Мария Кюри. Радиоактивность и элементы

Когда казалось, что все уже забыли об урановых лучах, ими заинтересовалась молодая полька, получившая образование в области физики и математики в Сорбонне, которая недавно родила дочь и была замужем за непризнанным ученым. И там, где потерпел поражение физический подход Беккереля, победил химический подход Марии. Однако история не была такой простой. Нет сомнений в том, что главный успех Марии состоял в установлении эффективного способа выделения новых химических элементов. Но чтобы дойти до их открытия, ей пришлось сделать бесконечное количество «физических» измерений электрического заряда, производимого лучами, что также пытался сделать Беккерель, хотя и безуспешно. То есть дело не в том, что химия победила там, где потерпела поражение физика, а в том, что победили творческий гений и упорство Марии. Также определяющим был ее подход к изучению явления, свободный от предрассудков, которые могли бы сбить с пути, если бы она занималась унаследованной от родителей темой исследования, как в случае с Беккерелем. И, возможно, наибольшее значение имела энергия молодости Марии, у которой все было впереди.

Вначале Мария не задалась вопросом о природе явления, а лишь попыталась ответить на, казалось бы, очень простые вопросы: какова интенсивность урановых лучей? какие вещества их производят? Ее большим успехом было то, что она нашла правильные ответы на оба эти вопроса. Для этого ей потребовались огромная смелость, железная рабочая дисциплина и немного удачи. Не стоит забывать, что она осуществила всю эту работу только на энтузиазме, поскольку не получила за нее никакой компенсации.

Первое, что нужно было сделать супружеской паре Кюри после выбора цели исследования, — найти место, где Мария могла бы работать. Шарль Гариель, новый директор Школы промышленной физики и химии, позволил Марии работать в здании школы, несмотря на то что исследовательница не была профессионально связана с ней. Было решено, что для своих экспериментов она будет пользоваться исключительно застекленным деревянным сараем, который до этого служил складом и машинным отделением. Там не было отопления кроме старой плиты, которая наполняла все сажей, так что сарай был холодильником зимой и духовкой летом. Поскольку среди оборудования не было вытяжки или механизмов подачи воздуха, химические опыты, требующие вентиляции, приходилось проводить в прилегающем дворе. Мария и Пьер не могли надеяться на что-то лучшее, но у них было самое необходимое для развития их проекта — твердое решение осуществить его.

СКОЛЬКО?

Еще до начала изучения урановых лучей Мария уже решила, что оттиски на фотографических пленках были неточным методом анализа, а она хотела измерить интенсивность лучей и сравнить количество излучения, испускаемого различными веществами. Она знала: Беккерель установил, что у лучей есть способность ионизировать воздух (то есть превращать его в проводник электричества), поэтому если найти достаточно чувствительное устройство для измерения небольшого электрического тока в ионизированном воздухе, можно оценить лучи количественно.

Задача была сложной, поскольку токи были чрезвычайно малы, из-за чего Мария искала более точные приборы, чем электрометр, использованный Беккерелем. Однако в ее распоряжении были весы из пьезоэлектрического кварца, сконструированные Пьером и его братом Жаком, которые основывались на пьезоэлектрическом эффекте, открытом ими в 1880 году. Мария с помощью Пьера придумала и сконструировала прибор, состоящий из этих весов, квадрантного электрометра и ионизационной камеры, подсоединенной к батарее. Схема устройства показана на рисунке.

Радиоактивное вещество помещалось в ионизационную камеру, где испускаемые им лучи ионизировали воздух, затем ионы перемещались, притягиваемые к полюсам батареи, которая была подсоединена к камере, и генерировали в ней ток. Это отклоняло стрелку электрометра. Мария компенсировала заряд электрометра зарядом, который давал пьезоэлектрический кварц при деформации под весом гирек на весах. Активность каждого вещества определялась измерением с помощью хронометра времени, которое требовалось для осуществления «насыщения», то есть ситуации, когда по воздуху не передавался заряд. Марии приходилось часами определять время, которое необходимо каждому веществу для насыщения, добавляя или убирая гирьки, пока стрелка электрометра не возвращалась в свое начальное положение. Можно сказать, что Мария «взвешивала» радиоактивность.

Эта процедура была довольно сложной, хотя Мария и говорила, что делала все автоматически. Как рассказывала ее внучка Элен Ланжевен-Жолио, в конце XX века никто в лаборатории Кюри не умел пользоваться прибором, созданным ее бабушкой (который сейчас находится в Музее Кюри). Однако с помощью первого экземпляра, собранного из выброшенных материалов, Мария провела тысячи измерений интенсивности урановых лучей. Фотографии, на которых Мария сидит за столом в лаборатории и смотрит через маленький визир, демонстрируют использование этого прибора. С его помощью она выяснила, какие вещества испускают урановые лучи, и измерила с высокой точностью их интенсивность, зафиксировав чрезвычайно маленькие токи, до десяти триллионных ампера (0,00000000001 А = 10^-11 А). Чтобы понять идею слабости таких токов, вспомним, например, что маломощные электробытовые приборы, такие как электробритва, работают при силе тока в 0,5–1 ампер.

КАКИЕ ВЕЩЕСТВА?

Наладив и проверив точность инструмента для количественного измерения радиоактивности, Мария занялась определением веществ, которые испускали урановые лучи, поскольку, как она заметила в своей докторской диссертации, «очень маловероятно, чтобы радиоактивность как атомное свойство была характерна для единственного типа веществ, абсолютно не затрагивая остальных».

Мария начала измерять все известные тогда чистые элементы (как металлы, так и неметаллы), а также сплавы, которые были в лаборатории Школы промышленной физики и химии. Одним из первых элементов был фосфор, от которого происходит название явления «фосфоресценция», вызвавшего интерес Антуана Беккереля. Мария также измерила чистый уран, а затем все минералы Музея естественной истории Франции, которые предоставил ей геолог Альфред Лакруа, отвечавший за коллекцию. Это была одна из самых гениальных догадок в ее работе: не ограничиваясь изучением чистых соединений, синтезированных в лаборатории, химический состав которых известен очень точно, ей удалось открыть новые радиоактивные тела.

Первым удивительным результатом, полученным Марией, было то, что лучи Беккереля не были исключительным свойством урана и его солей, но им обладал другой элемент, торий. Следовательно, эти лучи не могли больше называться урановыми: может быть, их следовало называть урано-ториевыми? Тогда Мария послала отчет с первыми выводами во Французскую академию наук, который от ее имени был представлен профессором Липпманом 12 апреля 1898 года.

Другой важный факт, который заметила Мария и который подтверждал наблюдения Беккереля, состоял в том, что лучи были свойством, присущим определенному элементу, вне зависимости от температуры, чистоты его состава и наличия внешнего облучения. Речь шла не о химическом свойстве определенного вещества (как фосфоресценция, присущая многим минералам), а о совершенно новом явлении, характерном для атома. Поскольку она делала точную количественную оценку, то заметила, что интенсивность лучей пропорциональна количеству урана, присутствующего в образцах, следовательно, наибольшую активность проявляли образцы чистого урана.

НЕУЛОВИМЫЙ ПОЛОНИЙ

Однако самого интересного результата, который получила Мария, не было в ее первом отчете. Она описала его впервые в дневнике лаборатории 17 февраля 1898 года: два урановых минерала, которые она изучала, халькоцит и настуран, были в три или четыре раза активнее чистого урана. Эти результаты противоречили предыдущему выводу о том, что активность пропорциональна количеству урана. Она повторила эксперименты и проверила работу и точность измерительных приборов, выяснив, что все в порядке. Тогда она синтезировала основные компоненты халькоцита, сульфат меди и уранил, из химически чистых соединений и измерила его активность: она была такой, как и следовало ожидать, исходя из содержания урана. Это означало, что излишняя активность настурана, должно быть, имеет другую причину, нечто новое и неизвестное, присутствовавшее в минерале, но не в соединении, которое синтезировала Мария. После получения этого результата у нее появился исключительный помощник, как она сама вспоминала в своих «Автобиографических заметках»:

Хотя Пьер обсуждал с Марией все результаты, которые она получала, и, должно быть, играл важную роль в проектировании и конструировании измерительного прибора, до этого момента он вел собственные исследования симметрии. Однако 18 февраля он начал вносить свои записи в лабораторный дневник Марии: он решил оставить свои исследования, чтобы полностью посвятить себя работе с женой.

Чтобы определить причины необычайной активности, им пришлось работать с настураном по-другому, поскольку вместо того чтобы искать уран, они искали новые вещества, о которых не знали ничего, кроме признаков их существования на основе испускаемых лучей. Настуран — естественный минерал, который, кроме оксидов урана, главных компонентов, содержит в небольших количествах другие вещества, всего 30 различных химических элементов. Чтобы провести химический анализ настурана, супруги попросили помощи у Гюстава Бемона, преподавателя, отвечающего за лабораторию Школы промышленной физики и химии. Бемон, должно быть, научил их применению классического метода определения и разделения катионов с помощью качественного анализа мокрым путем, который использовался в европейских лабораториях и был разработан немецким химиком Карлом Фрезениусом за 60 лет до этого.

Итак, Мария и Пьер применили химический метод разделения катионов с помощью последовательного осаждения сульфатов, сульфидов, гидроксидов и хлоридов. Но они сочетали его с новым физическим методом измерения интенсивности испускаемых лучей для каждой части. На основе настурана, предоставленного лабораторией Школы, который был в три раза активнее урана, они получили вещество в 17 раз активнее. Повторяя цикл химического отделения для частей, испускающих лучи, они в конце концов получили вещество, активность которого была в 400 раз выше активности урана.

На основе этих результатов Кюри выдвинули свою самую смелую гипотезу. Она была изложена в докладе Французской академии наук, 18 июля 1898 года прочитанном Анри Беккерелем, поскольку ни Мария, ни Пьер не были ее членами. В заголовке появилось новое слово, придуманное Марией, радиоактивность, слово с латинским корнем, означающее «испускание лучей». В своем докладе супруги утверждали: из чрезвычайной активности, проявленной халькоцитом и настураном, можно сделать вывод, что в этих соединениях содержится новый элемент, намного более активный, чем уран, для которого они предложили название полоний «в память о родине одного из них».

Но вещество, активность которого была в 400 раз выше активности урана, еще не было этим новым элементом или его чистой солью; в нем также содержалось большое количество висмута, химического элемента группы азота, свойства которого были очень схожими со свойствами нового элемента. Поэтому Мария с Пьером предположили: полоний находится в той же группе периодической таблицы, что и висмут. Но в отличие от так похожего на него нового элемента, висмут не был радиоактивным. Именно это было отличительным свойством, на котором супруги Кюри основывали предположение о существовании полония.

РАДИЙ: БЕСКОНЕЧНЫЕ ПОИСКИ

После этого блестящего открытия Мария и Пьер уехали в отпуск и не возвращались к работе с настураном до ноября 1898 года. К своему удивлению, они обнаружили, что есть некое радиоактивное вещество, химические свойства которого полностью отличаются от свойств полония, хотя их объединяет то, что они оба намного активнее урана. Это можно было объяснить только существованием другого нового элемента, который, должно быть, также содержится в очень маленьких количествах, поскольку предыдущий анализ настурана не выявил его. Однако его свойства были намного больше похожи на свойства бария, одного из щелочноземельных металлов периодической таблицы. Чтобы выделить этот новый элемент, они воспользовались процедурой, сходной с той, что они применяли для выделения полония, которая состояла в растворении твердого тела с помощью кислот и осаждении различных солей. После каждого этапа измерялась радиоактивность полученных частей, чтобы проследить за искомым элементом. Так супруги Кюри получили смесь хлоридов бария и нового элемента, который был в 900 раз активнее урана.

Чтобы получить еще одно подтверждение его существования и помощь в определении, исследователи послали несколько образцов физику Эжену Демарсе, который зарегистрировал спектр их излучения и начал искать линии, не приписываемые ни одному из известных элементов. Демарсе заметил новые линии в ультрафиолетовой зоне, и их интенсивность увеличивалась по мере увеличения радиоактивности вещества, поэтому он приписал их новому элементу. Мария и Пьер Кюри вместе с Гюставом Бемоном отправили новое сообщение во Французскую академию наук 19 декабря 1898 года, в котором они назвали новый элемент радием.

В интервью, которое Бемон дал через 20 лет, он был все еще под впечатлением от учтивости Пьера, который сделал его соавтором открытия радия. Он рассказывал, что чувствовал себя очень гордым, но не думал, что заслуживает этого, поскольку не играл активной роли в открытии. Бемон утверждал, что он просто оказал услугу коллеге, посоветовав ему конструкцию и применение методов химической сепарации. Это интервью противоречит теориям некоторых историков науки, в особенности американцу Лоуренсу Бадашу, самому признанному эксперту в истории радиоактивности, который не верил в способность Марии осуществить метод химической сепарации и приписывал Бемону заслуги в этой значительной части диссертации исследовательницы.

Но независимо от того, какую помощь Бемон мог оказать Марии, верно то, что они не придумали ничего нового в химии, поскольку метод Фрезениуса уже был давно известен. Также была известна способность солей урана ионизировать воздух, как и работа электрометров и пьезоэлектричества. Но именно Мария применила все это для открытия нового явления, и именно ей удалось убедить мир в значимости этого открытия.

Мария начала работу над своей докторской диссертацией за год до этого и уже осмелилась предположить существование двух новых химических элементов. Ее научная дерзость была такой, что она сделала эти предположения, основываясь на беспрецедентном факте: она рассматривала радиоактивность этих элементов как главное доказательство их существования. Следует помнить, что это явление открыл Беккерель лишь пару лет назад, но имя ему дала уже Мария. Сам факт использования радиоактивности был вызван тем, что в то время Мария и Пьер не могли привести доказательств своему открытию, которых требовали химические общества. Эти доказательства состояли в определении новых линий спектра излучения, вычислении атомной массы и предоставлении небольшого количества чистого элемента. Супруги Кюри могли предоставить только одно из доказательств: спектр радия.

На самом деле у Марии были другие свидетельства: она применила радиохимический метод, то есть измерила специфическое излучение радиоактивного элемента. Этот метод сегодня применяется, чтобы понять физико-химические или биологические процессы в таких далеких друг от друга областях, как химическая кинетика, археология (для датирования с помощью анализа углерода-14) или геология, и дает результаты, недостижимые с помощью любого другого метода. Многих из этих наук не существовало, когда Мария изобрела свой метод, но она догадалась, что открыла область, в которой появятся новые инструменты анализа. В своей диссертации она гордо констатировала, что метод, использованный для обнаружения новых элементов, был в тысячи раз более чувствительным, чем спектроскопия, с помощью которой подтвердилось существование радия.

Предположив его существование, Мария занялась попытками выделить новые чистые элементы, что предполагало намного большую работу, чем она представляла себе в начале, поскольку они содержались в настуране в чрезвычайно маленьких количествах. Позже она выяснила, что их пропорция меньше одной десятимиллионной доли. Хотя супруги Кюри еще не знали об этом, было очевидно, что им потребуется огромное количество минерала, содержащего этот элемент.

С тех пор как Мария и Пьер догадались о существовании двух новых элементов с уникальными свойствами, они начали искать источники настурана, основной урановой руды, содержащей их. Главные европейские залежи этого минерала находились в шахтах Йоахимсталя в Богемии, которая тогда входила в состав Австро-Венгерской империи (сегодня под названием Яхимов он входит в состав Чешской Республики). В этих шахтах добывали урановые соли, которые применялись в Европе для окраски стекла. Но покупка того количества чистого минерала, которое было нужно Кюри, была им не по карману. Мария не получала денежного вознаграждения за свою исследовательскую работу. Но было одно счастливое событие, которое вывело супругов из тупика, в котором они оказались из-за отсутствия средств. Обработав настуран, который Мария получила в лаборатории Школы, она пришла к выводу, что отходы минерала, которые оставались после изъятия урана, должны содержать весь радий и значительную часть полония, присутствующего в этом минерале. К счастью для Марии и Пьера, эти отходы не имели коммерческой ценности и тоннами сбрасывались в окрестностях шахты.

Воспользовавшись контактами во Французской академии наук, они обратились в Венскую академию и смогли получить первые 5 кг таких отходов, на которых они проверили свою гипотезу. Позже им прислали еще 100 кг. Однако из-за крайне низкой концентрации полония и радия в минерале полученного количества было абсолютно недостаточно для выделения новых элементов. Им нужны были тонны отходов, что ставило новую экономическую проблему. Хотя материал ничего не стоил, супругам Кюри нужно было платить за транспортировку.

Марии пришлось еще больше сократить семейный бюджет, но в середине 1898 года она получила неожиданный доход: Парижская академия наук вручила ей премию Женье за изучение магнитных свойств сталей и начальные работы по радиоактивности. К награде прилагалась материальная дотация в 3800 франков, что было значительной суммой для того времени. Хотя премия Женье (первая из трех премий, которые были вручены Марии, и первое научное признание в последующей длинной серии) была предоставлена исключительно ей, члены жюри сочли более уместным направить письмо о вручении ее мужу.

В октябре 1898 года Мария записала в своей тетради расходов платеж за транспортировку из Йоахимсталя. Первый груз — куча мешков, полных коричневой пыли и сосновых игл, — был сложен во дворе Школы промышленной физики и химии. В начале XXI века радиоактивность этого двора все еще такая, что здесь нельзя строить даже парковку. Чтобы обработать огромное количество материала, Мария получила доступ к другому зданию, находившемуся в еще худшем состоянии, чем мастерская, в которой она провела первые эксперименты своей диссертации, — что-то вроде ангара, где когда-то был анатомический театр.

ГРАНДИОЗНАЯ РАБОТА

Хотя в их изначальные планы входило выделить оба элемента, после многих усилий им пришлось оставить полоний и заняться только радием. На основе предыдущих экспериментов супруги Кюри пришли к выводу о том, что его химические свойства проще, так что его легче выделить. Но был еще один дополнительный фактор, который превращал полоний в неуловимый элемент. Кроме того, что он был в крайней низкой концентрации, казалось, что он исчезает, испаряется. Как стало известно спустя много времени, полоний просто распадался, переходя в свинец. Радий подвергался сходному процессу, но у него это занимало тысячи лет, а полонию требовалось чуть более ста дней. Более того, концентрация полония была в 4000 раз ниже концентрации радия. Поэтому элемент не поддался Марии. Процесс оказался нелегким даже по сравнению с полонием. Со временем обнаружилось, что в трех тоннах урана содержится только один грамм радия. Эти пропорции определялись самим явлением радиоактивности, поскольку, как уже было указано, и радий, и полоний распадаются, переходя в другие элементы.

Работа, проведенная Марией в ангаре, в котором было столько дыр, что во время дождя у нее загрязнялись растворы, просто невероятна. Она обработала тонны материала, поступившего к ней из Йоахимсталя, отделяя порции по 20 кг, которые нагревались в огромных котлах, перемещаемых с помощью огромного железного бруса. Это была изнурительная физическая работа, проводимая в плачевных условиях, которые, как ни парадоксально, спасли ей жизнь. Плохая герметизация ангара, где работала Мария, и то, что иногда она трудилась во дворе на открытом воздухе, частично снимали воздействие ядовитых газов, которые образовывались в процессе. Это были как пары кислот и оснований, которыми она пользовалась, так и радиоактивный газ радон, образующийся при распаде радия, как выяснилось намного позже. Хотя физические усилия, должно быть, были огромными (а вначале она делала это почти в одиночку), это не останавливало гениальную женщину, которая сочетала это исследование с измерением проводимости. Несмотря на тяжелейшие условия работы, Мария утверждала, что была необыкновенно счастлива в это время:

Процесс сепарации для отделения урана из минерала, который проводился в шахтах, состоял в том, чтобы толочь настуран до получения пыли, которая смешивалась с карбонатом натрия и «жарилась», то есть подогревалась на воздухе. На эту твердую смесь воздействовали раствором серной кислоты, чтобы на жидкой стадии получить сульфат уранила и натрия, то есть необходимую часть минерала. Нерастворимый коричневый осадок отделяли и выбрасывали в ближайший сосновый лес. Именно этот материал поступил во двор Школы промышленной физики и химии в Париже.

Мария начала кипятить эту коричневую пыль в растворе, в котором содержался карбонат натрия, где растворялись карбонаты алюминия, свинца, кальция и натрия, и оставался осадок, содержащий карбонаты и сульфаты щелочноземельных металлов и радиоактивных элементов. На этот осадок воздействовали соляной кислотой, которая отделяла растворимые хлориды, оставляя осадок из нерастворимых сульфатов, среди которых был сульфат радия. К этому раствору, содержавшему хлориды, добавляли сероводород, что давало осадок сульфидов, среди которых был, в свою очередь, сульфид полония. В раствор, оставшийся после осаждения сульфидов, добавляли аммиак, чтобы сделать его более основным (увеличить уровень pH), благодаря чему осаждались нерастворимые гидроксиды. Через некоторое время в этих гидроксидах нашли новый радиоактивный элемент, актиний. С каждой тонны отходов настурана, полученных из Йоахимсталя, Мария получила от 10 до 20 кг щелочноземельных сульфатов, которые включали немного сульфата радия.

В осадке сульфатов повторялся процесс образования карбонатов, хлоридов, сульфидов и гидроксидов и получался раствор хлорида кальция, который отделяли, и осадок хлорида бария, содержащий небольшое количество хлорида радия. Поскольку барий и радий имеют очень сходные химические свойства, единственным способом разделить их была фракционная кристаллизация. Чтобы осуществить ее, нужно было нагреть до кипения осадок, в котором содержалась смесь двух хлоридов в точном количестве дистиллированной воды, необходимом для их растворения. При медленном охлаждении этого раствора сначала осаждались «красивые кристаллы» хлорида радия, как писала Мария в своей диссертации, поскольку хлорид радия немного менее растворим, чем хлорид бария. Этот процесс был более чем деликатным, поскольку сразу же начинал выпадать в осадок хлорид бария, и до этого нужно было отделить крошечные кристаллы хлорида радия.

Из-за сходства между хлоридами бария и радия последний не получался чистым после первой кристаллизации, поэтому процесс нужно было повторять столько раз, сколько необходимо, по мере увеличения радиоактивности. В наиболее чистом виде она достигла величины, в миллион раз превышающей радиоактивность урана. На основе самого активного образца хлорида радия, который также был самым чистым, Мария определила атомную массу радия, измерив количество хлорида с помощью гравиметрического метода осаждения хлорида серебра. Чтобы на основе этого значения получить атомную массу радия, ей пришлось сделать дополнительное предположение о том, что его стехиометрия такая же, как у бария, то есть два атома хлора на каждый атом радия. Поскольку барий (атомная масса 137) намного легче радия, масса, которую она получала, увеличивалась по мере улучшения метода отделения, когда элемент получался все более и более чистым.

Во время всего этого процесса Мария работала вслепую, она отслеживала путь этих призрачных элементов, которые образовывали соединения с неизвестными свойствами в чрезвычайно малых количествах. Кроме интуиции, главным ориентиром, указывающим правильный путь, была радиоактивность, которую нужно было измерять для каждой части раствора или осадка, полученного на каждом этапе процесса, пользуясь весами с пьезоэлектрическим кварцем.

Но помимо всех этих сложностей было нечто крайне обескураживающее. Обычно в минералах находятся рядом элементы схожей химической активности, то есть элементы, которые занимают смежные позиции в периодической таблице. Например, упомянутые радий и барий — металлы группы щелочноземельных, группы 2, как видно из периодической таблицы. Однако элементы, открытые Марией в настуране, радий и полоний, находились в группах 2 и 16 соответственно. Они оба располагаются очень далеко друг от друга в периодической таблице, и это показывает, что у них очень разные химические свойства. Кроме того, они оба соотносятся с ураном, элементом группы актиноидов, который химически также не связан ни с одним из них. Как было открыто позже, причина этой странной связи — не в химической близости, а в процессе радиоактивного распада, который превращает одни элементы в другие. Присутствие всех трех элементов в одном и том же минерале имеет радиогенное происхождение. У Марии не только не было этой информации, но в случае, если бы она догадалась об этом, ни она, ни любой другой ученый ее времени не решились бы обнародовать ее, поскольку это значило бы, что произошел процесс трансмутации, который безуспешно искали в течение многих веков алхимики, к тому времени полностью дискредитированные.

Мария могла бы запатентовать процесс, который она с таким трудом открыла, для будущей коммерческой эксплуатации радия, но она решила, что работает ради прогресса науки, а не для получения материальных благ, поэтому вместо того, чтобы патентовать процесс, она сделала его публичным. Более того, как она, так и Пьер предоставили все детали экспериментов тем, кто попросил. Через много лет, во время своей поездки в США, Мария смогла увидеть в некоторых лабораториях посланные ею письма с изложением деталей процесса.

ПОЧЕМУ?

В октябре 1899 года сотрудничающий с Кюри Андре Дебьерн объявил об открытии актиния. Без сомнения, прогресс, произошедший за два года с момента изучения Марией лучей Беккереля, был значительным. Во-первых, прибор, разработанный Пьером и сконструированный в Школе промышленной физики и химии для количественной оценки явления радиоактивности, доказал свою эффективность и точность. Во-вторых, были определены радиоактивные элементы. С одной стороны, были уран и торий, реакционная способность и атомная масса которых были хорошо известны. С другой стороны, были недавно открытые полоний, радий и актиний, при этом именно радиоактивность стала самым веским доказательством их существования. Так как в то время это доказательство не считалось достаточным, Мария продолжила трудоемкий процесс отделения и очищения радия, что заняло у нее несколько лет.

Было еще много вопросов, но без ответа оставался главный: почему испускаются лучи? Еще никто не знал их природу, и были ли это частицы или лучи? Также оставался другой, еще более сложный вопрос: откуда появляется энергия, поддерживающая процесс активным и внешне неизменным во времени? Гипотезы, которые выделила Мария в январе 1899 года в сообщении в Revue Générale des Sciences, в том виде, как их собрал Пьер Радваньи в своем повествовании, посвященном чете Кюри, следующие.

1. Радиоактивность — это фосфоресценция большой длительности, вызванная светом. Это маловероятная гипотеза.

2. Луч — это выброс материи, сопровождаемый потерей массы радиоактивных веществ.

3. Энергия излучения радиоактивных веществ постоянно уменьшается.

4. Луч — это второстепенное излучение, вызванное лучами, аналогичными рентгеновским. Возможно, эти загадочные лучи приходят из космоса; они, должно быть, проникают лучше, чем рентгеновские лучи, и поглощаются только элементами с большой атомной массой, такими как уран и торий. Можно предположить, что в космосе имеет место передача энергии, о которой мы не знаем.

5. Луч образуется за счет тепла окружающей среды, нарушая принцип Карно.

Гипотеза 1 — это исходная гипотеза Беккереля, но он сам отверг ее, поскольку соли урана испускали лучи после того, как долгое время пролежали в полной темноте. Гипотеза 2 согласовывалась с первыми наблюдениями, сделанными Марией в 1897 году, сразу же после открытия радиоактивности, согласно которым это следствие глубокого изменения на субатомном уровне. Эта гипотеза в конце концов будет доказана. Фантастическая гипотеза 4 казалась наиболее вероятной Пьеру Кюри; он не только ошибся сам, но и заставил ошибиться Марию.

Через полтора года, на Международном конгрессе по физике, который прошел во время Всемирной выставки в Париже в августе 1900 года, Пьер и Мария в докладе о свойствах новых радиоактивных веществ не нашли другого выхода, кроме как признать неспособность отыскать сейчас возможное объяснение радиоактивности.