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第三章 最初的研究
书名： 居里夫人自传（名人传记系列） 作者： [法]居里(Curie,M.) 本章字数： 8663 更新时间： 2020-07-30 15:56:20

正是在物理和化学学校罗林学院里的旧楼中，皮埃尔?居里工作了22年，开始任实验室主任，后来便成了教授，这几乎等同于他科学生命的全部时间，甚至于他的回忆也似乎都与那些已经被拆除了的旧大楼密切地联系在了一起。在那里面，他会度过整个白天，只有晚上才会回到他父母亲居住的乡间。他在学校里感到非常幸福，因为学校的创建者舒赞贝格校长对他十分关怀，并且学生们对他也非常敬重和友善，其中有很多学生都成了他的弟子和朋友。对这段经历，他在他生命中最后几年里于巴黎大学所作的一次演讲将要结束的时候，这样说道：在此，我想着重指出，在巴黎市政府筹建的物理和化学学校，我们进行了所有的研究工作。无论任何科研成果，人们身处的工作环境对它的影响都是很大的，甚至于有一部分成果都应该归功于这种影响。我在物理和化学学校工作了20多年，学校的首任校长舒赞贝格是一位优秀的科学家。我至今仍旧心怀感激地记得当我还是教辅人员的时候，他所为我提供的优越的工作条件。后来，他又允许我的妻子玛丽?居里到我身边工作，这样的举措在当时那个年代是一种不同寻常的尝试。舒赞贝格在很大程度上给予我们大家自由。他对科学的那种热情感染了大家，令我们感触颇深。物理和化学学校的教师以及该校的毕业生共同形成了一种亲切有益、成果多多的氛围，对我有很大帮助。在学校的校友中我们找到了合作伙伴和朋友。非常高兴我能够在这里向他们表示感谢。

在刚开始出任新职务的时候，他几乎比他的学生们大不了多少，不过日常生活中的他平易近人且又彬彬有礼，是老师，可更像朋友，因此学生们都很敬爱他。他们中有一些人至今回忆起在他身边学习以及在黑板上讨论问题的情景时还很动情。他会主动地和大家就一些科学问题进行讨论，这对大家的成长以及激情的萌发都是大有裨益的。1903年，皮埃尔参加了学校老校友会举办的一次聚餐会，在那里，他笑着回忆起那时的一次意外。有一天，他和几个学生在实验室里干活干得太晚了，等到他想走的时候，发现门被锁上了，所以大家只能顺着二楼窗子旁的一根管子溜下去。

因为矜持和腼腆，他不是很容易就能和大家打成一片，但是由于工作关系而同他在一起的那些人却非常爱戴他，因为他为人亲切随和。他这一生，都是深受他的下属们喜欢的。皮埃尔在学校的实验室里有一个助手，是个小伙子，他在生活极其困难的时候得到了皮埃尔的帮助，因此对皮埃尔?居里一直怀有很深的感激和崇敬之情。

尽管同哥哥分居两地，但皮埃尔仍与哥哥维系着以往的友谊和信任。每到放假，雅克?居里就会前来看他，两人再次开始颇有成效的合作，将这段自由的时间全部奉献给这种合作了。有的时候，皮埃尔也会前去看望雅克，雅克当时正于奥弗涅忙着绘制一份地质图，他便和雅克共同进行实地踏勘工作。

下面就是他对其中一次踏勘的回忆，是从他在我们俩结婚前不久给我写的一封信中摘抄下来的：

我和我哥哥一起度过了一段很开心的时光。我们抛开了眼前的所有烦恼，去享受我们已经习惯的生活方式，我们甚至于连一封信都收不到，因为每一天我们都不知道第二天将会宿于何处。有的时候，我觉得我们两个又回到了生活在一起的那个时候。我们竟然达到了对任何事情的看法都一致的程度。因为想法一致，我们都不用再说出来就可以相互领会彼此的看法。我们两个性格迥异，能做到这一点就更是难能可贵了。

从科研的角度来看，必须承认皮埃尔?居里从一开始受聘到物理和化学学校任职的时候，就耽误了他的实验性研究。的确，他刚上任的时候，这所学校还没有任何东西，全部都要创建。围墙和隔板也都刚刚弄好。皮埃尔?居里必须全权负责组织学生实验工作。他以其别具一格的精细新颖的思想成功地完成了这项任务。

学生数量很多，每班有30名。对于仅有一个实验室助手相帮的年轻的皮埃尔来说，带领这么多的学生做实验，本身就很艰难。刚开始的几年他的工作无疑是艰苦的，但他所指导的学生们在教育和培养上却获得了很大的益处。

皮埃尔?居里趁着自己的实验研究被迫中断的机会来补充自身的科学知识，尤其是数学方面的知识。这个时候，在晶体学和物理学的理论研究方面，他已经成为了领军人物。

1884年，他发表了以晶体对称性研究为基础的有关增长序与重现的一篇论文。同一年，就同一题目，他做了一个更加广泛的报告。另一篇有关于对称与重现的论文发表于1885年。同一年，他就晶体的形成与不同面的毛细常数又发表了一篇非常重要的理论文章。

我们可以从这连续发表的几篇论文看出，对于晶体物理，皮埃尔?居里有多么关心。他在这一领域的研究，不论是理论性的还是实验性的，都围绕着一个非常普遍的对称性原则。他成功地逐渐将这一原则指出，但直到1893—1895年，他断断续续发表的一些论文才最终把这一原则确定了下来。

下面就是他关于这一论证所提出的且今后将成为经典的方式：

当某些效果为某些原因所产生时，原因的对称因子应该再次出现于所产生的效果之中。

当某些效果显出某种不对称时，这样的不对称应该再次出现在使之产生的原因之中。

这两种假设的逆命题未必正确，但至少在实际之中不是这样，换句话说所产生的效果能够比原因更加对称。

这个虽然简单但却完美的论证具有极大的重要性，这种重要性在于，它所引入的对称因子是同所有物理现象相关联的，无一例外。

受对有可能存在于自然界之中的对称群所作的一次深入研究的指引，皮埃尔?居里指出了应该怎样利用这种既是几何学特性又是物理学特性的资料，去对某种现象是否会产生或是它在所考虑的条件下产生是不可能的进行预见。他在一篇论文的开头是这样强调的：

我认为最好能够在物理学中引入为晶体研究者们所熟知的对称概念。

他在这条道路的研究上取得了重大的成果，尽管后来转向了其他研究，但对于晶体物理，他始终保持着浓厚的兴趣，并在这一领域内不断地酝酿出一些新的研究计划。

使皮埃尔?居里念念不忘的对称原理是重大的物理原理之一，这些原理虽然为数不多，但却对物理现象的研究起着指导作用，它们扎根于实验所提供的概念之中，但是又逐渐地从中摆脱出来，获得一种更加普遍、更加完美的形式。因此，热当量与功当量的概念便被补充进动能与潜能的当量概念中来，使得应用很普遍的能的保存原理得到建立。同样，质量保存原理也从将化学作为基础的拉乌瓦齐埃实验中逐渐地得出来了。通过对这两种原理进行聚合，一个令人赞叹的综合在最近得以达到了更加普遍的程度，因为已经被证明过，一个物体的质量同其内在的能是成正比的。对电现象的研究令里普曼将电的保存的普遍原理提了出来。根据生热装置的运作构思所产生的卡尔诺原理也具有非常普遍的意义，使各种物质系统自发变化的预见成为可能。

对称原理提供了一种平行进化的榜样。从一开始，通过对大自然的观察就能对对称概念进行验证：如果矿物质是晶体化了的，那么它的规律性则会更加完美。我们能够看到大自然向我们提供了对称面与对称轴的概念。如果对称面将物体分成两个部分，而如果每一部分又都可以被看作是这个面所反映的另一部分的形象（就像在一面镜子里那样）的话，这个物体就拥有一个对称面或是蜃景面。这几乎就是人与众多动物的外部形象所产生的那样。如果把一个物体沿着某一轴线旋转，当转到一周的几分之一的时候，物体恢复到开始的形状，我们就能够说这个物体拥有一千几阶的对称轴线。比如，一个整齐的四瓣花朵，就拥有一个四阶对称轴线，或是四阶轴线。像岩盐或者明矾这样的晶体就拥有好几个对称面与好几个不同序的对称轴。

从几何学中我们学会对一种被限定的形象，例如多面体的对称因子与在这些因子中发现的使它们聚集成堆的一些不可或缺的关系。了解这些堆体十分有利于将晶体形式合理地排列成为一个数量不多的系，其中的每一个系都是由一个简单的几何形式演变而来的。因此，正八面体就属于和立方体一样的系，因为由对称轴与对称面所组成的堆体于两种情况之下都是相同的。

在研究晶体物质的物理属性的过程中，必须对这种物质的对称性进行考虑。这种物质在通常情况下都是各向异性的；换句话说，当介质，例如玻璃或水，是各向同性（这是因为于这种情况下，各个方向完全相等）时，它于各个方向中就不具有相同的特性。对于光学的研究首先指出了光在晶体里的传播所依据的是晶体的对称因子。对于导热性、导电性，对于磁化与极化等来说，也是同样的。

正是在对这些现象的因果关系进行思考时，皮埃尔?居里被引导去对对称的概念进行补足与扩展。他认为对于一个现象出现在其中的介质来说，这种概念是一种独有的空间状态。为了对这一状态进行确定，就必须要考虑介质的构成，和它的运动状态以及它所从属的物理因子。所以，一个直圆柱体就拥有与它在其介质中的轴相垂直的一个对称面和通过这个轴的无尽的对称面。假如这同一个圆柱体能够围绕着它的轴进行旋转，那就存在第一对称面，但是其他的就全部被取消了；假如这个圆柱体还被一股电流同时纵向通过，那么任何对称面就都保存不住了。

对于所有的现象来说，都有将同它的存在相容的对称因子确定下来的必要：在这些因子中，有一些能够同某些现象共存，但是它们却并不是不可缺少的。必须要确定的是，它们之中的某一些并不存在，而是不对称在产生现象。当数个现象重叠于同一个系中时，不对称就自动增多。（出自皮埃尔?居里《论文集》第127页）正如上述结论所说，皮埃尔?居里对一种普遍原理进行了阐释，其《论文集》（第37页）对这一普遍原理的研究，在其普遍性和抽象性方面，达到了巅峰的状态。如此得到的综合似乎是决定性的，而剩下的只是据此去推论出它所包含的整个发展。

因此，应该将每个现象的独特对称确定，并将那些对称群按照门类分开。质量、电荷、温度有着相同的称之为“标量”的，也就是圆球形对称。水流或者单向电流属于矢量对称性，是“极矢量”之类。正圆柱体的对称则是属于“张量”之类。所有的晶体物理学研究都能够按照这种方法加以归类，但在使用这种方法时，不需要指定所研究现象的具体情形，而只需要观察它们的各物理量于几何与解析上的因果关系就行了。

因此，对于电场所产生的极化效应所作的研究也就相当于是在对两个矢量之间的关系进行研究，并列出含有9个系数的一组线性方程式。这组方程式中的每个系数的意义在于，对于它们加以修改即可以用来表示导体中的电流同电场的关系，或者热流同温度梯度的关系。同样，在对矢量同张量间的普遍性关系进行研究时，压电现象的各种特性便可以显示。除此之外，凡是属于晶体弹性的各种现象也都能够通过两组张量之间的关系来决定。但是，这些张量通常都需要36个系数才能进行表述。

通过这一简单的阐述，我们能够了解到自然现象中全部的对称性在理论上的巨大的重要性，而皮埃尔?居里凭借一种明白无误的方式对其深刻的意义进行了表述。有必要在此提及，巴斯德曾经也用过同样的观点来对生命进行观察，他说道：“作为一个整体，宇宙是不对称的，所以我相信我们见到的生命应该是受宇宙不对称作用影响的，或是说我们的生命是不对称性的结果。”

随着学校里的工作渐渐进入有序状态，皮埃尔能够考虑再次进行自己的实验研究了。但是实验研究的条件却不理想，他没有自己专门的实验室，也没有空屋可以利用，并且研究经费也毫无着落。在学校工作了好几年之后，幸亏有舒赞贝格的支持，他才得以每年获得一小部分研究经费。另外，也是由于校长的关照，他所需要的实验器材经费能够从学校教学实验室的日常开支中划拨，但那所谓的日常开支经费事实上也是少得可怜。他只能占用一点点实验场所。他的部分实验是当学生们不用大课堂时，在大课堂里进行的。不过，最经常的是他在楼梯底下或者学生实验室里进行自己的实验。就是在这种条件下，他完成了那漫长而又卓有成效的磁学研究。

这种非正常的并且明显不利于皮埃尔的科研状况倒也有其有利的一面，那就是他正好可以借此更多地接触学生，而有时候那些学生也能参与一些他的科学研究。

皮埃尔再次开始实验研究的主要目标是对“直接称量最微小量的精密天平”这一高深的课题进行研究。这些研究在1889年、1890年、1891年间进行。这种天平不用小砝码，而代之以一个测微计，将它装在天平一臂的顶端，并通过显微镜来读数。在这种天平上装有空气阻尼器，能令天平两臂的摆动及时停止，然后便能够立刻读数了。和旧天平相比，它大有改进，特别是它的称量极其快速，在化学分析实验中称量的速度直接影响到它的精确性。所以，在化学分析实验室里，这种新式天平非常受青睐。甚至可以说，这种由皮埃尔发明的天平确实开创出了天平制造业的新纪元。这种发明并不是完全靠经验的，而是皮埃尔先对阻尼运动研究了一番，并借助于一些学生的帮助，绘制出了一些曲线图表，将他的推论证实之后才获得成功的。

1891年左右，皮埃尔?居里开始进行他对物体的磁性和温度（从常温到1400℃之间）的关系长达几年的系统研究。1895年在巴黎大学的教师会议上，研究结果以博士论文的形式被宣读。皮埃尔将他的研究目的和结果以明确而又简洁的语言叙述了出来。他在文章中写道：

根据自身磁性，物体可被明确地分为抗磁性物体、弱磁性物体以及顺磁性物体①8三类。乍看上去，这三类物体完全不同。该项研究的主要目的在于探究这三种状态之间是不是存在着一种过渡，能否让某一种物质按照顺序经过这些不同的状态。因此，我对不同温度与磁场下的许多物质进行了研究，并对它们的磁性进行了观察与测量。

① 同铁相类似，顺磁体的磁化作用有时为极强的磁化（铁磁化），有时为较弱的磁化。抗磁体系是指物体的磁化作用非常微弱，并且和铁在相同磁场中具有相反的磁化极性。——作者注我在实验中未能对抗磁性物质和顺磁性物质在性质上的关系进行证实，但实验的结果却显示一些不同性质的原因造成了磁性和抗磁性。相反，铁磁性物质与弱磁性物质的性质却是有着紧密的关系。

在实验方面，这项研究呈现出大量的困难，因为实验需要在温度达到1400℃左右的装置中测量出极其微小的力（它的重量仅有0.01毫克）。

正像皮埃尔?居里非常清楚的那样，他所取得的结果在理论上看是十分重要的。他从中得出了“居里定律”。按照这一定律，物体的磁化系数同它的绝对温度成反比。这个定律十分简单，完全可以同盖?吕萨克的“理想气体的密度同其温度成反比”的定律相媲美。1905年，保尔?朗之万发表的著名的磁学理论就引用了皮埃尔?居里的这个定律，并从理论上进一步对抗磁性和顺磁性的不同起因进行了证实。朗之万的研究，与后来的P.魏斯的重要研究都证明了皮埃尔?居里所得出的结果是非常精确的。在磁化强度和流体密度之间皮埃尔还看到了相似状态，因为物质处在顺磁化状态可以同气态相比较，处在铁磁化状态则可以同凝聚状态相比较。

在这项研究工作中，皮埃尔尽力去探求还不为人所知的新现象，他认为这些新现象并不是没有存在的可能。他忙着寻找一种很强的抗磁性物质，但没有成功。他还在探究是不是有一些能够传导磁性的物质，是不是磁性能够像电荷一样以自由状态存在。在这一方面，他也没有得到确定的结果。他从来没有就这些研究发表过什么，这是因为他习惯于这样投入到对现象的追踪中去，经常无功而返，但他就是喜欢对意外的东西进行探寻，而从不考虑是不是要著书立说。

这种对科研完全无私的激情令他并没有想过要专门利用自己开始的研究成果去创作一篇博士论文。当决心将刚完成的磁性研究方面的见解颇深的成果集中起来作为博士论文的时候，他已经是35岁的中年人了。

他进行博士论文答辩时候的情景，我至今都记忆犹新。当时我们两个已经友谊甚笃，所以他邀请我前去参加他的答辩会。布蒂教授、里普曼教授同奥特弗耶教授共同组成了评委会。旁听者有他的朋友和他的父亲。他的父亲因为自己儿子所取得的成就而非常高兴。我记得皮埃尔进行答辩时简洁明确而又条理清晰，深受评委们的赞赏。当评委们和皮埃尔进行问答式的交流沟通时，我仿佛在参加一个物理学的研讨会。那一天，小教室里就像是在对人类的崇高理想进行颂扬，我深深地被那里的一切打动了。

在对1883—1895年年间，皮埃尔?居里一生中的这一时期进行回忆的时候，我们可以看到，作为实验室主任，他在学术上的成就。在这几年间，他成功地将实验室组建成为一个全新的教学单位，并发表了一系列重要的理论性文章与一流的实验研究报告，还制作了一些非常精确的新仪器，而所有的这一切全部都是在设备不完善、经费不充足的情况下完成的。所以，我们可以认为他克服掉了青少年时期怀疑和犹豫的情绪，并将自己的研究方法进行了规范，充分调动了自己不平凡的才能。

由此他在国内外的声誉与日俱增。在一些学术团体的会议上，包括物理学会、矿物学会以及电气工程师学会等，他经常将自己的研究成果拿出来和他人进行交流，并且在对各种科学问题的讨论中踊跃发表自己的看法，到会者全都洗耳恭听。

这一时期对他进行高度评价的外国科学家中，首先能够举出的是英国著名物理学家开尔文爵士。他于一次科学讨论会上和皮埃尔进行了交流，从此以后，他就一直很赏识皮埃尔并且对他十分亲切。开尔文爵士于他的一次巴黎之行期间，参与了物理学会的一次会议。在会上，当谈到装有保护环的标准的电容器的构造与使用时，皮埃尔主张用电池对保护环里的中央圆板进行充电，而保护环则同地面连接，这样就可以将另一块电板上所感应到的电荷用来计量。尽管这种构造令电线的空间分布很复杂，但它的感应电荷却能够运用静电学中的定理来计算。这一过程中所运用的公式和普通电容器与均匀电场中所运用的公式同样简单。另外，按照皮埃尔的方法，电容器的绝缘性能更好。刚开始的时候，开尔文认为皮埃尔的推论并不精确，但是，到了第二天，他不顾自己年龄已大，亲自来到皮埃尔的实验室拜访年轻的实验室主任，同皮埃尔在黑板上进行了讨论。后来，他彻底信服了，并且很高兴地称赞了皮埃尔推论的正确性。①9① 在访法期间，著名物理学家，英国的开尔文爵士给皮埃尔写了一封信，内容摘要如下：亲爱的居里先生：

十分感谢您周六的来信，对于信的内容，我感到非常有趣。如果我明天上午11点到你的实验室拜访，您应该会在吧？我有两三件事情想和您进行讨论，并且还想看看您所绘制的在不同温度下的铁的磁化带曲线圈。

开尔文

1893年10月

令我们感到惊讶的是，尽管皮埃尔?居里成绩斐然，但12年间却一直担任着小小的实验室主任。毫无疑问，这是因为无人举荐关照，没有得到有权势者的帮助的人，是非常容易被人遗忘的；还因为他对为达到升迁的目的而四处奔走，求人帮忙的行为深恶痛绝。他向来性格独立、光明磊落，是绝对不会为了升迁去活动的。为此，他只能屈于此职，（每月拿三百法郎的薪水），同体力劳动者没有什么差距，只是勉强能够维持简单的生活而已。虽然处境如此糟糕，但他却始终没有放弃过自己的研究工作。

关于这一问题，他曾经在给我的一封信中提道：

有人对我说，我校的一位教授可能要辞职，如果是这样的话，我就想接替他所留下的职位。不过，任何职位都需要自己申请，这可是件令人头疼的事，我实在是不习惯做这种使人难堪的事情。我认为真是没有比这么干而去听别人说三道四的事更不像话的了。我很遗憾和您谈到这种事情。

如果说皮埃尔不渴望强求晋升的话，那他则更是不追求荣誉声望。涉及名誉、奖赏的问题，他的态度尤为坚决，他不但不认为它们具有任何的用处，还相信它们有百害而无一利，谁要将全部心思都用在对荣耀的追求上，就必将自寻烦恼，还会将人最崇高的目标放到次要的地位，这个目标就是为了爱好而从事的科学研究，这是人类最为高尚的情操。他的道德观念向来真诚而又崇高，所以他的行为举止同他的思想保持着一致，从来都是言行一致、表里统一的。舒赞贝格曾经想要提议授予皮埃尔共和国一级教育勋章，虽然获此殊荣会带来很多好处，但他仍婉言谢绝了。他写信给校长舒赞贝格说：

获悉您再次推举我获取这一殊荣，我不胜感激，但我真诚地请您千万不要这么做。如果您真的成功地为我申请了这一荣誉，那会令我处于尴尬的境地，因为我已下定决心不再接受任何荣誉了。请校长先生谅解我并撤销您的提议吧，免得使我贻笑大方。如果您希望向我表达您的关怀，那么您以前为了使我无后顾之忧地进行研究工作所作的努力就已经是对我很大的关怀了，这远远胜过为我去争取虚名。但是，我仍对此向您表示不胜的感激。

皮埃尔从来没有违背过自己的意愿。1903年，政府曾经准备向他授予“荣誉勋章”，但是也被他婉言谢绝了。虽然他并不愿意为了自己的晋升而四处活动，但在1895年，他还是得到了升迁。法兰西学院著名的物理学家马斯卡尔教授十分欣赏皮埃尔?居里的才干，又听到开尔文爵士对他作出的高度评价，便竭力向舒赞贝格保荐皮埃尔，聘请皮埃尔为教授，在物理和化学学校开了一个物理学讲座，使皮埃尔的才能得到充分地发挥。但是，这一时期，皮埃尔的研究缺乏经费的问题并没有由此而得到任何解决。

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