Lord Rayleigh i błękit nieba, 1871

John William Strutt, pierworodny syn barona Rayleigha i dziedzic tytułu, był słabego zdrowia. Nie chodził z tego powodu regularnie do żadnej szkoły, uczył się prywatnie, co chyba mu wyszło na dobre. Studiował w Trinity College w Cambridge i tam w ciągu kilku lat okazało się, że ma talent do matematyki. Z czasem został jednym z najwszechstronniejszych fizyków swoich czasów. Zajmował się wieloma dziedzinami, szczególnie upodobał sobie zjawiska związane z falami różnego rodzaju. Prowadził też eksperymenty, jego największym osiągnięciem było odkrycie argonu, za które uzyskał Nagrodę Nobla w roku 1904, rok po małżonkach Curie. Skromnie opisuje to odkrycie jako rezultat dokładności swoich eksperymentów: argon uzyskany z powietrza i argon uzyskany drogą chemiczną różniły się nieco gęstością. Rayleigh zaczął badać wszystkie możliwe powody tej różnicy i odkrył nowy składnik powietrza, którego istnienia nikt nie podejrzewał.
Prace Rayleigha są znakomicie i przejrzyście napisane, w zbiorowym wydaniu zajmują sześć tomów z pewnością nie dlatego, by autor mnożył je ponad potrzebę, jak to często zdarza się dzisiaj. Zajmiemy się tu tylko jednym tematem badanym przez Rayleigha: rozpraszaniem światła w atmosferze. Bezchmurne niebo jest głęboko błękitne, mimo że powietrze jest przecież oświetlone białym światłem słonecznym. Z punktu widzenia fizyka oznacza to, że światło niebieskie łatwiej jest rozpraszane niż inne barwy. Z tego samego powodu zachodzące słońce jest czerwone: bo światło przechodzi wówczas przez grubszą warstwę atmosfery i światło niebieskie zostało rozproszone na boki – dociera do nas czerwone. Całe piękno wschodów i zachodów słońca sprowadza się więc do zrozumienia, czemu jedne barwy są łatwiej rozpraszane niż inne.

widok z gierlacha
Rozpraszanie światła polega na tym, że padająca fala pobudza do drgań elektrony w cząsteczkach powietrza. Drganiom cząstek naładowanych towarzyszy zawsze powstawanie fali elektromagnetycznej (elektrony drgają w antenie i obwodach naszego telefonu komórkowego, gdy pracuje). Fala ta rozchodzi się we wszystkich kierunkach: w rezultacie część energii fali padającej jest rozpraszana na boki. Gdyby takiego rozproszenia nie było, widzielibyśmy oślepiające słońce na tle czarnego nieba. Dlaczego rozpraszanie zależy od barwy? Barwy światła związane są z długością fali. Fiolet i błękit mają najmniejszą długość fali, pomarańczowy i czerwień – największą. Wyobraźmy sobie falę elektromagnetyczną biegnącą w ośrodku, którego cząstki są znacznie mniejsze niż długość fali. Sytuację przedstawia rysunek: mamy tu falę świetlną wysłaną przez słońce przedstawioną w różnych punktach przestrzeni w jakiejś jednej chwili.

fala

Dwie „cząsteczki powietrza” są mniejsze niż długość fali. Oznacza to, że w każdej z nich pole elektryczne padającej fali jest praktycznie jednakowe. Wobec tego elektrony w naszych „cząsteczkach powietrza” będą drgać zgodnie – a więc wytwarzane przez nie fale będą się dodawać. Gdybyśmy obserwowali falę wytworzoną przez jedną „cząsteczkę powietrza” w pewnej odległości r od tej cząsteczki, to amplituda fali wytworzonej powinna być proporcjonalna do amplitudy fali padającej: dwa razy większa fala wywoła dwa razy większe drgania elektronów. Powinna także maleć odwrotnie proporcjonalnie do r (wszystkie fale w trójwymiarowej przestrzeni tak się zachowują). Amplituda ta powinna też być proporcjonalna do objętości V naszej cząstki powietrza: bo przy dwa razy większej objętości, będzie tam dwa razy więcej elektronów. Mamy jeszcze trzecią wielkość o wymiarze odległości: długość fali λ. Ponieważ stosunek obu amplitud musi być bezwymiarowy, więc jedyną możliwą kombinacją tych wielkości jest

\frac{A_{rozpr}}{A_{pad}}\sim \frac{V}{\lambda^2 r}.

Natężenie fali, czyli np. przenoszona przez nią energia, jest proporcjonalne do kwadratu amplitudy, zatem natężenia będą odwrotnie proporcjonalne do czwartej potęgi długości fali – jest to bardzo silna zależność i to właśnie widzimy na niebie. Na wykresie widzimy zależność natężenia światła słonecznego od długości fali (krzywa niebieska) i tę samą zależność przefiltrowaną przez rozpraszanie Rayleigha (krzywa czerwona, jednostki na skali pionowej nie mają znaczenia, długości fal są w nm).

rayleigh

Widzimy, że światło o krótkich falach (niebieskie) jest rozpraszane znacznie silniej. Wrażenie barwne zależy jeszcze od wrażliwości oka na różne barwy i mechanizmu samego widzenia barwnego. Na siatkówce mamy trzy rodzaje pręcików wrażliwych na trzy różne obszary widma. To, co widzimy, jest wynikiem współdziałania tych trzech rodzajów pręcików. Nasze oczy nie są dobrym spektrometrem, ponieważ różne rozkłady natężeń mogą prowadzić do tego samego wrażenia – a więc koloru, jaki widzimy. Doświadczenia takie prowadził zresztą lord Rayleigh, który pokazał, że ustalona proporcja światła czerwonego i zielonego daje to samo wrażenie co światło żółte. W przypadku nieba wrażenie barwne jest takie samo, jak dla mieszanki monochromatycznego błękitu o długości fali 475 nm z bielą widmową.

Okazało się zresztą, że z dwóch krzywych na wykresie trudniej zrozumieć tę niebieską, czyli widmo słoneczne – jest to bowiem promieniowanie termiczne, zależne jedynie od temperatury. Zgodnie z fizyką klasyczną każdy rodzaj drgań pola elektromagnetycznego powinien mieć taką samą energię proporcjonalną do temperatury (kT). A ponieważ im krótsza fala, tym więcej rodzajów drgań, więc promieniowanie termiczne powinno „wybuchać” dla krótkich długości fali, co jest jawnym nonsensem. Trudność tę zauważył lord Rayleigh w roku 1900 i próbował zaproponować jakieś rozwiązanie ad hoc. Prawidłowym rozwiązaniem był wzór Plancka, i szerzej cała fizyka kwantowa.

Dodatek dla wymagających

Trochę inne uzasadnienie zależności \lambda^{-4} wygląda następująco: elektrony w ośrodku w każdej chwili znajdują się w chwilowym położeniu równowagi, tzn. ich wychylenie z położenia równowagi jest w każdej chwili proporcjonalne do chwilowej wartości pola elektrycznego E (przybliżenie adiabatyczne: drgania elektromagnetyczne są stosunkowo powolne). Amplituda emitowanej fali jest proporcjonalna do przyspieszenia elektronu, zatem w ruchu harmonicznym o częstości kołowej \omega jest proporcjonalna do \omega^2 E. Natężenie zaś jest kwadratem amplitudy.

Lord Rayleigh nie ograniczył się oczywiście do argumentu wymiarowego, lecz w roku 1899 podał niezwykle elegancki wzór na współczynnik tłumienia światła, gdy mamy N cząsteczek chaotycznie rozmieszczonych w jednostce objętości:

h=\frac{32\pi^3 (n-1)^2}{3N\lambda^4}

gdzie n jest współczynnikiem załamania gazu. Wzór ten można wyprowadzić nawet w teorii sprężystego eteru. Wynika on także z rozważań w Wykładach Feynmana (t. I cz. II, równania 31.19 oraz 32.19). Wynik jest zbyt prosty, aby zależał od konkretnego modelu (choć Feynman woli raczej trzymać się konkretu). Rzeczywiście, można go uzyskać w sposób fenomenologiczny, co robią różne podręczniki elektrodynamiki. Interesujący współczynnik z trzecią potęgą \pi bierze się częściowo z sumowania natężenia po kącie bryłowym, a częściowo z przeliczania drogi optycznej na fazę, w którym każde \lambda odpowiada zmianie fazy o 2\pi.

Skąd się wzięła masa?

  1. Masa pojawiła się w fizyce po raz pierwszy u Isaaca Newtona jako „ilość materii”. Newton wyobrażał sobie, że zwykle ciała są bardzo porowate, należy więc odróżniać ilość materii od np. objętości. Owa ilość materii w danym ciele była zawsze niezmienna (o ile samo ciało nie zmieniało się jakoś: nie dzieliło na części ani nie łączyło z innym). Masa występowała w dwóch znaczeniach: jako miara bezwładności i jako miara grawitacji. W pierwszym niesie ona informację o tym, jak mocno przeciwstawia się ciało zmianom ruchu – ciało o dużej masie trudniej poruszyć i trudniej też zatrzymać, gdy się już porusza. W drugim znaczeniu masa informuje o tym, jak mocno dane ciało przyciągane jest grawitacyjnie przez resztę świata – ciało o dużej masie jest ciężkie, tzn. silnie przyciągane przez Ziemię. Tak się składa, że masa bezwładna i grawitacyjna są jednakowe. Dzięki tej równości wszystkie ciała spadają jednakowo w polu grawitacyjnym: bez oporu powietrza piórko ptasie i kamień spadałyby jednakowo. Ponieważ nie jest to wcale oczywiste, więc Newton sprawdzał doświadczalnie, czy różne rodzaje materii rzeczywiście zachowują się jednakowo w polu grawitacyjnym. Doświadczenia pokazały, że tak. Również późniejsze doświadczenia zawsze ten fakt potwierdzały.
  2. Status masy zmienił się w teorii względności Alberta Einsteina. Masa okazała się związana z energią ciała spoczywającego. Obowiązuje tu słynny wzór E=mc^2. Bardziej fundamentalnym pojęciem jest energia. Energia całkowita np. w jakiejś reakcji musi być zachowana, ale nie znaczy to, że zachowana musi być także masa. Jest tak w reakcjach chemicznych, bo energie wiązania są dużo dużo mniejsze niż energie spoczynkowe. Nie jest tak np. w reakcjach jądrowych, gdzie wyzwalają się znacznie większe ilości energii. Wybuch bomby jądrowej w Hiroszimie oznaczał zamianę mniej więcej 1g masy spoczynkowej na inne formy energii. Istnieją też cząstki takie, jak fotony, które nie mogą spoczywać i zawsze poruszają się z prędkością światła. Dla nich powyższy wzór nie ma sensu. Fotony mają masę zerową, ale energię oczywiście niezerową. Np. wybuchowi jądrowemu towarzyszą duże ilości promieniowania γ, czyli wysokoenergetycznych fotonów (dlatego promieniowanie to wywiera tak niszczący wpływ na słabo związane tkanki żywych organizmów).
  3. Albert Einstein odkrył, że także grawitacja zależy od energii – nawet gaz fotonów może wywierać efekt grawitacyjny. W Einsteinowskiej teorii grawitacji (tzw. ogólnej teorii względności) masa grawitacyjna i bezwładna muszą być równe. Skoro każde ciało porusza się tak samo w polu grawitacyjnym i nie ma żadnego znaczenia, czy jest duże, czy małe, czy z pierza, czy z mięsa, to widocznie grawitacja jest jakąś własnością samej czasoprzestrzeni, czymś geometrycznym. W tej samej geometrii wszystkie ciała powinny poruszać się tak samo.
  4. Wiemy więc, że masa związana jest z energią spoczynkową. Nie wyjaśnia to jednak, czemu w ogóle istnieją ciała, które mogą spoczywać. Wszechświat wypełniony jedynie fotonami i np. grawitonami (też o masie zerowej) jest zupełnie możliwy. Nasz wszechświat jest inny: składa się głównie z atomów, inne cząstki, jak fotony czy np. neutrina zawierają tylko niewielką część energii (pomijam ciemną materię, o której może kiedy indziej). Atomy z kolei zbudowane są z elektronów oraz jąder – to one stanowią 99,9% masy atomu. Jądra składają się z protonów i neutronów związanych ze sobą oddziaływaniem silnym (to nazwa oddziaływania), które pokonuje odpychanie dodatnich protonów i skleja jądro w całość.
  5. Aby więc wyjaśnić masy atomów, należy zrozumieć, czemu elektrony, protony i neutrony mają masę. Z punktu widzenia współczesnej fizyki (tzw. Modelu Standardowego) tylko elektrony są rzeczywiście elementarne, protony i neutrony są zbudowane z trzech kwarków. Wobec tego pytanie brzmi: czemu elektrony i kwarki mają masy? Częściowej odpowiedzi dostarcza mechanizm Higgsa. Sprzężenie z polem Higgsa sprawia, że elektrony oraz kwarki mają niezerowe masy. Odpowiedź jest jednak tylko częściowa. Jeśli spojrzymy w jakiekolwiek tablice cząstek elementarnych, okaże się, że masy kwarków u i d (kilka MeV) są o wiele za małe, aby wyjaśnić, czemu zbudowane z nich protony i neutrony są takie masywne (ok. 940 MeV) – a to przecież 99,9% masy.
  6. Zatem większość masy wokół nas nie ma nic wspólnego z cząstką Higgsa, odpowiadają za nią oddziaływania silne. Stanowią one wyjątkowo elegancką część Modelu Standardowego, tzw. chromodynamikę kwantową, QCD. Obowiązuje w niej ścisła symetria, jest to matematyczne uogólnienie zwykłej elektrodynamiki. Zamiast fotonów mamy osiem gluonów, które – jak sama nazwa wskazuje – sklejają kwarki (nb. gluony są bezmasowe podobnie jak fotony, które przenoszą oddziaływania elektromagnetyczne). Oddziaływania kwarków są szczególnego rodzaju: rosną bowiem z odległością. Dlatego nie można zaobserwować pojedynczych kwarków. Kiedy np. dostarczymy dużej energii związanej parze kwark-antykwark, to zamiast rozerwać wiązanie, wygenerujemy jedynie kolejną taką parę.paare
    Tak więc z punktu widzenia QCD należy w ogóle wyjaśnić, czemu istnieją takie obiekty jak proton i neutron, przy okazji zaś należy wyjaśnić, skąd bierze się ich masa spoczynkowa. Proton składa się więc z trzech kwarków: u, u oraz d, ale także z pól gluonowych i tworzących się i znikających par kwark-antykwark. Wygląda to jakoś tak.Figure9_proton
    QCD jest teorią trudną obliczeniowo. Okazuje się jednak, że za pomocą obliczeń komputerowych można uzyskać masy różnych cząstek składających się z kwarków, w tym protonu i neutronu. Masa ta pochodzi więc w większości z oddziaływań silnych.F3.large
    Wykres przedstawia wyniki z pracy S. Dürr et al., Ab Initio Determination of Light Hadron Masses, „Science”, t. 322 (2008), s.1224-1227. Niektóre masy wzięte są z eksperymentu, inne obliczone, N oznacza nukleon, czyli neutron albo proton, inne litery oznaczają różne cząstki silnie oddziałujące, jak piony (π), kaony (K) i różne inne. Gdyby przyjąć skrajnie uproszczony model, w którym trzy lekkie kwarki mają masę zero, a trzy ciężkie – nieskończoną, zgodność byłaby gorsza, ale nadal niezła. Taka uproszczona wersja QCD nie zawiera żadnych mas, a mimo to nieźle zgadza się z eksperymentem. Oznacza to silne potwierdzenie słuszności QCD w ogóle, a także faktu, że źródłem masy są oddziaływania silne.
    Por. http://www.frankwilczek.com/Wilczek_Easy_Pieces/342_Origin_of_Mass.pdf
    Ukazał się też na ten temat artykuł po polsku autorstwa Marka Zrałka z UJ, w piśmie „Foton”, jesień 2013.

William Crookes i duch Katie King (ok. 1874)

Powiedz mi, w co wierzysz, a powiem ci, kim jesteś. Najważniejszą może cechą porządnej nauki jest względna niezależność jej wyników od tego, w co wierzą poszczególni uczeni. Jako ludzie wszyscy utkani jesteśmy z różnych wiar, przekonań, przesądów i bynajmniej nie pragniemy być obiektywni. Uczeni nie są mądrzejsi od innych, mylą się może nawet częściej – bo skłonni są myśleć ryzykownie i iść za „nierozsądnymi” pomysłami.

Koniec wieku XIX i początek XX były epoką wiary w spirytyzm. Była to materialistyczna wersja tego, co obiecują religie: nie umieramy całkiem, zostaje po nas dusza, która snuje się tu i ówdzie, i można ją przywołać. „Odkryciem” owej epoki było, że można z duszami komunikować się za pomocą swoistego telegrafu, a nawet można takie zjawy uwiecznić za pomocą fotografii – techniki zupełnie przecież obiektywnej. W spirytyzm wierzyli pisarze jak Arthur Conan Doyle, jak na ironię twórca postaci Sherlocka Holmesa, detektywa kierującego się wyłącznie zimną i nieubłaganą logiką faktów. Miał też zwolenników wśród uczonych, jak ewolucjonista Alfred Russell Wallace i William Crookes, wybitny chemik i fizyk, który nas tu interesuje.

Crookes jest odkrywcą pierwiastka, któremu nadał nazwę tal – od greckiego thallos, czyli pęd, łodyga: chodziło o to, że pierwiastek ten ma zieloną linię widmową. Był rok 1861, analiza widmowa była techniką zupełnie nową. Prowadził też eksperymenty z rurkami Crookesa, szklanymi rurkami z resztką powietrza i dwiema zatopionymi elektrodami. W rurkach Crookesa mamy do czynienia ze strumieniem elektronów wybiegających prostoliniowo z katody. Mogą one rzucać cień, jak na fotografii – elektrony uderzające w szkło powleczone siarczkiem cynku wzbudzają świecenie.

Crookes-maltese-tube

Były to ważne doświadczenia, prowadzące z czasem do odkrycia elektronu (J. J. Thomson), a także niewidzialnych promieni (W. Röntgen), świecenie tego rodzaju wykorzystywano później w monitorach i telewizorach itd. itp. Crookes otrzymał tytuł szlachecki i Order Zasługi, był przewodniczącym różnych naukowych towarzystw, w tym Towarzystwa Królewskiego. I od początku wierzył w duchy. Wyobrażał sobie np. obecność swoich bliskich w pewnych chwilach – każdy pewnie przeżywał coś podobnego. Ponieważ jednak Crookes był uczonym, postanowił zbadać także i ten obszar zjawisk w sposób doświadczalny. Eksperymenty prowadził we własnym domu. Jego medium była młoda nastoletnia dziewczynka, Florence Cook. Przywoływała ona ducha niejakiej Katie Holmes, który pozwalał się nawet mierzyć i ważyć, choć rozmiary jego były płynne, zależnie od ilości ektoplazmy wygenerowanej przez Florence. Działo się to w półmroku albo i mroku, w obecności zaproszonych gości.

ss-08

Widzimy tu uczonego razem z duchem Katie Holmes na wspólnej fotografii. Crookes opisywał też inne niezwykłe zdarzenia, jak gra na akordeonie trzymanym jedną ręką przez medium – z drugiej strony współpracował duch. Pojawienia się duchów mają bogatą dokumentację fotograficzną.

Photographs-of-Spirits-1

Fotografię tę wykonał już w XX wieku William Hope. Także jego autorstwa jest poniższa scena z seansu spirytystycznego, w którym lewituje stolik. Zdjęcie wykonano ok. 1920 roku.
Photographs-of-Spirits-12

A tak wyglądał psychograf Hudsona Tuttle’a z lat osiemdziesiątych wieku XIX. Uczestnicy seansu trzymali na nim dłonie i urządzenie pokazywało kolejne litery tekstu. Prawdziwy telegraf dla duchów.

TuttleLarge

Złośliwi twierdzą, że Crookes miał romans z piętnastoletnią Cook. Pewne jest w każdym razie, że duchy nie wytrzymały oświetlenia elektrycznego i schowały się głębiej.

Więcej fotografii duchów

Nobel 2013: Peter Higgs i François Englert

W zasadzie od lata 2012, gdy odkryto bozon Higgsa, było jasne, że dość elegancki mechanizm ukrytej symetrii, znaleziony przez kilku badaczy mniej więcej niezależnie od siebie, jest rzeczywistością. Przedtem była to atrakcyjna możliwość zbudowania teorii znanych cząstek elementarnych, czegoś w rodzaju Układu okresowego wieku XX – podobnie jak Układ okresowy uporządkował pierwiastki w chemii, Model Standardowy uporządkował wiedzę na temat cząstek. Wiemy, z czego składa się świat: z atomów, a piętro niżej z cząstek elementarnych opisywanych właśnie przez Model Standardowy. Bozon Higgsa jest nieodzowny, jeśli cząstki takie jak elektron mają być masywne – a wiadomo przecież, że są (bezmasowy jest tylko foton oraz gluony: chodzi o masę spoczynkową).

Czastki_elementarne_modelu_standardowegoŹródło: Wikipedia

Tabelki to jeszcze nie nauka, a przynajmniej nie cała. Jednak chęć systematyzacji i uporządkowania jest ważna, pomaga też ustalić, czego jeszcze nie wiemy. Jak się zdaje, największymi niewiadomymi są ciemna materia i ciemna energia. Samo istnienie ciemnej materii, czyli cząstek, których dotąd nie zaobserwowano inaczej niż przez ich oddziaływanie grawitacyjne, oznacza, że Model Standardowy nie zawiera wszystkiego. Układ okresowy, kiedy sformułował go Dymitr Mendelejew też nie był kompletny, ale i tak odegrał ogromną rolę w nauce.

Więcej o Modelu Standardowym

Maria Skłodowska-Curie: cudowny rok 1898

Rok 1898 był prawdziwym annus mirabilis – cudownym rokiem w naukowym życiu Marii Skłodowskiej-Curie. Zaledwie rok wcześniej zaczęła samodzielną pracę doświadczalną z myślą o doktoracie. Zajęła się tematem „promieniowania uranowego”, którego nie kontynuował nawet odkrywca owego zjawiska, Henri Becquerel, uznając, że są ciekawsze sprawy. Wynikiem wstępnej intensywnej pracy Marii, do której włączył się też jej mąż Pierre, było ni mniej ni więcej tylko odkrycie dwóch nowych pierwiastków, i to pierwiastków osobliwych, bo radioaktywnych (określenie „radioaktywność” pochodzi od Marii Skłodowskiej-Curie). Młoda uczona szukając tematu do doktoratu stworzyła nową dziedzinę nauki: badanie promieniotwórczości. Nic dziwnego, że poświęci tej dziedzinie resztę naukowej kariery. Doktorat napisze w roku 1903 – w tym samym roku otrzyma Nagrodę Nobla.

Kiedy zaczynała tę pracę dobiegała trzydziestki, a więc nie była bardzo młoda jak na początkującą badaczkę. Nie było w tym jej winy, dopiero w 1891 roku sytuacja finansowa pozwoliła jej na studia na paryskiej Sorbonie. Umówiły się z siostrą, że najpierw starsza będzie studiować, a młodsza pracować i jej pomagać, potem role się odwrócą. Maria mieszkała na szóstym piętrze w pokoiku, gdzie czasem zamarzała woda, i bezustannie pracowała. Bo nie dość, że zaczęła późno, to jeszcze miała braki do nadrobienia, zwłaszcza w matematyce (uczył ją m.in. sławny Henri Poincaré, który z czasem został jej kolegą). W Polsce dziewcząt w ogóle nie uczono przedmiotów ścisłych na odpowiednim poziomie, Maria douczała się sama w chwilach wolnych od pracy guwernantki. W okresie tym przeżyła też bolesną i upokarzającą miłość, trwający kilka lat związek z synem jej chlebodawców, Kazimierzem Żorawskim. Żorawski był studentem matematyki na cesarskim uniwersytecie warszawskim – rosyjskiej uczelni powołanej zamiast polskiej Szkoły Głównej w ramach represji po powstaniu styczniowym. Rodzice Kazimierza nie chcieli słyszeć o małżeństwie z guwernantką, Maria, która zawsze była niezwykle ambitna, bardzo cierpiała, ale wyszła z tego wzmocniona. Okres studiów w Paryżu wspominała potem jako piękny, choć nie miała grosza przy duszy i prawie żadnych rozrywek. Znakomicie zdała egzaminy licencjackie z fizyki i matematyki, zajmując pierwsze bądź drugie miejsce wśród kilkuset studentów, w tym zaledwie kilku kobiet. Poznała też Pierre’a Curie, starszego od niej, mającego już poważny dorobek badawczy i tak jak ona nie widzącego nic oprócz pracy naukowej (jego narzeczona umarła i postanowił później nie interesować się kobietami).curies 1904

Pierre Curie był w zasadzie outsiderem w nauce francuskiej, wynikało to trochę z jego postawy: nie lubił o nic zabiegać, nie chwalił się i nie reklamował, służenie nauce traktował jak rodzaj ascetycznego powołania. Pochodził z rodziny o sympatiach lewicowych, tak jak Maria Skłodowska był ateistą, chrześcijaństwo uważał za zabobon. Wzięli jedynie ślub cywilny. Największą przeszkodą po stronie Marii był patriotyzm: wyobrażała sobie, że po studiach wróci do Polski. Na szczęście dla nauki tak się nie stało, w Polsce jej talent zostałby najpewniej roztrwoniony w jakichś bezowocnych pracach nauczycielskich i nikt by o niej nie pamiętał.

I tak dochodzimy do roku 1896, gdy Becquerel odkrył „promienie uranowe” – jak je nazywał. Był to rok wielu odkryć tego rodzaju, zapoczątkowanych promieniami Röntgena. Zaczęto nagle odkrywać mnóstwo dziwnych zjawisk wywołanych niewidzialnymi promieniami, większość tych doniesień była błędna. Podobnie jak niemal cała praca Becquerela na temat „promieni uranowych”. Becquerel, nieco starszy od Pierre’a Curie, stał na szczycie nauki francuskiej: był członkiem Akademii Nauk, podobnie jak jego dziad i ojciec, a później jego syn. Rodzinnym tematem były zjawiska fosforescencji i fluorescencji. Henri chciał sprawdzić, czy sole uranu naświetlone promieniowaniem słonecznym będą wysyłać jakieś niewidzialne promienie. Promienie te chciał wykryć za pomocą kliszy fotograficznej owiniętej szczelnie w czarny papier tak, żeby zwykłe światło nie mogło jej naświetlić. Doświadczenie w pełni się udało, jak na członka Akademii przystało: klisza została naświetlona uranem i  zaczerniła się po wywołaniu. Na szczęście dla siebie Becquerel sprawdził, co się dzieje, gdy uran nie zostanie naświetlony słońcem. Okazało się, że klisza też się zaczernia, a więc zjawisko nie jest związane z uprzednim naświetlaniem, ale z solami uranu. Kontynuując te badania, stwierdził, że także metaliczny uran ma podobne własności – stąd nazwa „promienie uranowe”. Sprawa była o tyle dziwna, że owe promienie nie zanikały z czasem, a przynajmniej w ciągu kilku miesięcy. Przeprowadził też doświadczenia, z których wynikało, że promienie uranowe odbijają się, załamują, a nawet ulegają polaryzacji. Jonizują też powietrze. Następnie zajął się innym modnym tematem, rozszczepieniem linii widmowych w polu magnetycznym.henri becquerel

Maria Skłodowska-Curie zastosowała inną metodę badania, zamiast fotografii zaczęła mierzyć, jak silnie jonizuje się powietrze pod wpływem niewidzialnych promieni. Miała w ten sposób znacznie bardziej precyzyjną, ilościową miarę natężenia owych promieni. Używała do tego elektrometru skonstruowanego według idei Pierre’a Curie i jego brata Jacques’a. Wyniki okazały się nader ciekawe, nie tylko uran wysyłał niewidzialne promienie, ale także i tor. W dodatku w odpadach rudy uranowej znajdowały się domieszki bardzo silnie promieniotwórczych pierwiastków: były to właśnie polon i rad. Początek został zrobiony, wyodrębnienie próbek tych pierwiastków zajęło kilka lat. Małżonkowie pracowali w starej nieopalanej szopie i tam właśnie potwierdzili przypuszczenia z roku 1898.01-1bSzopa przy ulicy Lhomond, najważniejsze ówczesne laboratorium naukowe we Francji

W roku 1903 za odkrycia związane z promieniotwórczością przyznano Nagrodę Nobla. Połowę otrzymał Becquerel, mimo że większość jego doświadczeń była błędna: promienie uranowe nie odbijają się, nie załamują ani nie polaryzują. Prawdziwe okazały się natomiast hipotezy Marii Curie, potwierdzone wieloletnią morderczą pracą i małżonkowie otrzymali wspólnie drugą połowę nagrody. Szczerze mówiąc, nie rozumiem dlaczego podział był właśnie taki, stanowił chyba odbicie urzędowej pozycji Becquerela i małżonków Curie w nauce francuskiej. Jednak najwartościowsze badania przeprowadzono w szopie, a nie w nowoczesnych laboratoriach fizycznych i chemicznych, których w Paryżu w tym czasie było sporo. Jeszcze jeden znamienny szczegół: Becquerel pojechał do Sztokholmu w grudniu 1903 roku, zajęci pracą małżonkowie Curie znaleźli czas dopiero w czerwcu 1905 roku.

Cyprian Kamil Norwid napisał kiedyś następującą fraszkę pt. Posiedzenie:
Z ogromnej sali wyniesiono śmiecie
I kurz otarto z krzeseł – weszli męże
I siedli z szmerem, jak w pochwy oręże,
I ogłosili… cóż?… że są w komplecie!!
I siedzą… siedzą… aż tam gdzieś na świecie
Wariat wynajdzie parę, a artysta
Podrzędny – promień słoneczny utrwali,
A nieuczony jakiś tam dentysta
Od wszech boleści człowieka ocali…
A Akademie milczą… lecz w komplecie.