Pierre Curie

Pierre Curie.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

V šestnácti letech Pierre Curie odmaturoval a nastoupil na univerzitu v Sorbonně, kde v té době působil jeho starší bratr jako asistent. Již v osmnácti letech získal titul magistra, v devatenácti letech nastoupil jako laborant u profesora Desainse na přírodovědecké fakultě university v Paříži, kde působil pět let. V roce 1880 společně publikovali práci z oblasti infračerveného záření.

Piezoelektřina

V období od 1877 do 1883 oba bratři pracovali společně v laboratoři chemika a mineraloga Charlese Friedela. V roce 1880 ohlásili v Comptes Rendus objev piezoelektrického jevu, který vzniká při stlačování krystalů. Nový objev nazvali „tlaková elektřina“.

Už rok po objevení piezoelektrického jevu Lippmann odvodil, že musí existovat jev obrácený, tzn. že piezoelektrický krystal připojený na elektrické napětí se musí roztahovat nebo smršťovat. Tento jev bylo nesmírně obtížné experimentálně dokázat, protože jeho projevy byly velmi malé. Bratrům Curieovým se to ale podařilo. Podle Jacquesa nazvali piezoelektrickou křemíkovou destičku Curieho lamelou. Jev aplikovali v několika přístrojích: byly to aperiodické váhy pro vážení malého množství hmoty a krystalový elektrometr k měření slabých elektrických nábojů. To byly tehdy jediné aplikace, impuls k dalším dal Curieho žák Paul Langevin.

Výzkum krystalů

V roce 1883 se Jacques oženil a získal místo profesora krystalografie na univerzitě v Montpellier. Pierre přešel do laboratoří École Municipale de Physique et de Chemie industrielles (Vysoké školy fyziky a chemie), kde zpočátku vedl fyzikální praktika a později působil i jako profesor. To mu bylo pouhých 24 let. Na nové škole ale neměl dostatečné zázemí pro další vědeckou práci. Neměl ani prostředky, ani vybavenou laboratoř. Navíc na nově vytvořené škole vedl praktika, což vyžadovalo zpočátku hodně času. Proto se Pierre několik let k výzkumné práci téměř nedostal.

Pierre Curie (nahoře vpravo) se svými rodiči a bratrem Jacquesem.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

V letech 1883 až 1895 napsal sérii studií o symetrii krystalů a významnou práci o jejich růstu. Z úvah o symetrii krystalů přišel k symetrii prostoru a polí. Pro studenty École Municipale de Physique et de Chemie industrielles to bylo natolik nové učivo, že chtěli Pierrovy přednášky zařadit mezi nepovinné.

Důležitým důsledkem těchto úvah byl Curieho princip symetrie: Příkladem může být pyroelektrický a piezoelektrický jev. Turmalín má trojčetnou osu symetrie se třemi rovinami, jeho souměrnost je tedy shodná se souměrností elektrického pole. Stačí tedy turmalín zahřát a vznikne elektrické napětí. Křemen má jednu trojčetnou a tři dvojčetné osy symetrie, které jsou neslučitelné se symetrií elektrického pole. Stačí, když ve směru jedné z os křemen stlačíme a on ztratí jednu z os symetrie a stane se piezoelektrickým.

Magnetismus

V letech 1890 až 1895 se Pierre Curie věnoval výzkumu magnetismu. V té době ho už příprava výuky na École Municipale de Physique et de Chemie industrielles tolik nezatěžovala, přesto jeho práce byla velmi obtížná, stále neměl vlastní vybavenou laboratoř a všechny experimenty prováděl na chodbě školy.

Od dob Ampérových a Faradayových byly známy tři druhy magnetických látek – feromagnetika, paramagnetika a diamagnetika. V té době nebyla objevená žádná souvislost mezi všemi třemi jevy. Nebylo jasné, zda jde o různé nebo spolu související vlastnosti. Pierre Curie zkoumal asi dvacet sloučenin v závislosti na teplotě, tlaku a intenzitě použitého magnetického pole. Svoje měření prováděl s přístroji, které byly založené na piezoelektrickém jevu.

Pierre prokázal, že diamagnetismus souvisí s chemickým složením látek, feromagnetismus a paramagnetismus s krystalickou strukturou látky, že zmagnetizování diamagnetické látky nezávisí na teplotě, kdežto u paramagnetických látek závisí nepřímoúměrně na teplotě. Tento zákon se dnes jmenuje Curieho zákon a jako Curiova teplota se označuje teplota, při níž přechází látka ze stavu feromagnetického do stavu paramagnetického.

Výsledky své práce o magnetismus shrnul do práce Magnetické vlastnosti těles při různých teplotách, kterou v roce 1895 obhájil jako doktorskou. Hodnost doktora přírodních věd byla ve tehdejší Francii udělována jen za vynikající práce. Moderní teorii magnetismu na základě Curieho poznatků zformuloval až Paul Langevin.

Cesta k radioaktivitě

Polský profesor Kowalski seznámil v roce 1894 Pierra s Polkou Marií Skłodowskou, která právě končila studium fyziky a chemie na Sorboně a nutně potřebovala laboratoř. Toto seznámení ovlivnilo celou jeho profesní i soukromou budoucnost, protože se po krátké známosti v roce 1895 vzali a v září 1897 se jim narodila dcera Irena.

V roce 1896 Henri Becquerel objevil neviditelné záření, které vycházelo z uranových solí. Marii, nyní již Curie, tento objev velmi zaujal, rozhodla se proto zjistit podstatu neobvyklého úkazu a výsledky použít pro svoji doktorskou práci. Manžel jí k laboratorní práci vyjednal u ředitele školy École Municipale de Physique et de Chemie industrielles v Lhomondově ulici malou, vlhkou kůlnu bez jakéhokoliv technického vybavení, ve které bylo v létě horko a v zimě zima.

Kůlna, ve které Curieovi připravili první radiové soli.
Zdroj: BĚHOUNEK, F. Svět nejmenších rozměrů. Čtení o atomu a o těch, kteří se jím zabývali. Praha: Nakl. Jaroslava Tožička, 1945.

Zpočátku se každý věnoval svému výzkumu – Marie radioaktivitě a Pierre magnetismu. Marie zkoumala různé druhy hornin a zjistila, že radioaktivní prvky obsahuje smolinec. Práce s velkým množstvím materiálu nebyla jednoduchá, a tak Pierre na chvíli opustil svůj výzkum a své manželce začal pomáhat. 

Vnitřek kůlny, ve které Curieovi připravili první radiové soli.
Zdroj: BĚHOUNEK, F. Svět nejmenších rozměrů. Čtení o atomu a o těch, kteří se jím zabývali. Praha: Nakl. Jaroslava Tožička, 1945.

Nové prvky

Po několika měsících usilovné práce oznámili v časopise Comptes Rendus a pomocí Henri Becquerela 18. července 1898 i v Akademii věd, že smolinec kromě uranu obsahuje pravděpodobně další prvek, který je daleko víc radioaktivní než samotný uran.

Nový prvek nazvali polonium na počest Mariiny rodné země. Akademici nevěřili a chtěli důkaz – atomové číslo a vzorek. Během dalších výzkumů vyšlo najevo, že ve smolinci není pouze jeden, ale dokonce dva neznámé prvky. Druhý daleko radioaktivnější prvek nazvali radium. Od této chvíle se každý ve výzkumu nových prvků specializoval – Marie na chemii a Pierre na fyzikální vlastnosti.

Práce to byla velmi namáhavá. Vyvrcholila 22. dubna 1902. K získání gramu soli radia na laboratorní misce bylo potřeba během čtyř let zpracovat tunové hromady českého smolince. Po takovémto objevu se z manželů Curiových mohli stát milionáři. Marie Curie Skłodowská o tom napsala: "V souhlasu se mnou zřekl se Pierre hmotného zisku z našeho objevu. Nedali jsme si ho patentovat a výsledky svých výzkumů, jakož i postup přípravy radia jsme uveřejnili zcela přesně bez jakýchkoli výhrad..."

Marie a Pierre Curieovi.
Zdroj: LIFE photo archive hosted by Google [images.google.com/hosted/life]. Public domain.

Další výzkum radioaktivity

K dalšímu studiu záření jim velmi pomohly Pierrovy znalosti magnetismu. Podrobil záření testování v magnetickém poli. Zjistil, že záření je dvojí povahy: jedno záření magnetické pole prakticky neodklánělo z původního směru (záření alfa); druhý typ záření se naopak snadno v magnetickém poli zakřivoval (záření beta). Řeckými písmeny označil záření Ernest Rutherford, jemuž se podařilo odchýlit i záření α v silném magnetickém poli. V roce 1900 vyšla poslední společná práce Marie a Pierra o náboji záření β.

Finanční situace manželů se po objevu výrazně zlepšila. Pierre získal nabídku profesury na univerzitě v Ženevě, kterou ale odmítl a místo toho nastoupil na pozici profesora na Sorbonně. Marie se stala profesorkou na dívčím učitelském ústavu v Sévres. Pierre však stále neměl odpovídající laboratoř. Děkanovi na Sorboně v dopise zdělil: „Prosím, račte poděkovat panu ministrovi a sdělte mu, že nepociťuji ani v nejmenším potřebu dostat řád, že však je mi co nejnaléhavěji třeba laboratoře.“ [7]

Marie a Pierre Curieovi s Bémontem.
Zdroj: BĚHOUNEK, F. Svět nejmenších rozměrů. Čtení o atomu a o těch, kteří se jím zabývali. Praha: Nakl. Jaroslava Tožička, 1945.

Curieovi mimo jiné zkoumali i fyziologické účinky nového záření. Mezi první fyziologické pokusy patřilo Pierrovo popálení, které se hojilo 52 dní. Pierre si ho způsobil úmyslně tak, že si na kůži na 10 hodin přiložil chlorid radnato–barnatý. Studovali podrobně fluorescenci a luminiscenci některých látek vyvolané působením radioaktivního záření. Všimli si také, že sklo, v němž je látka uzavřena, mění své chemické složení, tedy svou barvu.

Zjistili, že v nádobě, ve které je sůl rádia, vznikal ozon. Protože ke vzniku ozonu je nutné dodat zvnějšku energii, usoudili, že radioaktivní záření sebou nese energii. Pierre Curie spolu s A. Labordem v roce 1903 objevili samovolný vývin tepla sloučeninami radia, což svědčilo o uvolňování energie při radioaktivních přeměnách. Zjistili, že 1 g radia uvolní za hodinu 418,6 J tepla. Tento objev Pierre Curie popsal slovy: „Stálé uvolňování takového množství tepla nelze vysvětlit obvyklou přeměnou. Hledáme–li původ vývinu tohoto tepla ve vnitřní přeměně, pak musí jít o přeměnu hlubší, která působí změnu samého rádia. Avšak taková přeměna – existuje–li – musí probíhat velmi pomalu … Je–li tato hypothesa správná, pak energie, uvolňovaná při transformaci atomů, musí být neobyčejně veliká.“ [7]

Sláva a konec

25. června 1903 měla Marie přednášku na Sorbonně, kde předvedla výsledky společné práce s manželem. Účastnil se i Rutherford, kterému při večerní recepci v zahradách Královského pavilonu neuniklo, že Pierrovy ruce, ve kterých držel skumavku se solí rádia, se nápadně třesou a sotva skumavku drží.

Když se vědecký svět seznámil s prací Curieových a ze zahraničí se začaly hrnout projevy uznání, dostalo se jim i čestného uznání ve Francii. Ve stejném roce společně s Henri Becquerelem získali Nobelovu cenu za fyziku za objev radioaktivity. Oficiálního předání se 10. prosince nemohli zúčastnit: Marie se zotavovala po potratu a Pierre trpěl takovými bolestmi, že sotva udržel tužku. Slavnostní přednáška se uskutečnila až v červnu téhož roku. Po mnohých průtazích se v témže roce stal Pierre Curie konečně členem francouzské Academie des Sciences a dostalo se mu řádného profesorského titulu na Sorboně. Manželé Curieovy se stali velmi populární dvojicí nejen ve Francii.

Nehoda Pierra Curie.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

Pierre Curie se svou ženou Marií měli dceru Irene Joliot–Curie, která se svým manželem Fredericem Joliot–Curie také byli velmi úspěšným párem nejen manželským, ale i vědeckým. Podařilo se jim společně získat Nobelovu cenu, stejně jako Pierru a Marii Curie. Pierre Curie zemřel 19. dubna 1906 po té, co byl sražen koňským spřežením, když přecházel úzkou ulici Dauphine.

Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

Použité zdroje

[1] BOREC, T. Dobrý den, pane Ampére. 1. vydání. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1980. ISBN 14–031–81.

[2] CURIE, E. Paní Curieová. Přeložila Eva Sgallová. 3. české vydání. Praha: Mladá Fronta, 1957.

[3] CURIE, E. Paní Curieová. Přeložila Eva Sgallová. 4. české vydání. Praha: Mladá Fronta, 1964. ISBN 23–059–64.

[4] JÁCHIM, F. Pierre Curie (1859 – 1906). Rozhledy matematicko–fyzikální, 1988–1989, roč. 67, č. 9, s. 368–370. ISSN 0035–9343.

[5] JIRKOVSKÝ, R. Jak chemikové a fyzikové objevovali a křtili prvky. 1. vydání. Praha: Albatros, 1986. ISBN 13–852–86.

[6] KRAUS, I. Pierre Curie (1859 – 1906). Rozhledy matematicko–fyzikální, 1999, roč. 76, č. 6, s. 300–301. ISSN 0035–9343.

[7] NEPRAŠOVÁ, M. Petr Curie. Pokroky matematiky, fyziky a astronomie, 1959, roč. 4, č. 6, s. 733-741. ISSN 0032-2423.

[8] PETRŽÍLKA, V. Význam objevů Petra a Marie Curieových. Pokroky matematiky, fyziky a astronomie, 1956, roč. 1, č. 5-6, s. 743-747. ISSN 0032-2423.

[9] SARTORI, E. Velikáni francouzské vědy. Přeložila E. Vergeinerová aj. Grospietsch. Praha: Agentura KRIGL, 2005. ISBN 80–86912–00–0.

[10] TESAŘÍK, B. Před sto lety zemřel francouzský fyzik Pierre Cure. Matematika Fyzika Informatika: časopis pro výuku na základních a středních školách, květen 2006, roč. 15, č. 9, s. 569–571. ISSN 1210–1761.

[11] WEINLICH, R. Laureáti Nobelovy ceny za fyziku. 1. vydání. Olomouc: ALDA, 1998. ISBN 80–85600–47–1.

[12] Dějiny matematiky a fyziky v obrazech, pátý soubor. Redigoval Jaroslav Folta. 1. vydání. Praha: Jednota československých matematiků a fyziků, 1989. ISBN 80–7015–012–2.