皮埃尔·居里

中文世界提起「居里」，多半指的是玛丽。可在她走进这个故事之前，皮埃尔·居里已经做出了三样写进教科书的东西：压电效应、居里定律、居里温度。他还是十九世纪末少数几个认真思考「对称性在物理里到底意味着什么」的人。然后，在三十九岁那年，他放下了这一切，陪妻子去几吨矿渣里找一种谁也没见过的元素。

一个没上过学的孩子

皮埃尔从没进过小学，也没进过中学。父亲欧仁是个医生，1848 年革命时下巴被子弹打碎过一块，巴黎公社那几天把自家公寓改成了伤员救护所。这个家庭看得出小儿子不是那种能按课表跟上进度的学生——他自己也常说自己「脑子慢」——于是干脆不送他去学校，由母亲启蒙，再由父亲和大他三岁半的哥哥雅克接着教。

玛丽后来替他辩护：那不是慢，而是他一旦想一件事，就必须全神贯注到底，没法按外面的节奏随时打断、随时换题。十四岁上，家里请了一位数学老师巴齐耶，他的几何直觉和空间想象力这才显露出来。十六岁取得业士学位，十九岁就到索邦给物理实验室主任德赛恩当助手——因为家里缺钱，他没能再多读几年书，此后也没再参加过任何考试。

二十岁时他在日记里写：「必须把人生做成一个梦，再把梦变成现实。」

挤一下，晶体就带电

1880 年，二十一岁的皮埃尔与在索邦矿物学实验室当助手的雅克一起研究晶体。当时已经知道，电气石之类的晶体受热会在两端出现正负电荷，叫热释电。兄弟俩想的是更一般的问题：这种极性从哪儿来？他们的判断是，关键在晶体的对称性——没有对称中心、带着「斜面」的那类晶体，内部本来就有方向性，那么不加热、只是用力挤，应当也能把正负电荷分开。

实验证实了这个推断。在石英等晶体上沿特定方向施压，两个面上出现了等量异号的电荷，电量与压力成正比。玛丽特意强调这「绝不是偶然发现」，是先想清楚对称性、再去找现象。

第二年，利普曼从电荷守恒与热力学出发推断，反过来也该成立：给这种晶体加电压，它会发生形变。形变小得几乎看不见，兄弟俩借了实验室旁边一个小房间，还是在当年就把它测了出来。他们顺手做成了一件仪器：压电石英静电计——往一片石英上挂砝码，就能产生一份精确已知的电量，用来和未知的微弱电流对消。

这件仪器后来的用途，是他们当时绝对想不到的。

走廊里做出来的居里定律

1882 年，巴黎市新办了一所工业物理化学学校，皮埃尔被派去主管学生实验。雅克去了蒙彼利埃，兄弟俩的合作就此中断。学校刚建，墙都还没砌完，一切从零开始；而他没有自己的实验室，也没有经费，只能在学生不用的时候借教室，更多时候是在楼梯和实验室之间的一条走廊里搭设备。月薪三百法郎，玛丽说「与一个日工差不多」。

就在这条走廊里，他从 1891 年前后开始了一项持续数年的测量：把各种物质放进炉子，从室温一直加热到一千多摄氏度，在不同磁场里测它们的磁性，要分辨的力小到百分之一毫克的重量。结论有三条，都成了教科书内容——

• 顺磁物质的磁化率与绝对温度成反比，这就是居里定律
• 抗磁性几乎不随温度变化，所以顺磁与抗磁来源不同，不是同一种东西的两个极端
• 铁磁体加热到某个温度会突然失去强磁性，变成普通的顺磁体，这个温度今天叫居里温度（铁大约在 770 °C）

他还注意到一个类比：磁化强度随温度的变化，很像流体的密度——顺磁态像气体，铁磁态像凝结。1905 年朗之万从原子磁矩的统计力学推出了居里定律；1907 年外斯提出「分子场」，把铁磁性解释成顺磁性加上一个内部的放大作用，高于居里温度时磁化率变成 $C/(T-\theta)$。这条从居里走廊出发的线，一路延伸到后来的相变与临界现象理论。

他一直没急着拿学位，是到了三十五岁才把这些结果整理成博士论文。答辩那天，他请了玛丽来旁听——两人前一年春天才认识。

「是不对称性造就了现象」

1894 年，他在《理论与应用物理学杂志》上发表了一篇文章，开头一句是：「我认为，把晶体学家熟悉的对称性考虑引入物理现象的研究，是有益的。」

他的想法是把对称性从晶体推广到一切物理状况：一个静止的圆柱有无数个对称面；让它绕轴转起来，只剩下垂直于轴的那一个；再沿轴通一个电流，一个对称面都不剩。电场和磁场也各有自己的对称性——电场像一支箭，磁场像一个旋转的圆柱，这两者不一样，所以电与磁不能随便互换。

由此得出的，就是今天所说的居里原理：原因中的对称性必然出现在结果中；结果中表现出的不对称性，必然在原因中能找到。反过来不一定成立——结果可以比原因更对称。他用一句话概括：「某些对称元素可以与某些现象共存，但并不是必需的；必需的是某些对称元素不存在。是不对称性造就了现象。」

同一卷杂志上紧接着还有他一篇三页的短文，问了一个很大胆的问题：既然电与磁如此平行，有没有可能存在「磁的导体」、磁流，乃至自由的磁荷？他从能量和对称性两方面检查，发现并不矛盾；还用一个软铁环试着找过磁流，什么也没测到。文章结尾说，据此就断定这些东西存在「当然是鲁莽的」，但如果它们存在，就必须满足上面这些条件。三十七年后，狄拉克从量子力学出发重新提出了磁单极子，至今没有被找到。

找镭

1894 年春天，一位波兰物理学家请他去家里吃饭，同桌的是正在索邦读书的玛丽亚·斯克沃多夫斯卡。那年暑假她回了波兰，他写信劝她回来，信里说：「我们若能一起度过此生，沉浸在各自的梦里——你为祖国的梦，我们为人类的梦，我们为科学的梦——那会是一件美好的事，我几乎不敢相信。」1895 年 7 月，两人只办了民事婚礼，用亲戚送的一笔嫁妆钱买了两辆自行车，骑着去度蜜月。

1897 年底，玛丽选了贝克勒尔发现的铀射线做博士论文题目。要做定量测量，最好的办法正是居里兄弟那套压电石英静电计：让射线把空气电离，产生的微弱电流用石英挂砝码放出的电量来平衡。她很快发现，沥青铀矿的放射性远超其中铀的含量所能解释，里面一定藏着一种未知元素。

这时皮埃尔做了决定：放下正在做的晶体生长研究，加入她。他当时以为只是暂时的。1898 年 7 月他们宣布发现钋，12 月宣布发现镭。此后两人分工：玛丽在漏雨的木棚里一锅一锅地提纯镭盐，皮埃尔研究镭射线本身：测它在磁场里怎样偏转，与玛丽一起发现放射性会「感应」到周围的物体上，又证明镭放出的气体（后来知道是氡）按严格的指数规律衰减，无论放在什么条件下都一样。

1903 年，他和年轻的拉博德一起测出：一克镭每小时持续放出约 100 卡的热，足以在一小时内融化与自身等重的冰，而且年复一年不见减弱。这比任何化学反应放出的能量都大得多。他在诺贝尔演讲里说，这意味着「原子本身的存在都成了问题」，眼前发生的是元素的嬗变。

他们没有为提镭的工艺申请专利，也没有保留任何秘密，美国工程师写信来问，他就一五一十地回答。

在自己手臂上做实验

镭的伤害是一点点显出来的。德国人吉塞尔报告镭会灼伤皮肤，皮埃尔便让镭隔着一层薄薄的古塔胶，在自己手臂上作用了几个小时。先是发红，然后起疮，伤口过了几个月才长好。他与贝克勒尔在 1901 年把这个过程写成了论文——贝克勒尔自己是把一管镭盐揣在背心口袋里被烫伤的，跑来抱怨说：「我爱它，可我也记它的仇！」

玛丽说，这些研究是镭疗法的起点。第一批用镭治疗狼疮等皮肤病的法国医生，用的就是皮埃尔借出去的样品。

1903 年 6 月，玛丽通过博士答辩的那天晚上，朋友们在花园里聚会，卢瑟福也在。据诺贝尔奖官网刊载的一篇文章，皮埃尔从背心口袋里掏出一支涂了硫化锌、装着镭盐溶液的小管子，管子在黑暗中亮了起来，众人看得出神——而卢瑟福借着那点光，看见皮埃尔的手指布满伤疤、红肿发炎，几乎捏不稳那支管子。

那几年他腿疼得常常站不稳，医生诊断为神经衰弱。没有人想到那可能与辐射有关。

「我需要的是一个实验室」

名声来得很快，也很累人。1903 年底夫妇俩与贝克勒尔共获诺贝尔物理学奖，但因为教学和健康原因，拖到 1905 年 6 月才去斯德哥尔摩。记者追到家里，连女儿和保姆的对话、家里那只黑白花猫都写进了报纸。他给朋友古伊写信：「这一年多来我什么研究都没能做……智识上，这是生死攸关的事。」

他对荣誉的态度始终如一。年轻时学校校长想为他申请学术棕榈勋章，他写信恳请对方别这么做，否则他只好拒绝，「那会让我在很多人眼里显得有点可笑」。1903 年政府要授他荣誉军团勋章，他请人转告部长：「我一点也不觉得需要一枚勋章，但我极其需要一个实验室。」

1902 年他竞选科学院院士落选，1905 年才当选。1904 年议会专门为他在索邦设立了一个讲席，起初的方案里只有讲席、没有实验室，他回信说宁可留在原来的职位；对方让步，拨了实验室经费和人员，实验室主任的职位给了玛丽。但一个真正像样的实验室，他到死也没有等到。

多菲内街

1906 年复活节，他带着妻女在谢夫勒兹山谷住了两天。回巴黎后参加物理学会的晚宴，坐在庞加莱旁边，两人谈了很久怎么改革科学教育。

第二天，4 月 19 日，他参加完理学院教授协会的会议，步行穿过多菲内街，被一辆从新桥方向驶来的重载马车撞倒，倒在车轮下，当场身亡，终年四十六岁。他最后一本实验记录停在前一天，4 月 18 日。玛丽后来写道，他再也回不去的那间书房里，他从乡下带回来的毛茛还是新鲜的。

索邦请玛丽接替他的讲席。她的第一堂课，从他讲义中断的地方讲下去。他在工业物理化学学校的课，早在得诺贝尔奖之后就交给了当年的学生朗之万——一战期间，朗之万用居里兄弟发现的压电石英做出了第一套能听见潜艇回波的超声探测装置。

庞加莱在悼词里写：真正的物理学家，像居里那样，既不向自己内心去看，也不停留在事物的表面，而是懂得透过事物去看。