見真章。」另一方面,也是幸運:測量微弱的電量是居里先生的專長。他與哥哥在巴黎大學擔任過實驗室助理,一齊研究晶體的壓電現象,發明了非常精密的靜電計與壓電石英天平。他是瑪莉不可或缺的實驗室「魔術師」。

 

居里夫婦聯名發表論文,宣布在瀝青鈾礦中分離出一種新的金屬元素,他們命名為「釙」

有了居里先生的技術支援,瑪莉的研究進展速度飛快。才不過2個月,瑪莉便發現不只鈾化合物與純鈾會發「鈾光」,釷(Th)也會。於是她擴張測量範圍。更令人驚訝的是,瀝青鈾礦、銅鈾雲母發出的鈾光比純鈾更強烈,而且去除鈾之後仍然能發出強烈的鈾光。她將測量結果整理成一篇論文,1898年3月由她的老師(1908年諾貝爾物理獎得主)在法國科學院代為宣讀。那是核科學的開山之作,瑪莉的結論是,「鈾光」是鈾原子的性質,其他元素如釷也有同樣的性質,因此她稱之為「射線」(radiation)。但是她測量過所有已知的元素,都不能解釋某些含鈾礦物的強烈射線,因此其中必然有未知的元素存在。她的下一步是找出那些元素。那時居里先生已經放下自己的研究,與她合作。

3個月後,居里夫婦聯名發表論文,宣布在瀝青鈾礦中分離出一種新的金屬元素,他們命名為「釙(ㄆㄛˋ)」。那是科學史上破天荒的結論:以「釋出射線」(radioactive)的量作為新元素的判準。以物質科學的立場而言,在沒有看見實物之前便做出那個結論,實在魯莽。現在我們知道,100公克的瀝青鈾礦中,釙的蘊藏量只能以奈克計(10億分之1公克),將它分離出來,非有愚公移山的意志不為功。(案,瑪莉並沒有分離出純釙,因為她的方法不夠靈敏。後來才知道,釙的半衰期太短,即使她有有效的方法,也不可能。)那一年年底,居里夫婦宣布在瀝青鈾礦中發現了另一個新元素,命名為鐳(radium),那個名字來自ray(射線)。鐳在礦石中的含量是釙的5千倍,有現成的方法將它分離出來,可是直到1902年,瑪莉才得到接近純鐳的標本,重量只及幾粒沙。

居里夫婦獲得諾貝爾物理獎的得獎證書(1903年),也陳列在先賢祠的展場。(東方 IC)
居里夫婦獲得諾貝爾物理獎的得獎證書(1903年),也陳列在先賢祠的展場。(東方 IC)

 

以新發現的元素提醒世人祖國的現況

不過令人感慨的並不是分離工作的辛勞,而是機會:居里夫人不到一年便發現二種新的元素,不算空前,也是絕後。現在在設備齊全的實驗室裡做研究的博士生,怎麼會不好生豔羨?1895年年底,倫琴發現X光,為核科學揭開序幕,然而當時沒有人預見那個發展。關鍵線索到處都是,可是許多重大發現都是誤打誤撞出來的。時代創造英雄,讓聰明才智、人格特質有機會改變歷史。

另一方面,那又不是個純真年代。1912年,居里夫人受邀返回祖國效力,據說連波蘭的諾貝爾文學獎得主顯克維奇(1905)都出面。她婉拒了。也許她只要拿出化學週期表就夠了:元素「釙」代表瑪莉的祖國。(因此,中文發音應該是「波」才對。)

18世紀下半葉波蘭遭到列強瓜分,蕭邦、瑪莉的家鄉受俄羅斯統治,直到第一次世界大戰末。蕭邦以「革命練習曲」(1831)表達他對家鄉命運的沉痛感受;居里夫人在科學論文中(1898)以新發現的元素提醒世人祖國的現況,不啻政治聲明。報國之道哪裡只有一條?

王道還(王道還提供)
王道還(王道還提供)

作者小傳─王道還

台北市出生,從小喜歡閱讀,但是從未想過寫作,因為小學五年級投稿國語日報兩次皆遭退稿。大學三年級起意外接到翻譯稿約,以後寫作亦以翻譯為起點(意思是抄襲)。

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在思想上,對於「思考」產生全新的認識,是在高二暑假讀了《西洋哲學史話》(台北:協志工業出版)、《相對論入門》(香港:今日世界出版社)兩本書。從高一起就對演化生物學發生興趣,後來以生物人類學為專業可能並非偶然,可是對科學史、科學哲學的興趣從未間斷。

更新時間|2017.12.04 13:43

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