Анрі Беккерель змінив фізику випадково. 1896 року він досліджував фосфоресценцію в солях урану. Він обгорнув фотопластинки чорним папером. Він поклав зверху уран. Він зберігав їх у темному ящику. Він очікував, що сонячне світло викликає ефект. У Парижі кілька днів йшов дощ. Сонця не було.
Він все одно виявив платівки. Зображення були різкими. Уран випромінював радіацію без зовнішньої енергії. Це була фосфоресценція. Це було щось нове. Він назвав це «урановими променями». Тепер ми називаємо це радіоактивністю.
Це відкриття переписало правила будови матерії. Атоми були твердими і стабільними. Вони могли розпадатись. Вони могли виділяти енергію. Це відкриття принесло йому частку Нобелівської премії з фізики 1903 року. Він розділив цю честь з П’єром та Марією Кюрі.
Династія вчених
Беккерель був винятком. Він походив із роду фізиків. Чотири покоління зробили внесок у науку.
Його дід, Антуан-Кесар Беккерель, вивчав електрохімію. Він працював над тим, як електрика впливає на хімічні реакції. Його батько, Олександр-Едмон Беккерель, розширив цю роботу. Він відкрив фотоелектричний ефект. Саме так сонячні батареї перетворять світло на електрику сьогодні.
Анрі пішов цим шляхом. Він навчався у Політехнічній школі та Школі мостів та доріг. Він приєднався до свого батька у Музеї природної історії у Парижі. Він став професором у Національній консерваторії мистецтв та ремесел. Він також викладав у Сорбонні.
Його син, Жан Беккерель, продовжив сімейну традицію. Жан вивчав поглинання рентгенівських променів газами. Він розділив Нобелівську премію з фізики 1908 зі своїм батьком. Беккерелі домінували у французькій фізиці понад півстоліття.
Шлях до відкриття
Як Беккерель виявив радіоактивність? Процес був ітеративним. Він почав із відкриття рентгенівських променів Вільгельмом Рентгеном у 1895 році. Рентген зауважив, що це проміння проходить крізь матерію. Він задумався, чи роблять те саме інші матеріали.
Беккерель випробував солі урану. Він припускав, що їм спочатку потрібне сонячне світло, щоб світитися. Це було хибне припущення. Дощ змусив його пропустити етап дії сонця. Платівки все одно засвітилися. Уран випромінював промені безперервно.
Це призвело до ключової різниці. Рентгенівські промені виходять ззовні атома. Радіоактивність виходить ізсередини. Сам атом нестабільний. Він руйнується згодом.
Чому це важливо? Радіоактивність пояснює тепло у ядрі Землі. Вона живить зірки. Вона дозволяє датувати давні артефакти. Вона лікує рак. Вона також утворює ядерні відходи. Відкриття було двогострим мечем.
Спадщина та вплив
Беккерель помер 1908 року. Йому було 55 років. Область, яку він відкрив, вибуховими темпами зростала. Марія Кюрі запровадила термін «радіоактивність». Вона виділила полоній та радій. Ернест Резерфорд картував атомне ядро.
Рід Беккерелі закінчився на Жані. Але наука продовжується. Щоразу, коли ми використовуємо детектор диму чи датуємо скам’янілість, ми використовуємо відкриття Беккереля.
Історію його знахідки часто розповідають як успіх. Це була підготовка, яка зустрілася з випадковістю. У нього було
Інженер, який випадково відкрив радіоактивність
Анрі Беккерель не схильний до випадкового виявлення фундаментальної сили природи. Він був людиною структури. Після навчання в ліцеї Людовіка Великого (Lycée Louis-le-Grand) він вступив до Політехнічної школи (1872–1874 рр.), а потім до Школи мостів та доріг (1874–1877 рр.). Це була інженерна справа. Він провів десятиліття як інженер в Міністерстві мостів і доріг, став головним інженером в 1894 році.
Його академічна кар’єра розпочалася пізніше. У 1876 році він почав роботу як асистент-викладач у Політехнічній школі. До 1895 він займав кафедру фізики. Він також працював асистентом-натуралістом за свого батька в музеї, обійнявши посаду професора фізики після смерті батька. Це було життя, повне стабільної та передбачуваної наукової суворості.
Чому фосфоресценція стала хибним слідом
Наприкінці XIX століття суспільство було одержиме електрикою, магнетизмом та світлом. Ранні роботи Беккереля ідеально вписувалися у цей контекст. Він вивчав, як магнітні поля обертають площину поляризації світла — тему, відкриту Майклом Фарадеєм, до якої зробив свій внесок і його власний батько. Він досліджував інфрачервоне випромінювання і те, як фосфоресцірующие кристали поводяться під впливом інфрачервоного стимулювання.
Його головним кроком стало розширення робіт свого батька над сполуками урану. Він хотів зрозуміти зв’язок між поглинанням світла та випромінюванням фосфоресценції. Він був у цьому добрий. Достойно, навіть. Член Академії наук із 1889 року. Але головний приз ховався над його минулих роботах. Він полягав у його знайомстві з солями урану та у його навичках роботи з фотографічними платівками.
Випадкове відкриття
Наприкінці 1895 року Вільгельм Рентген відкрив рентгенівські промені. Це змінило все. Рентген виявив, що рентгенівські промені походять від скляної вакуумної трубки, в якій катодні промені вдаряють у стінку. Беккерель замислився: чи існує фундаментальний зв’язок між невидимим випромінюванням та видимим світлом? Чи можуть всі люмінесцентні матеріали випускати рентгенівські промені при правильному стимулюванні?
Він перевірив це. Просте встановлення. Фосфоресційні кристали на фотографічній платівці. Платівка була обгорнута непрозорим папером. Крізь неї могло пройти лише проникаюче випромінювання. Він піддав установку впливу сонячного світла протягом кількох годин. Це збуджувало кристали.
Коли він виявив плівку, з’явилися силуети. Зразки мінералів надрукувалися. Іноді він поміщав монету чи металеву вирізку між кристалом та папером. Метал теж надрукувався.
Він повідомив про це Академію наук 24 лютого 1896 року. Він зазначив, що солі урану були особливо активними.
Ось поворотний момент. Він думав, що довів: люмінесцентні речовини випускають щось схоже на рентгенівське проміння. Але наступного тижня ситуація стала дивною.
Він залишив свої солі урану та фотографічні платівки в ящику столу. Без сонячного світла. Без ультрафіолетового стимулювання. Без фосфоресценції.
Коли він пізніше виявив платівки, зображення все ще були там. Сильніші, ніж очікувалося. Солі урану випромінювали проникаюче випромінювання без збудження сонячним світлом.
Беккерель був спантеличений. Він висунув гіпотезу про «довговічну форму невидимої фосфоресценції». Пізніше, коли він простежив активність до металевого урану, він назвав це «металевою фосфоресценцією». Він не побачив у цьому те, чим воно було насправді. Він побачив дивну версію того, що розумів.
Тихі роки (1896–1898)
Беккерель опублікував сім статей на цю тему у 1896 році. Дві – у 1897 році. Жодної — 1898 року.
Це зниження був пов’язані з тим, що він перестав працювати. Воно було з тим, що науковий світ втратив інтерес. 1890-ті роки були переповнені дослідженнями випромінювання. Катодні промені. Рентгенівське проміння. Канальні промені. Радіохвилі. Світло світлячків.
Рентгенівські промені були зіркою. Вони давали чіткіші знімки. Вони були швидшими. Промені Беккереля здавалися менш значними в порівнянні з ними. Він повернувся до своєї інженерної діяльності. Він повернувся до вивчення фосфоресценції.
Комусь іншому довелося розбудити його.
В 1898 Герхард Карл Шмідт і Марія Кюрі незалежно один від одного виявили, що торій також радіоактивний. Потім П’єр і Марія Кюрі разом із Гюставом Бемонтом відкрили полоній та радій. Несподівано світ зрозумів, що це не химерний побічний ефект фосфоресценції. Це була властивість певних елементів.
Беккерель прокинувся. Значимість його відкриття до нього дійшло.
Визначення явища
Беккерель повернувся до області, яку він випадково створив. Він вніс три ключові внески, які визначили, чим саме є радіоактивність.
1. Бета-частка
У 1899 і 1900 роках він виміряв відхилення бета-часток в електричних та магнітних полях. Він вирахував ставлення заряду до маси. Воно збігалося з нещодавно ідентифікованим Джоном Джеєм Томсоном електроном. Беккерель показав, що бета-частинки є електронами. Це пов’язало атомну структуру із зовнішнім випромінюванням.
2. Радіоактивний розпад та трансмутація
Він виявив “уран X”, активну речовину всередині урану. Воно згодом втрачало здатність випромінювати. Сам уран, неактивний у свіжому стані, зрештою знову ставав радіоактивним.
Ернест Резерфорд і Фредерік Содді спостерігали таку поведінку в торії. Вони розробили теорію трансформації радіоактивності. Один елемент спонтанно перетворюється на інший. Субатомна хімічна зміна. Спостереження Беккереля заклали основу цієї революційної ідеї.
3. Фізіологічні ефекти
Він зазначив, що випромінювання впливає на живі тканини. У 1901 році він повідомив про опік, отриманий відношення зразка радію Кюрі в кишені жилета. Це була не просто наукова цікава деталь. То була небезпека. Але це також був потенційний інструмент. Лікарі почали досліджувати ці опіки. Це призвело до медичного використання випромінювання – променевої терапії.
Спадщина випадковості
Беккерель розділив Нобелівську премію з фізики 1903 з Кюрі. Він здобув інші медалі. Іноземні товариства обрали його до своїх лав. Французька академія наук зробила його президентом та постійним секретарем.
Він ставив за мету змінити фізику. Він ставив за мету перевірити гіпотезу про світло та фосфоресценцію. Він помилявся у механізмі. Він думав, що то форма світла. Це негаразд. То справді був ядерний розпад.
Але його практичні навички роботи зі з’єднаннями урану та фотографічними платівками опинилися в потрібному місці в потрібний час. Решту наукового світу дивився на рентгенівські промені. Він дивився у свою скриньку.
Світ не зрозумів, що знайшов, поки Кюрі не розширили масштаб явища. До цього моменту це була просто цікавість. Дивна, затяжна фосфоресценція.
Він довів, що матерія може випромінювати енергію без зовнішнього джерела. То була тиха революція. Почалася з похмурого дня в Парижі та обгорнутої фотографічної платівки.
