May 4, 2025
Yi Heng Sung
This project uses the stories of historical scientists to highlight the essence of scientific inquiry—observation, reasoning, and experimentation—encouraging Taiwanese middle school students to view the world through a scientific lens. In this article, we explore the journey of one of the most renowned female scientists, Marie Curie, as she uncovered the phenomenon of radioactivity. The story also sheds light on how, in a male-dominated scientific world, she earned recognition through her achievement. Her legacy continues to inspire students to follow their curiosity, regardless of who they are.
This article tells the story of the renowned scientist Marie Curie and how she, through her research on uranium ores, designed experiments based on existing scientific knowledge to detect an invisible and intangible type of radiation. She later named this phenomenon "radioactivity," laying the foundation for modern nuclear physics. Beyond showcasing her scientific achievements, the article also highlights how she persevered in a scientific community that was deeply unfriendly to women. Through determination and excellence, she not only earned recognition but also challenged societal norms, proving that science transcends gender and advancing the cause of gender equality.
In this science history project, I was responsible for academic research and article writing. I consulted multiple international journals and professional publications in the field of science history to accurately reconstruct the historical context of Marie Curie’s discovery. I also translated complex scientific experiments into an accessible and engaging narrative that could be easily understood and appreciated by readers without a background in physics.Beyond the scientific content, I placed special emphasis on portraying Marie Curie’s struggles as a female scientist in a male-dominated field. This article not only highlights her scientific achievements, but also presents her as a role model who stood firm in her beliefs and proved her worth against all odds. Through her story, I hope to inspire students not just in science, but in life—demonstrating how determination and excellence can challenge stereotypes and promote gender equality.
Through this article, students gained a clearer understanding of the concept of radioactivity and how it was originally discovered. By exploring how Marie Curie designed experiments based on known scientific knowledge to detect an invisible and intangible form of radiation, readers were introduced to the essence of scientific research—building on previous findings, designing experiments to test hypotheses, and generating new knowledge that lays the groundwork for future discoveries.
Beyond science education, the article also highlighted the importance of gender equality in STEM. By showcasing Marie Curie’s persistence in a male-dominated scientific world, students could see that women are equally capable of making groundbreaking contributions. Her story demonstrates not only scientific brilliance but also resilience, encouraging students to hold onto their convictions even when facing adversity.
After publication, the article sparked enthusiastic responses from readers. Comments praised Curie’s extraordinary achievements, expressed admiration for her dual Nobel Prizes, and showed curiosity about her daughter Irène—another remarkable female scientist. Some even added new historical insights, further expanding the discussion. The article successfully went beyond teaching science—it inspired reflection on the values that advance human civilization and affirmed the importance of recognizing women’s contributions in science.
Copyright: LIS 情境科學教材
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在這個世界最不缺就是歧視，而性別歧視算是其中歷史相當悠久的一種。人人生而平等 (All men are created equal)，這是 18 世紀美國獨立宣言的第一句話，象徵了自由、平等的精神。But, how about women? 雖然現在可以將 men 解釋成 [人]，但是也不難看出來當時女性地位之低下，女性的權益根本不在他們討論的範疇之中 (20 世紀聯合國的人權宣言用 human 來形容人類，象徵性別平權 )。連號稱民主之母的英國，在 19 世紀時提倡的不論階級種族的選舉權也都只限定為男性。在政治界如此，科學界也是如此。在科學研究的世界一直以來都是男性的主場，即使 21 世紀的今天仍然會出現偏見的聲音，認為女性的數理邏輯能力不如男姓。然而在性別歧視仍為主流的 19 世紀末，出現一位不畏強權的科學家，用自己的實力向世界證明，人們不應該因為自己的性別而被定位或是限制。
同一時間，19 世紀末物理學的研究重心已經慢慢從巨觀的物理學轉移至微觀的物理學，開始注意起一些 「看不到」的東西。1895 年，德國物理學家倫琴在做真空管中陰極射線的實驗時，他發現電極管通電後塗有鉑氰酸鋇的紙屏正發出磷光 (phosphorescence)，而且當他把手放在紙屏與電極管中間時，紙屏上竟然出現自己的手骨的影像，他將這個射線稱為不明的 X 射線，也就是我們今天說的 X 光。一年後，法國的科學家貝克勒注意到鈾鹽也會發出產生磷光並具有穿透力的射線，但是和 X 射線不同的是，來自鈾鹽的射線是自發性的。其他會產生磷光的物質 ( 例如：硫化鋅 ) 需要照射過陽光後才會產生磷光，或是倫琴發現的X射線也需要陰極射線來產生磷光，但是鈾鹽不需要靠其他東西，自己就可以產生磷光。另外，他注意到鈾鹽發出的射線有兩個特質，它除了能讓感光底片變黑外，也能讓周圍的空氣具有導電性。貝克勒發現鈾鹽產生出的射線，會讓帶有電荷的驗電器 (gold-leaf electroscope) 的葉片閉合，而這代表此射線能夠增加空氣導電性 ( 讓驗電器中的電荷可以從空氣中流失 )。
圖│史上第一張 X 光片，倫琴發現的 X 射線可以穿過軟組織，指照出骨頭。
圖│Gold-leaf electroscope
如同滿天繁星，一顆星星的殞落也代表另一顆星星的升起。1867 年電磁王法拉第於倫敦逝世，也是在這一年，瑪麗亞 · 斯克沃多夫斯卡 - 居禮 (Maria Skłodowska-Curie, 1867-1934，文中簡稱瑪麗居禮 )，這位成為綜觀科學史上最負盛名的女性科學家，於東邊的都市華沙誕生。
圖│瑪麗居禮
瑪麗居禮出生於書香門第，她的母親是當地最好的女子學校的校長，而父親則是一位當地中學的數學與物理教師。除了家庭門風注重學習之外，瑪麗居禮的家庭不相信「女子無才便是德」，相當支持女兒們繼續在學術領域精進。瑪麗當年以優異的成績從中學畢業後，和她的姐姐布洛尼亞一樣，下定決心要出國深造。但是礙於家裡經濟狀況無法供應兩人龐大的學費與生活費，因此姊妹兩人達成協議要互相幫助籌學費，支持對方去巴黎留學的夢想。她們的計畫是瑪麗先幫姐姐賺足了學費後供姊姊去念書，等姊姊畢業後再回過頭來幫瑪莉賺學費。因此瑪麗居禮在中學畢業後，當了 8 年的家教，到處去上課賺自己的生活費以及姊姊的學費。這 8 年間，瑪麗白天到處給不同人家的孩子當家庭教師，晚上也不忘記自己留學的夢想，夜夜複習不同學科。在這樣反覆的學習過程中，瑪莉居禮決定在大學學習物理和數學。1891 年，在瑪麗居禮的姊姊成功在巴黎拿到醫學學位後，她終於實現到花都巴黎留學的夢想了。
圖│斯克沃多夫斯卡一家人，左一為瑪麗居禮
圖│瑪麗 ( 左 ) 與姊姊布洛尼亞 ( 右 )
1894 年，瑪麗居禮在 3 年內成功取得物理學和數學的大學學位，優異的表現讓當時的 Gabriel Lippmann 教授相當欣賞她，因此幫她爭取到法國民族工業促進會的研究計畫。因為這個機會，瑪麗居禮開始了在巴黎漫長但愉快的研究生活，也邂逅了人生的靈魂伴侶。這個研究計畫主要是以研究不同磁性合金材料為主，為了放置許多研究器材，瑪麗居禮因此需要更大的實驗室。正當她苦惱時，她的朋友想到一位當地的年輕科學家皮耶居禮，可能知道怎麼幫人生地不熟的瑪麗找到合適的實驗室。愛情來的太快就像龍捲風，兩人對於科學的熱情讓瑪麗與皮耶越走越近，而不可言喻的緣分也讓他們馬上就對彼此產生好感。為了抓住難得的緣分，皮耶馬上和瑪麗求婚，然而瑪麗心繫祖國波蘭，打算巴黎的工作結束後就回到祖國波蘭工作。瑪麗以為她回到波蘭後也可以到大學裡從事科學研究的工作，但是那個年代還是性別相當不平等的時代，因此她因為女性的身分被波蘭的大學拒絕於門外。最後瑪麗敵不過那繫在小指上紅線的魔力，回到法國後於1895年和皮耶居禮成婚，瑪麗正式成為大家耳熟能詳的居禮夫人。
圖│Gabriel Lippmann 教授
圖│皮耶居禮
圖│居禮夫婦一起做實驗
就在婚後的隔年，同樣身在法國的科學家貝克勒發現鈾鹽會發出類似 X 射線的神秘射線，但是這個發現在當時不太引人注目。1896 年就在貝克勒發現這個射線後，幾天後他馬上在科學會議上分享自己的發現，但是台下的其他科學家們就只是靜靜地聽完他熱情地分享，並沒有人對這個發現抱持什麼興趣。雖然貝克勒確實發現了這個鈾射線的一些特質 ( 例如增加空氣導電性等 )，但是可能因為這個發現當時並沒有引起什麼注意，他也默默地退出這個研究領域。一年後，瑪麗居禮打算繼續攻讀博士學位，正當她在煩惱研究主題時，她想到這個被遺忘的神秘射線。她認為這個鈾射線確實和過去已知的射線都不同，是相當值得研究的主題。因此瑪麗居禮決定以這個主題作為她的博士研究，而傳說也就此開始。
根據貝克勒的研究，瑪麗居禮已經知道鈾和鈾的化合物都會產生一種特殊射線。而當她想比較鈾和鈾的化合物所產生的射線強度時，卻沒有可以使用的工具。瑪麗居禮發現目前只有工具可以觀察到射線的 「存在」，並沒有可以量化「測量」這種射線強度的工具。因為這種射線肉眼不可見，根據貝克勒的研究，當時他透過底片和驗電器 (gold-leaf electroscope) 來觀察到射線，例如底片會因為射線而變黑，而驗電器會因為射線而閉合。但是這兩種方法都不夠精確，無法量化射線強度，因此瑪麗需要更精準的工具，來測量來自鈾鹽的射線強度。
瑪麗居禮聯想到在貝克勒的研究中提到，這種射線除了能使底片變色外，也能夠提升周圍空氣的導電度，這代表當射線越強，會有空氣分子的導電性也會越強，因此她覺得可以透過測量空氣的導電程度來區分射線的強度。因此瑪莉居禮認為因為這種射線增加空氣分子的導電性，所以當放射線越強，空氣分子的導電性就越強，因此空氣的導電性就代表射線的強度。
雖然想到了可以透過檢測空氣的導電度來看射線的強度，但是瑪麗居禮想要往下設計實驗驗證她的想法，卻發現目前也沒有工具可以量化空氣導電度的檢測儀器。因為空氣本身的導電性非常差，即使因射線增加了導電性，空氣能傳導的電流量仍非常微小。而當時的驗電器雖然能測量到電荷的有無，但是卻無法精準的測量極微小的電流。
俗話說，成功的男人背後都有一位偉大的女人，這句充滿性別歧視的俗語其實也可以反過來說，成功的女人背後也都有一位偉大的男人。瑪麗居禮聯想到她先生皮耶居禮，曾在 10 年前與他哥哥一起開發過壓電器。這個壓電器可以透過擠壓或伸長晶體 ( 例如石英 ) 後而產生固定的微小電流。這代表可以透過壓電器來產生固定的電，讓每一次實驗的電都被控制的一樣。瑪麗之後又聯想到，因為放射性物質可以讓空氣傳導的電很少，需要花很多時間才能透過空氣把電傳導掉，這代表可以透過計算放射性物質導電花了多少時間傳導電，來計算出放射性物質讓空氣增加的導電性多寡，並進一步知道放射性物質的強度。
因此，瑪麗居禮認為因為皮耶發明的壓電器可以產生固定的微弱電流讓每一次的實驗電流都固定，並且因為放射性物質傳遞電需要花很多時間，可以透過計算花了多少時間來傳遞電，所以如果用皮耶發明的壓電器來產生固定的電流，並且用不同的放射性物質來把這些固定的電透過空氣傳導掉，那麼只要觀察放射性物質需要多少時間才能把固定的電傳導完畢，就可以知道這些放射性物質的強弱了！
圖│皮耶居禮與兄長一起明的壓電靜電計 (piezoelectric electrometer)
如果瑪麗居禮的假設成立，當空氣導電性因為射線而增強時，那麼不同放射性物質把壓電器產生的電流傳導掉所需要的時間，應該會有所不同，進一步可以推測出放射線的強度差異。
圖│瑪麗居禮在 1898 年的實驗中使用的設備示意圖，在 B 金屬板上放置欲測量的物質，射線所增加的空氣導電性會產生微小電流。Q 為皮耶居禮發明的壓電靜電計中所使用的石英。
首先，瑪麗居禮將壓電器 (Piezoelectric Crystal) 與可以放入放射性物質的裝置 (ＳSample Ionization)，一起接在靜電檢測計 (Quadrant electrometer) 上，並將砝碼放在壓電器上 (weight)，壓電器因此能夠產生固定的電，並進一步讓靜電檢測計上的指針 (mirror) 產生偏轉 (light spot)。
接著，瑪麗居禮再將放射性物質放入用來裝放射性物質的裝置內兩個金屬板的中間，讓兩個金屬板之間的空氣可以開始導電，並讓原本從壓電器產生的電開始從裝放射性物質的裝置逐漸洩漏掉，最後因為電被傳導掉，靜電檢測計上的指針 (mirror) 會逐漸偏轉回原點 (light spot)。
最後，瑪麗居里在拿起鐘錶計算不同放射性物質，讓靜電檢測計上的指針轉回原點 ( 也就是放射性物質把壓電器產生的電全部傳導掉 ) 所需要的時間。瑪麗居里觀察到純鈾金屬把全部電傳導掉所需要的時間，大約是鈾的硫化物所需要的時間的三分之一，而根據他的計算後發現這兩個物質內鈾的質量正好也是差三倍。因此，依照實驗結果與假設，瑪麗居禮提出射線的強度可以透過這種方式和儀器來測量。
1898 年，瑪麗居禮首次將這種會放出特殊射線的性質稱為放射性 (radioactive)，而這種特殊射線我們現在稱之為放射線。1896 年貝克勒發現未知的類 X 射線開始到居禮夫婦的投入，不到 10 年間就有許多重大發現。瑪麗居禮透過她設計的這個儀器繼續研究放射線，她除了發現了當時已知元素釷 (Th) 也具有放射性外，於 1898 年從天然鈾礦中發現其放射強度，比礦物內部含有的鈾金屬所應該產生的放射強度還要強。因此瑪麗居禮透過定性分析的方式，將不同化合物從礦石中分離出來，她將每一次分離出來的物質都放入這個放射強度檢測儀器中，將仍然具有放射性的物質繼續進行定性分析。最後她在這個天然鈾礦中分別發現了兩種新放射性元素釙 (Po) 和鐳 (Ra)，而且放射強度比鈾強上非常多倍。瑪麗的研究吸引了科學界的目光，因此於 1903 年，倫敦的皇家學會邀請居禮夫婦到英國演講有關放射線的研究，可惜當時充斥著性別歧視，因此最後只有皮耶上台演講，而瑪麗因為女性的身份被拒絕於講台之外。
但是皇天不負苦心人，因為放射線與放射性元素的發現是科學史上相當重要的一步，所以當時諾貝爾獎委員會想要將物理學獎頒給對放射線研究有共貢獻的科學家。起初，獲獎的人只有貝克勒和皮耶居禮，唯獨遺漏了貢獻不比其他兩位少的瑪麗居禮。但是好在當時一位支持女權主義的科學家的溝通下，讓女性科學家的貢獻不被埋沒，瑪麗也因此受到她應有的待遇。1903 年，瑪麗居禮因為放射線的研究和發現兩個新的放射性元素，和貝克勒和皮耶居禮共同榮獲該年的諾貝爾物理學獎，成為第一位獲得諾貝爾獎的女性，女性科學家的成就終於被廣泛的承認。瑪麗並沒有因此殊榮而停下腳步，她耗費數年終於成功將鐳從礦石中提煉出來，因此於 1911 年得到諾貝爾化學獎，她也是第一位獲得兩座諾貝爾獎的得獎者。
瑪麗居禮的研究對科學界的影響巨大，放射線的發現可以說是現代物理的基礎。紐西蘭物理學家拉賽福使用了類似瑪麗居禮設計的放射強度檢測儀器，將鈾鹽蓋上不同厚度的鋁箔後，發現鈾鹽的放射線有兩種不同的穿透力，他把這穿透力弱的稱為 α 射線，強的稱為 β 射線 。因為 α 射線的發現，1909 年在拉賽福的指導下，他的兩位學生於進行了著名的拉賽福散射實驗，用 α 射線射擊金箔後發現大多數的粒子直接穿透金箔只有幾個粒子出現角度偏差，因此推測出原子的質量分布，進一步提出拉賽福原子模型理論，開啟了物理學的新篇章。另外，1917 年拉賽福將 α 射線射入空氣，導致氮原子的其中一顆質子被擠出來後變成氧原子，成為歷史上第一次人為的核反應，而後來的原子彈的開發和核能發電都起源於拉賽福發現的 α 射線。β 射線雖然沒有像 α 射線這麼多具有影響力的故事，但是 β 射線卻在我們的日常生活中有許多應用。除了日常生活中常見的夜光手錶是利用元素氚 (T) 所產生的 β 射線來發光以外，製紙工業中就常使用 β 射線來控制生產出來的紙的厚度，因為 β 射線在穿透物質時部分會被物質吸收，所以工廠就可以利用測量 β 射線在穿透紙後的強度來檢測紙的厚度是否適中。
圖│紐西蘭科學家拉賽福
瑪麗居禮身為女性平權的先驅，不因為自己身為女性就自怨自艾，即使因為女性的身份吃了許多次閉門羹，但是她用實力說話，讓這個充滿歧視的社會也不得不認可她的能力與貢獻。曾經，波蘭的大學因為性別因素不讓她任職，但自從得到第一座諾貝爾獎後就沒有人敢忽視她在科學上的成就，瑪麗也因此於 1906 年成為巴黎大學有史以來第一位女教授。瑪麗居禮勇敢向前的背影鼓舞了這近 100 年來無數的女性，往近一點來說，她的女兒伊雷娜也成為科學家，於 1935 年與丈夫共同獲得諾貝爾化學獎；她的孫女 Hélène 為法國的核子物理學家，曾在祖母的母校巴黎大學擔任核子物理學的教授。瑪麗居禮的故事不只鼓勵了她身邊的人，她的故事在她過世將近 90 年後的今天仍持續激勵著當代女性，2009 年在一項英國的調查中，瑪麗居禮仍是民眾心中最鼓舞人心的女性科學家。
圖│伊雷娜·約里奧-居禮，瑪麗居禮的女兒
圖│Hélène Langevin-Joliot，瑪麗居禮的孫女
居禮夫人，是我們熟悉的名稱，但是瑪麗居禮從來都不是誰的附屬。她靠自己的實力在充滿男性的科學界闖蕩，靠自己的努力反轉世上對於女性的歧視與偏見，並成功在科學史上深刻的留下了自己的名字，瑪麗居禮。
圖│巾幗不讓「鬚」眉，瑪麗居禮與其他男性科學家 (1911 年首屆索爾維會議，前排右二為瑪麗居禮；後排右四為拉賽福；後排右二為愛因斯坦 )
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