Кюри Пьер: научные достижения. Нобелевская премия по физике Пьера и Марии Кюри

Пьер Кюри (15 мая 1859 г. – 19 апреля 1906 г.) был французским физиком, пионером в области кристаллографии, магнетизма, пьезоэлектричества и радиоактивности.

История успеха

До того как он присоединился к исследованиям своей жены - Марии Склодовской-Кюри, Пьер Кюри был уже широко известен и уважаем в мире физики. Вместе с братом Жаком он обнаружил явление пьезоэлектричества, при котором кристалл может стать электрически поляризованным, и изобрел кварцевые весы. Его работы по симметрии кристаллов и выводы о связи между магнетизмом и температурой также получили одобрение в научном сообществе. Он разделил Нобелевскую премию 1903 года по физике с Анри Беккерелем и со своей женой Марией Кюри.

Пьер и его супруга сыграли ключевую роль в открытии радия и полония, веществ, оказавших значительное влияние на человечество своими практическими и ядерными свойствами. Их брак основал научную династию: дети и внуки знаменитых физиков также стали известными учеными.

Мария и Пьер Кюри: биография

Пьер родился в Париже, во Франции, в семье Софи-Клер Депуи, дочери фабриканта, и доктора Эжена Кюри, свободомыслящего врача. Его отец поддерживал семью скромной медицинской практикой, попутно удовлетворяя свою любовь к естественным наукам. Эжен Кюри был идеалистом и ярым республиканцем, и основал госпиталь для раненых во время Коммуны 1871 года.

Пьер получил свое доуниверситетское образование дома. Преподавала сначала его мать, а затем - отец и старший брат Жак. Ему особенно нравились экскурсии в сельскую местность, где Пьер мог наблюдать и изучать растения и животных, развивая любовь к природе, сохранившуюся у него на протяжении всей жизни, что составляло его единственное развлечение и отдых во время дальнейшей научной карьеры. В возрасте 14 лет он проявил сильную склонность к точным наукам и начал заниматься у профессора математики, который помог ему развить свой дар в этой дисциплине, особенно пространственное представление.

Мальчиком Кюри наблюдал опыты, проводимые его отцом, и обрел склонность к экспериментальным исследованиям.

Из фармакологов в физики

Познания Пьера в физико-математической сфере принесли ему в 1875 году степень бакалавра наук в возрасте шестнадцати лет.

В 18 лет он получил равноценный диплом в Сорбонне, также известной как Парижский университет, но не сразу поступил на докторантуру из-за отсутствия средств. Вместо этого он исполнял обязанности лаборанта в своей альма-матер, в 1878 году став ассистентом Пола Десена, отвечая за лабораторные работы студентов-физиков. В то время его брат Жак работал в лаборатории минералогии в Сорбонне, и они начали продуктивный пятилетний период научного сотрудничества.

Удачный брак

В 1894 году Пьер познакомился со своей будущей супругой - Марией Склодовской, которая изучала физику и математику в Сорбонне, и женился на ней 25 июля 1895 г., совершив простую гражданскую брачную церемонию. Полученные в качестве свадебного подарка деньги Мария использовала для приобретения двух велосипедов, на которых молодожены совершили свадебную поездку по французской глубинке, и которые были их основным средством отдыха на протяжении долгих лет. В 1897 году у них родилась дочь, и через несколько дней мать Пьера умерла. Доктор Кюри переехал к молодой паре и помогал заботиться о своей внучке, Ирен Кюри.

Пьер и Мария посвятили себя научной работе. Они вместе выделили полоний и радий, стали пионерами в изучении радиоактивности и были первыми, кто использовал этот термин. В своих трудах, включая знаменитую докторскую работу Марии, они использовали данные, полученные с помощью чувствительного пьезоэлектрического электрометра, созданного Пьером и его братом Жаком.

Пьер Кюри: биография ученого

В 1880 году он и его старший брат Жак показали, что при сжатии кристалла возникает электрический потенциал, пьезоэлектричество. Вскоре после этого (в 1881 году) был продемонстрирован обратный эффект: кристаллы могут деформироваться под действием электрического поля. Почти все цифровые электронные схемы сегодня используют это явление в виде кварцевых генераторов.

До своей знаменитой докторской диссертации по магнетизму для измерения магнитных коэффициентов французский физик разработал и усовершенствовал чрезвычайно чувствительные крутильные весы. Их модификации использовались и последующими исследователями в этой области.

Пьер изучал ферромагнетизм, парамагнетизм и диамагнетизм. Он обнаружил и описал зависимость способности веществ намагничиваться от температуры, известную сегодня как закон Кюри. Константа в этом законе носит название константы Кюри. Пьер также установил, что ферромагнитные вещества обладают критической температурой перехода, выше которой они теряют свои ферромагнитные свойства. Это явление носит название точки Кюри.

Принцип, который сформулировал Пьер Кюри, учение о симметрии, заключается в том, что физическое воздействие не может вызвать асимметрию, отсутствующую у его причины. Например, случайная смесь песка в невесомости асимметрии не имеет (песок является изотропным). Под действием гравитации из-за направления поля возникает асимметрия. Песчинки «сортируются» по плотности, которая увеличивается с глубиной. Но это новое направленное взаиморасположение частиц песка на самом деле отражает асимметрию гравитационного поля, вызвавшего разделение.

Радиоактивность

Работа Пьера и Марии над радиоактивностью была основана на результатах Рентгена и Анри Беккереля. В 1898 году, после тщательных исследований, они открыли полоний, а несколько месяцев спустя – радий, выделив 1 г этого химического элемента из уранинита. Кроме того, они обнаружили, что бета-лучи являются отрицательно заряженными частицами.

Открытия Пьера и Марии Кюри требовали большого труда. Денег не хватало, и чтобы сэкономить на транспортных расходах, на работу они ездили на велосипедах. Действительно, зарплата учителя была минимальной, но чета ученых продолжала посвящать свое время и деньги исследованиям.

Открытие полония

Секрет их успеха крылся в примененном Кюри новом методе химического анализа, основанном на точном измерении излучения. Каждое вещество помещалось на одну из пластин конденсатора, и с помощью электрометра и пьезоэлектрического кварца измерялась проводимость воздуха. Эта величина была пропорциональна содержанию активного вещества, такого как уран или торий.

Супруги проверили большое количество соединений практически всех известных элементов и обнаружили, что только уран и торий являются радиоактивными. Тем не менее они решили измерить излучение, испускаемое рудами, из которых извлекаются уран и торий, такими как хальколит и уранинит. Руда показала активность, которая была в 2,5 раза больше, чем у урана. После обработки остатка кислотой и сероводородом они установили, что активное вещество во всех реакциях сопутствует висмуту. Тем не менее они добились частичного разделения, заметив, что сульфид висмута менее летуч, чем сульфид нового элемента, который они назвали полонием в честь родины Марии Кюри Польши.

Радий, радиация и Нобелевская премия

26 декабря 1898 года Кюри и Ж. Бемон, руководитель исследований в «Муниципальной школе промышленной физики и химии», в своем докладе Академии наук объявили об открытии нового элемента, который они назвали радием.

Французский физик вместе с одним из своих учеников впервые выявил энергию атома, обнаружив непрерывное излучение тепла частицами новооткрытого элемента. Он также исследовал излучение радиоактивных веществ, а с помощью магнитных полей ему удалось определить, что одни испускаемые частицы заряжены положительно, другие – отрицательно, а третьи были нейтральными. Так обнаружилось альфа, бета и гамма-излучение.

Кюри разделил Нобелевскую премию по физике 1903 года со своей женой и Анри Беккерелем. Ее присудили в знак признания чрезвычайных услуг, которые они оказали своими исследованиями явлений радиации, открытых профессором Беккерелем.

Последние годы

Пьер Кюри, открытия которого поначалу не получили широкого признания во Франции, что не позволило ему занять кафедру физической химии и минералогии в Сорбонне, уехал в Женеву. Переезд изменил положение вещей, которое можно объяснить его левыми взглядами и разногласиями по поводу политики Третьей республики в отношении науки. После того как его кандидатура была отвержена в 1902 г., в 1905-м он был принят в Академию.

Престиж Нобелевской премии побудил парламент Франции в 1904 г. создать новую профессуру для Кюри в Сорбонне. Пьер заявил, что не останется в Школе физики, пока там не будет в полной мере финансированной лаборатории с необходимым числом ассистентов. Его требование было выполнено, и Мария возглавила его лабораторию.

К началу 1906 г. Пьер Кюри оказался готов, наконец, впервые приступить к работе в должных условиях, хотя был болен и очень уставал.

19 апреля 1906 года в Париже во время обеденного перерыва, идя со встречи с коллегами по Сорбонне, переходя скользкую от дождя Рю Дофин, Кюри поскользнулся перед конной повозкой. Ученый умер в результате несчастного случая. Его безвременная гибель, хотя и трагическая, тем не менее, помогла ему избежать смерти от того, что открыл Пьер Кюри – радиационного облучения, позже убившего его жену. Чета захоронена в крипте Пантеона в Париже.

Наследие ученого

Радиоактивность радия делает его чрезвычайно опасным химическим элементом. Ученые поняли это лишь после того как использование данного вещества для подсветки циферблатов, панелей, часов и других инструментов в начале двадцатого века стало оказывать влияние на здоровье лаборантов и потребителей. Тем не менее хлористый радий используется в медицине для лечения рака.

Полоний получил различное практическое применение в промышленных и ядерных установках. Он также известен как очень токсичное вещество и может быть использован в качестве яда. Пожалуй, наиболее важным является его применение в качестве нейтронного запала для ядерного оружия.

В честь Пьера Кюри на Радиологическом конгрессе в 1910 году после смерти физика была названа единица радиоактивности, равная 3,7 х 10¹⁰ распадов в секунду или 37 гигабеккерелей.

Научная династия

Дети и внуки физиков также стали крупными учеными. Их дочь Ирен вышла замуж за Фредерика Жолио и в 1935 году они вместе получили Нобелевскую премию по химии. Младшая дочь Ева, родившаяся в 1904-м, вышла замуж за американского дипломата и директора Детского фонда ООН. Она является автором биографии своей матери «Мадам Кюри» (1938), переведенной на несколько языков.

Внучка - Элен Ланжевен-Жолио - стала профессором ядерной физики в Университете Парижа, а внук - Пьер Жолио-Кюри, названный в честь деда - известный биохимик.