Французский химик Анри Беккерель исследовал в то же время флюоресценцию и фосфоресценцию. Он экспериментировал с одной из двойных солей урана (калиево-урановым сульфатом), дающей высокую флюоресценцию. Случайно он открыл, что солнечный свет не является необходимым для возбуждения «флюоресценции», или излучения, и что это явление не относится к Х-лучам. Каким образом калиево-урановый сульфат мог давать поток излучения, непрерывный и исходящий во всех направлениях? Наука того времени утверждала, что такое невозможно.
Супруги Кюри встретили открытия Рентгена и Беккереля с огромным интересом. Мари закончила свою работу в исследовательской группе профессора Липмана и искала тему для докторской диссертации. Ей была нужна лаборатория. Пьер также мечтал оборудовать по последнему слову техники большую лабораторию. Ему удалось найти для Мари старое складское помещение в Школе промышленной физики и химии, которое они оснастили под лабораторию. Многого не хватало, и, тем не менее, для начала приборов было достаточно. Лаборатория заработала. Это было счастливое время тяжелой работы, осеняемой их любовью.
Мари начала свою новую работу с повторения некоторых экспериментов Беккереля. Она измерила ионизирующую способность урановых лучей и определила, что она зависит не от уровня солнечного света или температуры, а просто от количества урана в образцах. Она выдвинула гипотезу, что «радиоактивность» (изобретенное ею слово) была атомным свойством урана. Кроме того, она задалась вопросом, почему бы этим свойством не обладать и другим элементам? Возможно, уран был не единственным из класса веществ со столь таинственным свойством. Исследуя все известные элементы, она вскоре обнаружила, что торий также испускает лучи, то есть радиоактивен. Она установила, что некоторые урановые руды более радиоактивны, чем чистый уран. Это дало ей основание предположить, что в урановой руде, полученной из урановой смолки, присутствует по крайней мере еще один неизвестный элемент. Другие ученые решили, что ее измерения, возможно, неточны. Она еще несколько раз провела испытания и утвердилась во мнении, что в урановой руде есть новый, неизвестный радиоактивный элемент. С этого момента Пьер начал понимать, что работа Мари потенциально имеет большее значение, чем его собственные исследования. Он на время отложил свою работу и присоединился к Мари.
Неизвестное вещество оказалось высокорадиоактивным, но количество его было очень мало. Поэтому работа по его выделению оказалась долгой и трудоемкой. Содержание нового радиоактивного элемента в урановой руде составляло менее одной миллионной процента. «Вскоре мы поняли, — писала Мари в своей книге «Пьер Кюри», — что радиоактивность концентрировалась в двух различных химических фракциях, и установили наличие в урановой руде по крайней мере двух новых радиоактивных элементов: полония и радия. Мы объявили о существовании полония в июле 1898 г., а радия — в декабре того же года». (Мари был 31 год.) На руках они имели лишь малые следы новых элементов в образцах урановой руды. Чтобы обеспечить достаточно убедительные доказательства для научного сообщества, требовалось намного больше руды. Им удалось приобрести несколько тонн руды у австрийского правительства по низкой цене.
«Именно в этом жалком старом ангаре мы провели лучшие и самые счастливые годы нашей жизни, посвящая все дни своей работе. Частенько мне приходилось готовить завтрак прямо там, чтобы не прерывать важный эксперимент. Иногда я проводила там целый день, мешая кипящую массу тяжелым железным прутом длиной с меня саму. В конце такого дня я валилась с ног от усталости. А другие дни, напротив, посвящались очень тонкой работе по фракционной кристаллизации, чтобы накопить радий. И тогда мне досаждала пыль от железа и угля, от которой невозможно было защитить мои драгоценные препараты. Но мне никогда не выразить радости от безмятежного спокойствия той атмосферы исследования и от волнения, сопровождающего наше продвижение наряду со скромной надеждой на еще лучшие результаты. Чувство разочарования, иногда приходившее после неудачной попытки, длилось недолго и уступало новой волне активности. У нас были счастливые моменты, когда мы спокойно обсуждали работу, прогуливаясь по ангару… Так проходили месяцы, и наши усилия, изредка прерываясь короткими выходными, приносили всё более весомые доказательства. Наша вера крепла, о нашей работе узнавали… Мне понадобилось почти четыре года, чтобы получить доказательства, удовлетворяющие требованиям химической науки, что радий действительно является новым элементом. Возможно, хватило бы и года, если бы в моем распоряжении были достаточные средства. Демонстрация, стоившая стольких усилий, стала основой новой науки о радиоактивности» (Мария Кюри, «Пьер Кюри»).
Фундаментальные изменения в физике. Физическая наука подверглась фундаментальному пересмотру в течение жизни Мари, и развитие ею новой науки о радиоактивности внесло значительный вклад в эти перемены. Физика определяется как наука, изучающая материю и энергию, а также их взаимодействие в областях механики, акустики, оптики, тепловых процессов, электричества, магнетизма, излучения, атомной структуры и ядерных явлений. Слово «атом» происходит от греческого атомос, или a (не) + temnein (резать), что означает «не разрезаемый», то есть неделимый. Существование атома как мельчайшей частицы материи было постулировано Демокритом в V веке до н.э. Однако впоследствии возобладала и доминировала в средние века точка зрения Аристотеля, заключающаяся в том, что земная сфера составлена из четырех стихий: огня, земли, воздуха и воды. Галилей (1564–1642) был не согласен с таким подходом; ему вторил Пьер Гассенди (1592–1655), французский философ и математик, который критиковал теории Аристотеля и поддерживал идею Демокрита о том, что материя состоит из мельчайших неделимых и невидимых частиц. Развитие атомной теории продолжало набирать ход благодаря работам английского химика Джона Дальтона, итальянского физика Амедео Авогадро и русского химика Дмитрия Менделеева в XIX веке. Но открытие Марией Кюри радия привело к тому, что эта теория перешла от рассмотрения твердой неделимой частицы к исследованию «позитивного ядра энергии».
