Marie Curie

I sin doktorsavhandling från 1903 beskriver Marie Curie hur hon lyckas isolera radium och polonium och bestämma atomvikten för radium, samt hur hon kommer fram till att radioaktiviteten är en inneboende egenskap hos atomen.

Av Christina Moberg

Hängivna forskare med snillrika idéer har genom tiderna gjort häpnadsväckande upptäckter som på olika sätt format vårt samhälle. En av dessa är Marie Curie. Hon drevs av nyfikenhet att utforska och förstå egenskaper hos atomen vilka på hennes tid fortfarande var okända. Men hon önskade även att hennes resultat skulle komma till direkt nytta för människor, och hennes tålmodiga arbete ledde också till viktiga tillämpningar. Trots att hon redan under sin livstid betraktades som en pionjär, var hon anspråkslös och såg sökande efter sanningen som viktigare än berömmelse. Albert Einstein menade att hon var den enda person som inte skadats av sin berömmelse. I dag är hon en vetenskaplig ikon.

Marie Curie utförde sin banbrytande forskning under en tid då stora framsteg gjorts inom fysiken – det fanns runt sekelskiftet de som menade att det mesta inom fysiken redan var känt och att inte mycket fanns kvar att upptäcka. Den irländsk-skotske fysikern Lord Kelvin konstaterade 1892: »Fysiken är slutgiltigt grundlagd när det gäller dess väsentliga begrepp. Allt som den hädanefter kan tillföras är en noggrann bestämning av några kompletterande decimaler.» I efterhand kan vi konstatera att detta var allt annat än sant; man hade dittills sett endast början på den moderna fysikens genombrott.

Under 1800-talet hade man upptäckt de så kallade katodstrålarna, som studerades av flera forskare, bland dem den brittiske fysikern och kemisten Michael Faraday. Runt sekelskiftet insåg bland andra den brittiske fysikern och kemisten William Crookes, den brittiske kemisten John Thomson och den franske fysikern Jean Perrin att det var fråga om negativt laddade partiklar, vilka senare fick namnet elektroner. När den tyske fysikern Wilhelm Conrad Röntgen i november 1895 experimenterade med ett så kallat Crookes urladdningsrör upptäckte han en ny typ av strålar, vilka han kallade X-strålar på grund av deras okända ursprung. För den upptäckten belönades han 1901 med det första Nobelpriset i fysik.

Året efter upptäckten av röntgenstrålarna, som X-strålarna kom att kallas, presenterade den franske fysikern Henri Becquerel inför Franska Vetenskapsakademien en ny osynlig strålning, som till hans stora förvåning svärtade fotografiska plåtar trots att dessa inte utsatts för synligt ljus – och strålningen verkade inte heller avta med tiden. Medan Röntgens upptäckt satte igång en febril forskningsverksamhet, var intresset för Becquerelstrålningen till att börja med betydligt svagare. Men Marie Curie insåg att detta var något nytt och betydelsefullt, och hon bestämde sig för att studera dessa strålar närmare.

TVINGADES FLYTTA FRÅN POLEN

För att få möjlighet att genomgå högre utbildning hade Maria Skłodowska, som hon då hette, tvingats lämna sitt hemland Polen. De polska universiteten var öppna endast för män; kvinnor hade inte ens rätt att bilda egna studiecirklar. Hon anlände i november 1891 till Paris, där det var möjligt för kvinnor att skriva in sig vid Sorbonne. Trots att de franska universiteten hade varit öppna för kvinnor sedan 1880, fanns även i Frankrike en utbredd uppfattning att kvinnor var mindre lämpade för studier. Utländska kvinnor, vilka fram till en bit in på 1900-talet var i majoritet bland de kvinnliga studenterna, stötte dock på mindre motstånd än de inhemska, och Maria Skłodowska drabbades därför mindre av dessa fördomar. Vid den här tiden var 210 av runt 9 000 studenter kvinnor; vid den naturvetenskapliga fakulteten var 23 av 1 825 studenter kvinnor. Men till skillnad från Maria Skłodowska studerade endast få av dessa kvinnor med avsikt att ta en examen.

Maria Skłodowska studerade fysik och matematik. Hon erhöll 1893, som en av två kvinnor, kandidatexamen i fysik, med högst betyg av samtliga studenter. År 1894 tog hon, som en av fem kvinnor, examen i matematik, den gången som näst bäst av alla studenter. Hon gav sig sedan i kast med forskning tillsammans med Pierre Curie, som 1895 blev hennes make.

När det 1897 blev tid för henne att välja ämne för sin doktorsavhandling valde hon alltså studiet av den strålning som Becquerel upptäckt året innan. Pierre Curie var då engagerad i undersökningar av magnetism och kristaller, men bestämde sig för att förena sig med sin maka i hennes studier. För deras studier av radioaktiviteten belönades de, tillsammans med Becquerel, med 1903 års Nobelpris i fysik.

Den andra upplagan av Marie Curies doktorsavhandling, från 1904, har nu kommit ut i svensk översättning av Pär Svensson. Boken ingår i serien Vetenskapliga klassiker som utges av Fri Tanke i samarbete med Kungl. Vetenskapsakademien. Den beskriver hennes omfattande undersökningar av radioaktivitetens natur, som resulterade i en på många sätt god förståelse av den av Becquerel påvisade strålningen, vilken Marie Curie benämnde radioaktivitet. Hon visade att radium ger upphov till en emanation, en gas som visat sig vara radon, och heliumkärnor. Vid arbetet med det uraninnehållande mineralet pechblände noterade hon att strålningen var alltför kraftig för att härröra från uran. Det ledde till att hon upptäckte och isolerade två nya radioaktiva grundämnen, som gavs namnen polonium och radium. Samarbetet med den franske spektroskopisten Eugène Demarçay var här av avgörande betydelse. På grund av släktskapen med grundämnena vismut respektive barium kunde hon placera in de nya grundämnena i det periodiska system som den ryske kemisten Dmitrij Mendelejev presenterat 1869.

Avhandlingen är på många sätt en intressant läsning. Den visar hur målmedvetet och energiskt och samtidigt noggrant Marie Curie arbetade. Hon utarbetade en vetenskaplig metodik som gjorde det möjligt att anrika de radioaktiva ämnena som förekom i ytterst låga koncentrationer. Hon bestämde också med imponerande noggrannhet atomvikten för radium. Utvinningen av de båda nya ämnena i ren form var ett hårt arbete; hon beskriver hur hon bearbetade tonvis med malm för att isolera några tiondels gram rent material. Hon skriver: »Var och en förstår att detta är ett drygt, besvärligt och kostsamt arbete.» Hon har också i annat sammanhang sagt att »[m]an måste vara envis, men framför allt tro på sig själv. Man måste tro att man har förmågan att nå ett speciellt mål och att man kan nå detta mål vad det än må kosta.»

ETT FARLIGT ARBETE

Det var också ett farligt arbete, något som paret Curie tycks ha varit omedvetna om, eller i alla fall inte bekymrat sig om. De gjorde åtskilliga experiment där de utsatte sig själva för kraftig strålning. Hon skriver i avhandlingen »Vi kunde se hur en skärm av bariumplatinacyanid blev lysande också när strålarna först passerade genom en människokropp.» Hon uttrycker däremot oro över hur deras instrument påverkas av radioaktiviteten, vilket kan medföra felaktiga mätningar: »I laboratoriet där vi arbetar är läget nu akut och det går inte längre att skydda apparaterna från påverkan.»

Marie Curie insåg att sökandet efter förståelse, alltså grundläggande forskning, har stor betydelse och att den kan leda till nya upptäckter till nytta för mänskligheten. Hon betonade att hon inte kunde ana vilken betydelse de nya rönen skulle få när hon inledde sina studier av radioaktiviteten. Hon uttryckte senare att »[d]et visade att forskning inte endast kan bedömas efter sin direkta nytta, den måste göras för sin egen skull, för sin egen skönhet. Sedan är det alltid möjligt att den kan komma mänskligheten tillgodo.»

Vad är det då som är viktigt med Marie Curies forskning? Jo, hon insåg att radioaktiviteten är en inneboende egenskap hos atomen som inte påverkas av yttre orsaker. Den är alltså spontan och konstant. Hon skriver i avhandlingen att »[d]et faktum att radiumets fortlöpande värmeutveckling inte kan förklaras med en vanlig kemisk reaktion skulle kunna bero på att den har sitt ursprung i en förändring av atomen». Hon studerade hur strålningen penetrerade olika material och hur de olika strålarna böjdes av i magnetfält, och hon kunde på så vis identifiera olika typer av strålning: alfastrålning som sedermera visade sig vara heliumkärnor, betastrålning som utgörs av elektroner och som paret Curie visade var identiska med katodstrålar, och slutligen gammastrålning som är en elektromagnetisk vågrörelse. Men en fullständig förståelse av strålningens natur var ännu utom räckhåll, och hon lär ha frågat sig om strålningen verkligen var ett materiellt fenomen eftersom den verkade strida mot energiprincipen: »Uran uppvisar inga påtagliga tillståndsändringar, ingen synlig kemisk omvandling, utan det tycks som det förblir identiskt med sig själv, energikällan till emitteringen förblir oupptäckt – och just i detta ligger ett utomordentligt intresse för fenomenet.»

ATOMERNAS INRE BYGGNAD

Pierre och Marie Curies arbete var av grundläggande betydelse för förståelse av atomernas inre byggnad och den enorma energi som finns lagrad inuti atomkärnan; man hade vid den här tiden ytterst vaga begrepp om atomens uppbyggnad, och under 1800-talet ifrågasattes till och med relevansen av begreppet atom. Deras studier var av betydelse för den nyzeeländsk-brittiske fysikern Ernest Rutherfords påvisande av atomkärnan 1911 – han bombarderade en tunn guldfolie med alfastrålar, det vill säga heliumkärnor, och kunde konstatera att de flesta passerade genom folien och att endast ett fåtal studsade tillbaka. Därmed insåg han att största delen av atomens massa är samlad i en liten kärna. John Thomsons så kallade plumpuddingmodell för atomen, med elektroner instoppade i en utsmetad positivt laddad materia, kunde därmed avfärdas. Samma år kunde Jean Perrin vid den första Solvaykonferensen, där Marie Curie deltog som enda kvinna, slutligen presentera evidens för atomernas existens. Marie Curies forskning hade således betydelse för utvecklingen inte bara av den moderna fysiken, utan också den moderna kemin, och den är ursprunget till radiokemin, en egen gren av kemin.

Marie Curies forskning ledde också till viktiga medicinska tillämpningar. Radiumhem för behandling av cancer etablerades runt om i världen, i Stockholm redan 1910. Makarna Curie insåg själva att deras forskning skulle få viktiga tillämpningar, men de sökte inte patent på sina upptäckter då de ansåg att forskningsresultat skulle komma alla tillgodo.

Trots att Marie Curies arbete utfördes under primitiva förhållanden har resultaten av hennes arbete haft stor betydelse. Detta framgår inte minst av att hon senare, 1911, tilldelades ett andra Nobelpris, den gången i kemi för upptäckten av grundämnena radium och polonium. Hon har också tjänat, och tjänar alltjämt, som förebild för kvinnliga forskare – det är få kvinnor som nått samma höga ställning inom vetenskapen som Marie Curie.

Christina Moberg är professor em. i organisk kemi vid Kungl. Tekniska högskolan och var åren 2015–18 Kungl. Vetenskapsakademiens preses.