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迈耶夫人被忽视的明星

发布时间:2018-07-12 01:17:00 文章来源:未来智库    

王江山

1963年,在瑞典的斯德哥尔摩,一位名叫玛丽亚·格佩特-迈耶的女士走到台前,接受诺贝尔物理学奖。这是有史以来第二位获得诺贝尔物理学奖的女性,这位非凡的女性到底是谁?她为何能荣获这么高的荣誉?

与父亲散步的少女

格佩特家族已经有六代大学教授了—弗里德里希·格佩特有预感,自己的女儿会成为第七代。1906年6月28日,玛丽亚·格佩特出生于普鲁士,是这个家庭的独生女。从小玛丽亚就更喜欢亲近父亲,多年后她在回忆录中写道:“我父亲更有趣,他毕竟是个科学家。”小时候父亲经常带她去散步,他们踏过哥廷根大学的林荫,小玛丽亚对那些与父亲打招呼的人好奇极了,而父亲总是不厌其烦地解答她的任何问题。正是在这些充满了智力挑战的散步中,玛丽亚发展了自己对科学的爱好和好奇心,并决心在未来从事科学事业。

在20世纪初,女性的地位仍然很低。即使玛丽亚是中产阶级的孩子,被大学录取的希望也很渺茫。幸而玛丽亚在1921年进入了一个由妇女参政主义者开办的学校,在那里学习了各种课程,还提前一年参加了大学入学考试。那年参加考试的学生里有四个女生,三十个男生。然而所有的女孩都通过了测试,众多男孩中却只有一个通过了。

突如其来的“爱情”

1924年春天,玛丽亚考上了哥廷根大学,这是德国的知名学府,在物理和数学方面的学术氛围极其浓厚,汇聚了非常多的知名物理学家和数学家。虽然那时去大学读书的女性大多会选择艺术或文学专业,玛丽亚却选择了数学。机缘巧合中,某一天她参加了一个由马克斯·普朗克领导的量子力学研讨会,旁听了玻恩的课程,如拨云见日般,玛丽亚对物理学一见钟情,转而学习物理。

玛丽亚的天赋很高,成绩一直很好,即使物理学中有如此多复杂难解的困难,她还是克服了这些,在1930年参加了理论物理学博士考试。她的答辩导师阵容强悍极了,那是三位诺贝尔奖得主:马克斯·玻恩、詹姆斯·弗兰克和阿道夫·奥托·温道斯。面对着这些学术名人,玛丽亚从容不迫地展示了她的工作:研究原子吸收雙光子的理论。这一理论比较超前,当时还无法用实验验证她的成果,直到31年后,这一理论才被证实。为了纪念她对这一领域的基础性贡献,双光子吸收截面的单位被命名为格佩特-迈耶(Goeppert-Mayer,GM)。

是的,也就是在那一年,玛丽亚成了“迈耶夫人”—在大学阶段她认识了年轻的物理化学家约瑟夫·迈耶,从此他们携手开启了科学旅程。

逆境中的闪光

新婚后不久,约瑟夫被聘为美国约翰霍普金斯大学的副教授,于是夫妻二人决定迁居美国。那时候他们对这个新兴国家充满了幻想:它应该不像欧洲那般沉闷吧?然而在那里,玛丽亚仍因女性身份而被视为二等公民。尽管玛丽亚的学识无可挑剔,但因为传统的思想,她虽然先后被约翰霍普金斯大学和哥伦比亚大学聘用,却既没有得到办公室,也没有头衔,甚至没有薪水。她犹如一颗明星,却总是被保守的社会传统所遮蔽。即便如此,她仍然极尽热忱地参与科研和教学活动。

两年后,玛丽亚来到萨拉·劳伦斯学院,得到了第一个正式的有偿职位。她对科学的广泛研究很适合这所大学—她的课程突破传统,在本质上是跨学科的。那时候她已经敏锐地察觉到,核物理会是未来研究的重点。

虽然玛丽亚的前半生一直被社会传统阻碍,但物理学界还是有人看到了她的才华—著名物理学家、反法西斯斗士哈罗德·乌里,邀请她到哥伦比亚的替代合金材料实验室研究铀同位素分离。玛丽亚兼具物理和化学的知识,这对预测铀各向异性的影响非常有用。

1945年8月6日,美国向日本的长崎和广岛投下了原子弹。正在所有人欢庆战争的结束时,玛丽亚却怀着复杂的心情重新开始审视这一切。其实她很早就预见到了原子弹的可怕威力,开始对未来忧心忡忡,她曾经这样说:“人类的科学发现和发明很可能毁灭自己。”

后来玛丽亚和丈夫来到了芝加哥大学,即使她参与过举世闻名的曼哈顿工程,仍然只得到了一个无薪职位。玛丽亚自我解嘲:“我别无选择。”她隐藏起自己为国家效力的过去,安静地教授着基础物理和物理化学。然而,随着先前的秘密战争研究公开,她在芝加哥大学的威望不断提高,几乎每一堂课都有学生询问她关于原子弹或核物理的事情。人们怀着崇敬和好奇重新打量这位看似平凡的女性—她已经被遮蔽太久,但无人能掩盖她真正的光华。

新的发现

在芝加哥大学工作时,玛丽亚对“为什么某些原子核比其他原子核更稳定”的原因产生了兴趣。她列出了一份最稳定的原子核清单,发现有一些神奇的质子和中子会在特别稳定的原子核中不断出现,而这并不符合当时公认的原子核结构模型。当原子核中核子的数量为特殊值时,会产生特别稳定的构型。这些数字正是尤金·维格纳所说的神奇数字:2、8、20、28、50、82和126。

那时人们已经知道电子是成对的,每一个电子都以不同的方向旋转,但从来没有人想到质子和中子也有类似的情况。玛丽亚全身心投入这个研究,一次,在与著名物理学家恩里科·费米谈论她最近的工作时,费米忽然问她:“有任何关于自旋轨道耦合的证据吗?”

可能说者无心,但是玛丽亚立刻意识到这也许会解开谜题,她假设原子核是一系列闭合的壳层,成对的中子和质子会结合在一起。她这样描述这个想法:

想象一间满是华尔兹舞者的房间。假设他们绕着房间转了一圈,每个圈都围在另一个圈里。然后再想象一下,在每个圆圈中,你可以容纳两倍多的舞者,其中一组是顺时针,另一组是逆时针。接着再增加一个变量:所有的舞者自身也都像陀螺一样在房间里旋转,但是只有逆时针旋转的那部分舞者保持着逆时针旋转,其他的保持顺时针旋转。同理也适用于那些顺时针旋转的人,这样就可以保证“这间房子”里的力量趋于平衡。这或许就是那些稳定的原子核内正在发生的事情。

就在那天晚上,玛丽亚有如神助,很快完成了所有的计算,第二天就给出了一个新的原子核模型。

1963年她与詹森以及维格纳共同获得了诺贝尔物理学奖,以表彰他们在核壳结构方面的发现。她的研究使得人们对原子核结构有了全新的认识,标志着人类在原子核特性相互作用的研究上的重大进展。

尽管她生前被当时的社会传统阻碍,去世后也被许多科学史传记作家所忽略,但她靠着过人的才智写下了属于自己的光辉一页。迈耶夫人在教学上鼓励学生从以实践为目的的科学学习过渡到以科学好奇心为基础的终身知识之旅,在战争时期不负使命,在研究中又做出了举世瞩目的贡献。她的故事告诉我们:出身与财富不该成为判断一个人能力的标准,性别更不能。在那个女性备受歧视的年代,迈耶夫人用自己的努力与才华创造了奇迹,人们也会永远铭记她的贡献。

知识就是力量 2018年7期

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