Henri Becquerel przez przypadek zmienił fizykę. W 1896 roku badał fosforescencję w solach uranu. Owinął klisze fotograficzne czarnym papierem. Na wierzch położył uran. Trzymał je w ciemnym pudełku. Spodziewał się, że światło słoneczne będzie miało wpływ. W Paryżu padało przez kilka dni. Nie było słońca.
I tak opracował zapisy. Obrazy były ostre. Uran emitował promieniowanie bez energii zewnętrznej. To nie była fosforescencja. To było coś nowego. Nazwał je „promieniami uranowymi”. Teraz nazywamy to radioaktywnością.
Odkrycie to przepisało na nowo zasady budowy materii. Atomy nie były stałe i stabilne. Mogliby się rozpaść. Mogli uwolnić energię. To odkrycie przyniosło mu część Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 1903 roku. Dzielił ten zaszczyt z Piotrem i Marią Curie.
Dynastia naukowców
Becquerel nie był wyjątkiem. Pochodził z rodziny fizyków. Cztery pokolenia wniosły wkład w naukę.
Jego dziadek, Antoine-Cesare Becquerel, studiował elektrochemię. Pracował nad wpływem prądu elektrycznego na reakcje chemiczne. Jego ojciec, Alexandre-Edmond Becquerel, rozwinął to dzieło. Odkrył efekt fotoelektryczny. W ten sposób panele słoneczne przekształcają dziś światło w energię elektryczną.
Henri poszedł tą drogą. Studiował na Politechnice oraz w Szkole Mostów i Dróg. Dołączył do ojca w Muzeum Historii Naturalnej w Paryżu. Został profesorem w Narodowym Konserwatorium Sztuki i Rzemiosła. Wykładał także na Sorbonie.
Tradycje rodzinne kontynuował jego syn Jean Becquerel. Jean badał absorpcję promieni rentgenowskich przez gazy. Podzielił się z ojcem Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki w 1908 roku. Becquerels zdominował fizykę francuską przez ponad pół wieku.
Ścieżka do odkrycia
Jak Becquerel odkrył promieniotwórczość? Proces był iteracyjny. Zaczął od odkrycia promieni rentgenowskich przez Wilhelma Roentgena w 1895 roku. Rentgen zauważył, że promienie te przenikają przez materię. Zastanawiał się, czy inne materiały zachowują się tak samo.
Becquerel przetestował sole uranu. Wysunął teorię, że najpierw potrzebują światła słonecznego, aby świecić. To było fałszywe założenie. Deszcz spowodował, że przegapił fazę ekspozycji na słońce. Zapisy nadal świeciły. Uran emitował promienie w sposób ciągły.
Doprowadziło to do kluczowej różnicy. Promienie rentgenowskie pochodzą spoza atomu. Radioaktywność pochodzi z wnętrza. Sam atom jest niestabilny. Z czasem ulega rozkładowi.
Dlaczego to jest ważne? Radioaktywność wyjaśnia ciepło w jądrze Ziemi. Ona karmi gwiazdy. Pozwala nam na datowanie starożytnych artefaktów. Ona leczy raka. Tworzy także odpady nuklearne. Odkrycie było mieczem obosiecznym.
Dziedzictwo i wpływy
Becquerel zmarł w 1908 roku. Miał 55 lat. Obszar, który odkrył, rósł w błyskawicznym tempie. Marie Curie ukuła termin „radioaktywność”. Wyizolowała polon i rad. Ernest Rutherford sporządził mapę jądra atomowego.
Rodzina Becquerelów zakończyła się wraz z Jeanem. Ale nauka trwa. Za każdym razem, gdy używamy czujnika dymu lub datujemy skamieniałość, posługujemy się odkryciem Becquerela.
Historia jego odkrycia jest często opowiadana jako łut szczęścia. To była szansa na spotkanie przygotowawcze. Miał
Inżynier, który przypadkowo odkrył radioaktywność
Henri Becquerel nie miał predyspozycji do przypadkowego odkrycia fundamentalnej siły natury. Był człowiekiem strukturalnym. Po studiach w Lycée Louis-le-Grand wstąpił do Ecole Polytechnique (1872–1874), a następnie do Szkoły Mostów i Dróg (1874–1877). To była inżynieria. Przez dziesięciolecia pracował jako inżynier w Ministerstwie Mostów i Dróg, a w 1894 r. został głównym inżynierem.
Jego kariera akademicka rozpoczęła się później. W 1876 roku rozpoczął pracę jako asystent w Ecole Polytechnique. W 1895 piastował katedrę fizyki. Pracował także jako asystent przyrodnika ojca w muzeum, obejmując po śmierci ojca stanowisko profesora fizyki. Było to życie charakteryzujące się stabilnym i przewidywalnym rygorem naukowym.
Dlaczego fosforescencja stała się fałszywym śladem
Pod koniec XIX wieku społeczeństwo miało obsesję na punkcie elektryczności, magnetyzmu i światła. Wczesne prace Becquerela doskonale wpisują się w ten kontekst. Badał, jak pola magnetyczne obracają płaszczyznę polaryzacji światła, temat odkryty przez Michaela Faradaya i do którego przyczynił się jego własny ojciec. Badał promieniowanie podczerwone i zachowanie fosforyzujących kryształów pod wpływem stymulacji podczerwonej.
Jego głównym krokiem było rozwinięcie prac ojca nad związkami uranu. Chciał zrozumieć związek pomiędzy absorpcją światła a emisją fosforescencji. Był w tym dobry. Nawet godny. Członek Akademii Nauk od 1889 r. Jednak w jego wcześniejszych pracach nie kryła się główna nagroda. Polegało to na znajomości soli uranu i umiejętnościach pracy z kliszami fotograficznymi.
Przypadkowe odkrycie
Pod koniec 1895 roku Wilhelm Roentgen odkrył promienie rentgenowskie. To zmieniło wszystko. Roentgen odkrył, że promienie rentgenowskie pochodzą ze szklanej lampy próżniowej, w której promienie katodowe uderzają w ścianę. Becquerel zastanawiał się: czy istnieje zasadniczy związek pomiędzy promieniowaniem niewidzialnym a światłem widzialnym? Czy wszystkie materiały luminescencyjne mogą emitować promienie rentgenowskie po odpowiedniej stymulacji?
Sprawdził to. Łatwa instalacja. Fosforyzujące kryształy na kliszy fotograficznej. Płytkę owinięto w nieprzezroczysty papier. Mogło przez nią przechodzić jedynie promieniowanie penetrujące. Wystawił instalację na działanie promieni słonecznych na kilka godzin. To wzbudziło kryształy.
Kiedy wywołał film, pojawiły się sylwetki. Próbki minerałów zostały odciśnięte. Czasami umieszczał monetę lub metalowy wycinek pomiędzy kryształem a papierem. Metal również został odciśnięty.
Doniósł o tym Akademii Nauk 24 lutego 1896 r. Zauważył, że szczególnie aktywne są sole uranu.
Oto punkt zwrotny. Myślał, że udowodnił, że substancje luminescencyjne emitują coś podobnego do promieni rentgenowskich. Ale w następnym tygodniu sprawy stały się dziwne.
W szufladzie biurka zostawił sole uranowe i klisze fotograficzne. Brak światła słonecznego. Brak stymulacji UV. Brak fosforescencji.
Kiedy później wywołał zapisy, obrazy nadal tam były. Silniejszy niż oczekiwano. Sole uranu emitowały promieniowanie przenikliwe nie wzbudzane przez światło słoneczne.
Becquerel był zdezorientowany. Postawił hipotezę o „długotrwałej formie niewidzialnej fosforescencji”. Później, kiedy prześledził tę aktywność w przypadku uranu metalicznego, nazwał ją „metaliczną fosforescencją”. Nie widział tego takim, jakie było naprawdę. Zobaczył dziwną wersję tego, co już rozumiał.
Ciche lata (1896–1898)
Becquerel opublikował na ten temat siedem artykułów w 1896 r. Dwa w 1897 r. Ani jednego w 1898 r.
Spadek ten nie wynikał z tego, że przestał działać. Wynikało to z faktu, że świat naukowy stracił zainteresowanie. Lata 90. XIX wieku wypełnione były badaniami nad promieniowaniem. Promienie katodowe. Promienie rentgenowskie. Promienie kanałowe. Fale radiowe. Światło świetlika.
Promieniowanie rentgenowskie było gwiazdą. Dali wyraźniejsze zdjęcia. Byli szybsi. W porównaniu z tym „promienie” Becquerela wydawały się mniej znaczące. Wrócił do kariery inżynierskiej. Wrócił do badania fosforescencji.
Ktoś inny musiał go obudzić.
W 1898 roku Gerhard Carl Schmidt i Marie Curie niezależnie odkryli, że tor jest również radioaktywny. Następnie Pierre i Maria Curie wraz z Gustavem Bémontem odkryli polon i rad. Nagle świat zdał sobie sprawę, że nie był to dziwaczny efekt uboczny fosforescencji. Była to właściwość pewnych elementów.
Becquerel się obudził. W końcu dotarło do niego znaczenie jego odkrycia.
Definicja zjawiska
Becquerel powrócił do przypadkowo utworzonego przez siebie obszaru. Wniósł trzy kluczowe wkłady, które zdefiniowały, czym dokładnie jest radioaktywność.
1. Cząstka beta
W latach 1899 i 1900 zmierzył ugięcie cząstek beta w polu elektrycznym i magnetycznym. Obliczył stosunek ładunku do masy. Pasował do niedawno zidentyfikowanego elektronu Johna Jaya Thomsona. Becquerel wykazał, że cząstki beta są elektronami. Połączyło to strukturę atomową z promieniowaniem zewnętrznym.
2. Rozpad i transmutacja radioaktywna
Odkrył „uran X”, substancję czynną znajdującą się w uranie. Z biegiem czasu stracił zdolność promieniowania. Sam uran, nieaktywny w stanie świeżym, w końcu ponownie stał się radioaktywny.
Ernest Rutherford i Frederick Soddy zaobserwowali podobne zachowanie u torysów. Opracowali teorię transformacji radioaktywności. Jeden element samoistnie przekształca się w inny. Subatomowa przemiana chemiczna. Obserwacje Becquerela położyły podwaliny pod tę rewolucyjną ideę.
3. Efekty fizjologiczne
Zauważył, że promieniowanie oddziałuje na żywą tkankę. W 1901 roku zgłosił oparzenie powstałe w wyniku noszenia próbki radu Curie w kieszeni kamizelki. Nie była to wyłącznie ciekawostka naukowa. To było niebezpieczeństwo. Ale było to także potencjalne narzędzie. Lekarze zaczęli badać te oparzenia. Doprowadziło to do medycznego zastosowania radioterapii – radioterapii.
Dziedzictwo szansy
Becquerel podzielił się z Curie Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki w 1903 roku. Otrzymał inne medale. Zagraniczne towarzystwa wybrały go w swoje szeregi. Francuska Akademia Nauk mianowała go prezesem i stałym sekretarzem.
Nie miał zamiaru zmieniać fizyki. Jego celem było sprawdzenie hipotezy dotyczącej światła i fosforescencji. Pomylił się co do mechanizmu. Myślał, że to forma światła. To jest błędne. To był rozpad jądrowy.
Ale jego praktyczne umiejętności pracy ze związkami uranu i kliszami fotograficznymi znalazły się we właściwym miejscu i czasie. Reszta świata naukowego zajmowała się promieniowaniem rentgenowskim. Zajrzał do swojej skrzynki.
Świat nie rozumiał, co odkrył, dopóki państwo Curie nie rozszerzyli zakresu zjawiska. Do tego momentu była to tylko ciekawość. Dziwna, utrzymująca się fosforescencja.
Udowodnił, że materia może emitować energię bez zewnętrznego źródła. To była cicha rewolucja. Zaczynając od pochmurnego dnia w Paryżu i zawiniętej kliszy fotograficznej.
