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科学 / pierre-curie

皮埃尔·居里

皮埃尔·居里是法国物理学家,在压电效应、磁性和放射性研究中取得了重要成果。

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皮埃尔·居里(1859年5月15日—1906年4月19日)是法国物理学家,以晶体、磁性和放射性研究闻名。他与兄长雅克共同发现了压电效应,与妻子玛丽·居里共同发现了钋和镭。他因对辐射现象的研究,与玛丽·居里及亨利·贝克勒尔共同获得1903年诺贝尔物理学奖。他的研究将精密的实验测量、仪器设计,以及物理性质与对称性关系的理论分析结合在一起。(nobelprize.org)

早年生活与科研生涯

居里出生于巴黎,父亲是一名医生,早年在家中接受教育。此后,他在索邦大学学习物理学,并在该校的物理实验室工作。1882年,他进入巴黎市立物理与工业化学学校,负责指导实验教学,并在那里开展了大量实验研究。1895年,他获得博士学位,同年成为该校教授。1904年,他获任巴黎大学理学院正教授。(nobelprize.org)

1895年7月26日,他与玛丽·斯克沃多夫斯卡结婚。玛丽出生于波兰,当时在巴黎从事科学研究。他们在共同生活的同时,也逐渐建立起科研合作关系。两人育有女儿伊雷娜和艾芙;伊雷娜·约里奥-居里后来与丈夫弗雷德里克·约里奥共同获得1935年诺贝尔化学奖。(radium.net.espci.fr)

晶体、压电效应与仪器

1880年,皮埃尔与雅克·居里在研究晶体的电学性质时发现了压电效应。他们证明,沿特定方向施加机械压缩或拉伸,可以使石英和电气石等材料产生电荷。这一发现将机械形变与电极化联系起来,并确立了该效应取决于晶体结构及取向的事实。(musee.curie.fr)

1881年,加布里埃尔·李普曼预言了逆压电效应:外加电场应当使压电晶体发生形变。居里兄弟通过实验证实了这一预言。随后,他们研制了一种以石英为核心的仪器,可在外加载荷作用下产生可重复的定量电荷。它为测量极微小的电学量提供了标准,到1890年已实现商品化。(musee.curie.fr)

这套仪器后来成为居里夫妇辐射研究的核心工具。他们的装置结合了静电计、压电石英电荷标准和电离室。辐射使电离室内的空气能够导电,由此产生的微弱电流可以测量,并与石英产生的电荷进行比较。这套装置将辐射强度转化为可定量测量的电学效应。(radium.net.espci.fr)

磁性与对称性

居里的博士研究考察了磁性随温度的变化。他通过灵敏地测量磁场中的作用力,研究了抗磁性、顺磁性和铁磁性物质。他发现,若干顺磁性材料的磁化率与绝对温度成反比,这一关系被称为居里定律。其常见表达式为:

χ=CT,\chi=\frac{C}{T},

其中,χ\chi 表示磁化率,TT 表示绝对温度,CC 是取决于材料的常数。(fr.wikisource.org)

他还研究了铁磁性物质受热时的转变。当温度超过某一特定的居里温度时,物质的强铁磁性会转变为顺磁性。因此,他的测量区分了铁磁有序的消失与磁响应的完全消失,并为磁性理论提供了实验约束。(radium.net.espci.fr)

他的理论研究将晶体学拓展到对物理现象的分析。1894年,他提出了后来被称为居里原理的原则:引起某一现象的原因中存在的对称元素,也必须出现在该现象的结果中。他考察了材料的对称性与外加物理作用的对称性如何共同约束最终的物理行为,其中也包括不同方向性物理量之间的区别。(fr.wikisource.org)

放射性与新元素

居里夫妇的放射性研究始于亨利·贝克勒尔1896年的发现:铀化合物会自发发出辐射。玛丽的测量表明,某些铀矿物的放射性比纯铀更强。她据此提出,这些矿物含有少量此前未知、具有强放射性的物质。皮埃尔暂时搁置了晶体研究,参与鉴别这些物质的工作。(musee.curie.fr)

他们的方法将分析化学与电学测量相结合。他们将沥青铀矿分离为不同的化学组分后,测量各组分的放射性活度,并继续研究那些保留了最强辐射的组分。这使他们能够追踪含量极低、难以直接分离的物质。一种与铋伴生的强放射性组分促使他们于1898年7月宣布发现钋;一种与钡伴生的组分则促使他们于同年12月宣布发现镭。钋的名称源于玛丽的祖国波兰,镭的名称则源于拉丁语中表示“射线”的词。(history.aip.org)

宣布发现这些元素,并不等同于已经获得了它们的纯净样品。确立其化学身份,还需要进一步分离并确定其性质。在1911年的诺贝尔奖演讲中,玛丽区分了最初证明强放射性物质存在的证据,与此后为证实一种化学意义上的新化学元素所需开展的工作。(nobelprize.org)

荣誉、逝世与纪念

1903年诺贝尔物理学奖的一半授予贝克勒尔,另一半由皮埃尔和玛丽·居里共同获得。该奖表彰的是他们对辐射现象的研究,而不仅仅是两种元素的发现。皮埃尔于1905年6月6日发表了诺贝尔奖演讲。他与玛丽还于1903年共同获得英国皇家学会颁发的戴维奖章;1905年,他当选为法国科学院院士。(nobelprize.org)

1906年4月19日,居里在巴黎的一场街头交通事故中去世,享年46岁。1995年4月20日,法国举行国家纪念仪式,将他与玛丽·居里的遗骸迁入巴黎先贤祠。(nobelprize.org)