居里先生(Pierre Curie,1859 - 1906)是谁?大多数人可能第一反应是“居里夫人(Marie Curie, née Sklodowska,1867 - 1934)的老公”。很好,虽然居里先生本人也是一位伟大的科学家,不过能以这种方式吸引女性为科学事业做出贡献也是好事。

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皮埃尔·居里和玛丽·斯克洛多夫斯卡·居里

居里夫人是第一位获得诺贝尔物理学奖的女科学家,那么你知道第二位是谁吗?她是玛丽亚·格佩特-梅耶(Maria Goeppert-Mayer,1906 - 1972),往往被称为梅耶夫人。格佩特是她的娘家姓,梅耶是她丈夫约瑟夫·梅耶(Joseph Edward Mayer,1904 - 1983)的姓。

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玛丽亚·格佩特-梅耶

2022年2月20日是梅耶夫人逝世50周年,我的朋友、应急管理大学(筹)副教授瞿立建博士写了一篇文章《破解原子核结构的“洋葱圣母”》,向大家介绍这位伟大的女科学家。

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玛丽亚1906年出生于德国,她的家庭是一个学术世家,到他父亲已经连续六代都是大学教授。玛丽亚小时候就患有头疼的毛病,这个毛病伴随了她一生。她的父亲弗里德里希·格佩特(Friedrich Göppert)是著名的儿科医生、哥廷根大学教授,但即使这样他也治不好自己女儿的病。他激励女儿说:“我已经尽力治你的病,尝试了所有的选择,但都失败了,现在已经没有了选择。但是你还有两个选择:一是做这个病的手下败将,给自己贴上病号的标签;二是坚强起来,无视疾病,正常生活。”玛丽亚选择了后者,她立志做家族第七代教授。

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弗里德里希·格佩特

二十年代,玛丽亚在哥廷根大学学习物理。当时正在爆发量子力学的革命,而哥廷根大学就是主要的策源地。她的许多老师和同学都对这场革命做出了重要贡献,例如诺贝尔物理学奖得主玻恩(Max Born,1882 - 1970)和弗兰克(James Franck,1882 - 1964)都是跟玛丽亚十分亲近的长辈,而同学们甚至能在课堂上听到海森堡(Werner Karl Heisenberg,1901 - 1976)讲昨天晚上刚刚得到的想法。

玛丽亚在哥廷根是万人迷,求交往的小伙子排成行。当时哥廷根大学的男女生比例是9比1,比中国科学技术大学的7比1还高!

最后赢得美人芳心的是美国来的约瑟夫·梅耶,昵称乔。他是加州大学伯克利分校毕业的博士,专业是化学,1928年来哥廷根大学跟随弗兰克作博士后,学习量子力学。他是玛丽亚家的房客。

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约瑟夫·梅耶

情场失意的那些人传出流言蜚语,说玛丽亚看上的是乔的敞篷跑车。其实乔的最大优势是,像玛丽亚的父亲一样,热情支持玛丽亚做学术当教授。当时的大学几乎不向女性开放职位,如当时哥廷根大学的数学和物理女教授只有一位艾米·诺特(Emmy Noether,1882 - 1935)。即便成为女教授,也没有工资,纯属用爱发电。

1929年,乔开车带着玛丽亚游览荷兰,到爱因斯坦的朋友、著名物理学家保罗·埃伦费斯特(Paul Ehrenfest,1880 - 1933)家中做客。玛丽亚滔滔不绝地讲自己的学位论文,埃伦费斯特突然打断她说:“你说得真好,写了吗?”玛丽亚回答说:“还没有。”埃伦费斯特说:“那还不快去写!你就住在客房,把提纲完成,完不成不要出来。”

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保罗·埃伦费斯特

玛丽亚进入埃伦费斯特的客房,一下子惊呆了:一面墙全是侦探小说,另一面墙全是著名科学家的传记,还有一面墙是曾经在这里住过的人的签名。玛丽亚很快完成了论文提纲,把论文的核心问题梳理清楚,在墙上签了自己的名字。玛丽亚的博士论文是一项理论工作,预言原子或分子可以同时吸收两个光子而跃迁到高能级,这个预测在六十年代激光发明之后得到验证。

1930年3月,玛丽亚获得博士学位。在德国成为女教授的希望非常渺茫,而美国的大学似乎对女性友好一些,玛丽亚决定随新婚丈夫去美国。

乔获得了约翰斯·霍普金斯大学的教职,但学校只给玛丽亚安排了一个类似研究助理的工作,工资微薄到可以忽略不计。她在物理系有一个办公的地方,可以使用大学的科研设施,还可以上课。玛丽亚承担了繁重的教学任务,教了6门课程。

在这种情况下,她和乔以及卡尔·赫兹菲尔德(Karl Herzfeld,1892 - 1978)教授合作,在用量子化学研究苯光谱方面做出了里程碑式的成果。1935年,她还提出双β衰变概念,即原子核内的两个质子同时变换成两个中子加两个正电子,或者两个中子同时变换成两个质子加两个电子。电子和正电子都是β粒子,所以称为双β衰变。

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卡尔·赫兹菲尔德

玛丽亚成就如此卓著,在霍普金斯的职位却仅仅是非全职研究助理。乔想为妻子出头,争取更好的工作待遇和环境。但玛丽亚阻止了丈夫的行动,表示能有做物理的机会,已经知足了。

玛丽亚工资最多的一年是200美元,大致相当于现在的4000美元,1935年物理系还打算取消她的薪资。赫兹菲尔德教授愤怒地向校长写信为她鸣不平,列举玛丽亚的成就和价值,要求学校给她加薪到1000美元。赫茨菲尔德的信并没有给玛丽亚带来加薪,好在保住了她当时的酬劳。

1937年,霍普金斯因为财政困难,把乔裁员了。不过芝加哥大学和哥伦比亚大学立刻送来了聘书,乔选择了哥伦比亚大学,他们北上纽约。

在哥伦比亚大学,乔的薪水比在霍普金斯翻了一倍,但玛丽亚的状况反而更糟。例如诺贝尔物理学奖获得者伊西多·拉比(Isidor Isaac Rabi,1898 - 1988)认为,女性的神经结构就天生不适合做科学,她们也可以做出好的科学,但不可能做出伟大的科学。有人给玛丽亚在物理系安排了一个办公室,物理系主任乔治·皮格勒姆(George B. Pegram,1876 - 1958)知道后,对玛丽亚说这里不欢迎你。玛丽亚自此怨恨皮格勒姆一辈子。

另外一边,化学系主任、诺贝尔化学奖得主哈罗德·尤里(Harold Clayton Urey,1893 - 1981)在化学系给玛丽亚安排了办公室,还出面帮助她获得化学讲师的职位。不过,玛丽亚在化学系也并不顺心。她可以参加学术研讨会,但不能参加会后的聚餐。渐渐地,玛丽亚连研讨会也不去了。

1941年12月,玛丽亚去一所女子大学莎拉·劳伦斯学院面试一个兼职工作。面试官问:学科学与学烧炉子一样重要吗?玛丽亚反问道:学生学会读书认字就是为读菜谱吗?

玛丽亚通过了面试,接受了科学综合课的教学工作,这是一门将物理、化学、天文等融为一体的课程。虽然她教学的水平很高超,课堂状况却比较拉胯,女生们一边织毛衣一边听课。这竟然是她平生第一个有正式薪水的工作!

很快,玛丽亚又获得一个兼职工作。尤里负责曼哈顿计划的一个子项目,邀请她参加。在这里玛丽亚展示了自己的才华,令同事们衷心佩服,在学术界建立起了声望。

二战结束后,大批物理学家加盟芝加哥大学,组建了一个研究原子核的跨学科研究所。1946年,梅耶夫妇也来到芝加哥大学。

在芝加哥大学,玛丽亚的身份是“志愿副教授”(voluntary associate professor),不久提升为“志愿教授”(voluntary professor)。志愿的意思就是没有薪水。不过这次玛丽亚在系里获得了很高的地位,成为系委员会成员,参与教职招聘、招生、学生培养等重要事务。

芝加哥大学研究生考试以难度高闻名全美,这其中就有玛丽亚的功劳。她曾说:“这里只对未来的海森堡感兴趣!”她参与考试的第一届学生中,出了4个诺贝尔奖得主、13位美国科学院院士。

玛丽亚在芝加哥大学的讲台上更加富有激情,再加上学生素质也高,讲起课来更放飞自我。玛丽亚是重度烟民,她一手拿香烟,一手拿粉笔,一边喷云吐雾一边阐述物理。讲至忘情处,粉笔当烟叼嘴里,烟当粉笔烫黑板。

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玛丽亚的高收入工作终于到来。她当年在霍普金斯的一个学生成了阿贡国家实验室理论部主任,邀请她来作全职教授。玛丽亚舍不得芝加哥大学的工作,尽管是个不发工资的工作,她只同意在阿贡做兼职教授。阿贡国家实验室同意了,并奉上不菲的薪水。

玛丽亚在阿贡国家实验室研究的重要课题,是元素起源的宇宙学模型。她整理数据时,注意到高丰度同位素的核子数有规律,核子数为2、8、20、28、50、82、126的原子核特别稳定,这些数字被称为幻数(magic number)。

学过化学的人都知道,惰性气体特别稳定是因为电子有壳层结构,惰性气体原子的电子填满了壳层,所以很难再得到或失去电子。玛丽亚由此推测,原子核也具有壳层结构。其实类似的观点以前也有人提出过,但走不下去。因为电子之间的相互作用是电磁力,这是一种长程作用,而核子之间的相互作用是短程力。短程力如何形成壳层结构?玛丽亚需要给出解释。

玛丽亚白天工作一天,晚上回家就滔滔不绝地与乔谈这一天的新思考,乔也给出自己的想法。乔是化学家,但这个问题与化学中的价电子颇有类似之处,他经常能给出富有启发性的意见。

在芝加哥大学只有一位物理学家支持她的想法,就是费米(Enrico Fermi,1901 - 1954),李政道的博士导师。玛丽亚经常与费米讨论。

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恩里科·费米

有一天,费米和玛丽亚在办公室又在讨论原子核的壳层结构问题。这时,有人过来叫费米去接电话。费米起身,走到门口,回身问道:“你有没有考虑自旋-轨道耦合?”然后匆匆去接电话。十分钟后,费米接完电话回来,发现玛丽亚像着了魔一样,哇哇地连珠炮般说个不停,声音尖锐得让费米脑仁疼。费米说:“明天你心情平静了,再解释给我听吧。”然后微笑着离开了办公室。

费米这一句话,让玛丽亚把自己的所有思考连成了一个整体——问题解决了。

在玛丽亚的理论里,原子核就像一个舞池,质子和中子是舞者,两两一组跳华尔兹。舞者自身在旋转,一对舞者共同在舞池内绕中心转大圈。舞池内有多层大圈,这就是壳层。

玛丽亚的模型成功计算出了所有幻数,下一步该写论文了。但这时玛丽亚又犯了拖延症,就像她当年拖延学位论文一样。

很快有消息传来,德国三位物理学家提出了类似的理论。玛丽亚依然不着急。乔对此觉得不可理喻,连玛丽亚在阿贡国家实验室的同事也觉得无法理解。这就是玛丽亚,谦逊、厌恶竞争,从不认为打败别人有什么价值。

终于有一天,乔把笔塞到玛丽亚手里,命令她,写!玛丽亚写完之后,让费米一起署名。费米却说:“这是你的理论,我就不署名了。”玛丽亚知道,这是费米在提携自己。如果论文上有费米的大名,自己的贡献就会被低估。

最终,德国科学家延森(Johannes Hans Daniel Jensen,1907 - 1973)等人的工作先发表,与玛丽亚的工作几乎完全一样。玛丽亚和延森没有去争优先权,反而惺惺相惜。延森给玛丽亚的信中说:“你说服了费米,我说服了海森堡,夫复何求?”玛丽亚和延森后来成为亲密的朋友和合作者,甚至传出桃色绯闻。可见,当年的万人迷依然魅力不减。

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J·汉斯·延森

1960年,加州大学圣迭戈分校(UCSD)向梅耶夫妇发出聘任邀约。芝加哥大学知道后,立即决定聘任玛丽亚为正式教授,但被婉拒。他们决定到UCSD任职。1960年,玛丽亚终于成为拿全薪的正式教授,这时距离她博士毕业已经30年了!

1963年,玛丽亚与延森以及她在哥廷根的老师维格纳(Eugene Wigner,1902 - 1995)共同获得诺贝尔物理奖,成为继居里夫人之后第二位获得诺贝尔物理奖的女性。

玛丽亚来到UCSD后没多久得了中风,左臂瘫痪了。1966年,她发表了最后一篇论文。1972年2月20日,玛丽亚·格佩特-梅耶因心脏病去世,享年66岁。

玛丽亚生在学术世家,长在科学圣地,研究成就卓著,却长达30年没能在学术机构有个正式的职位,这是时代的错误。她曾经说,女性想作科学家,必须嫁一个科学家丈夫。而乔在追求玛丽亚的时候,说支持她成为科学家,他做到了。玛丽亚的军功章有乔的一半。

以前我看杨振宁对自己论文的评论中,就提到过梅耶夫人。看完瞿立建这篇文章,才了解了梅耶夫人这波澜壮阔的一生。

玛丽亚受到过种种歧视和阻碍,也得到过许多好人的鼎力相助,如赫兹菲尔德、尤里、费米。祝女性朋友们从中受到鼓舞,涌现出更多的女科学家。也希望男性朋友们更多地支持正义事业,性别平等是对女性的解放,也是对男性的解放。最后,梅耶先生虽然没有像居里先生那样获得诺贝尔奖,但他的贡献同样值得被大家铭记。作为“梅耶夫人的丈夫”载入史册,吸引更多女性投身科学事业,这难道不也是伟大的成就吗?

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