原子核里的女性身影

長庚大學(xué)通識中心物理科 邱韻如

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原子核里的女性身影

長庚大學(xué)通識中心物理科 邱韻如

該文簡要介紹幾位核物理女科學(xué)家的成長與成就，這是作者在應(yīng)邀紀(jì)念居里夫人的相關(guān)演講及科普推廣活動時所建構(gòu)的教材，藉此提出一些對物理教學(xué)、性別平等議題及科普閱讀等方面的啟示。

核物理 女科學(xué)家 物理教學(xué) 科普閱讀 性別平等

1 緣起

1911年，拉塞福(Rutherford, 1871~1937)發(fā)現(xiàn)原子核，居里夫人(Maria Curie,1867~1934)再度獲得諾貝爾獎；作者從拉塞福、居里夫人及311日本核災(zāi)出發(fā)，分為核物理、核物理人、核物理與生活等三大部分，組織成“核物理一百年”這個主題[1]，透過教學(xué)活動及網(wǎng)站[2]，向這二位大師在100年前對原子核的開創(chuàng)性研究致敬。

2011年同時是“國際化學(xué)年”，島內(nèi)外的許多單位紛紛舉辦一系列活動，紀(jì)念國際化學(xué)會聯(lián)盟成立100周年以及女科學(xué)家居里夫人獲得諾貝爾化學(xué)獎100周年。作者在應(yīng)邀國內(nèi)化學(xué)年推廣單位及女科技人學(xué)會舉辦的紀(jì)念居里夫人的相關(guān)演講及科普推廣活動時，以“核物理一百年”主題教材里的核物理人的相關(guān)內(nèi)容出發(fā)，進一步發(fā)展出“原子核里的女性身影”這個單元。

圖1 核物理一百年教材架構(gòu)

2 原子核里的女性身影

2.1 居里家族一門數(shù)杰

居里夫人是一位在科學(xué)上有空前成就的女性，但絕大多數(shù)學(xué)生僅知道她是女性及鐳的發(fā)現(xiàn)者，對于發(fā)現(xiàn)鐳的過程及其它事跡則幾乎一無所知，更遑論知道她的先生、女兒、女婿等的科學(xué)成就。

2.1.1瑪麗遇見皮耶

瑪麗居里出生于波蘭華沙，中學(xué)畢業(yè)后，因為是女性而不能進入俄羅斯或波蘭的大學(xué)就讀。瑪麗和姐姐都想繼續(xù)求學(xué)，于是瑪麗工作賺錢，讓姊姊先到巴黎求學(xué)，數(shù)年后在姐姐的經(jīng)濟支持下前往巴黎索邦大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理，后來取得物理及數(shù)學(xué)2個碩士學(xué)位，成為該校第一位女性講師。

圖2 原子核里的女性身影之四位女主角

她在索邦結(jié)識了皮耶居里(Pierre Curie,1859~1906)，并結(jié)為夫妻。皮耶在認(rèn)識瑪麗之前，在科學(xué)上已有許多成就，他和哥哥(Jacgues Curie)研究晶體受熱時的現(xiàn)象，開啟了壓電現(xiàn)象(Piezoelectricity)這個新的研究領(lǐng)域。瑪麗測量輻射所使用的靜電計，就是皮耶發(fā)明的。

1898年春，皮耶?dāng)R下自己原先的研究，和瑪麗一起合作。同年7月，居里夫婦發(fā)現(xiàn)一種放射強度比鈾強數(shù)倍的新元素，以波蘭命名為釙(Polonium)。12月，居里夫婦又再度發(fā)現(xiàn)一種放射性更強的新元素，以輻射命名為鐳(Radium)。

接下去四年，居里夫婦從8噸瀝青鈾礦中提煉出0.1公克的氯化鐳。他們在破舊的實驗室攪動一桶桶滾燙的瀝青鈾礦渣，以及用上千個蒸發(fā)皿一次又一次將鐳純化的過程，可以從電影《居里夫人》(1943年)里獲得深刻的印象。

1903年，瑪麗通過博士論文口試成為全世界第一位女博士。這一年年底，居里夫婦和貝克勒爾共同獲得1903年諾貝爾物理學(xué)獎，表彰他們對輻射性的探討。居里夫人是第一位獲諾貝爾獎的女性。

皮耶意外過世后，瑪麗繼續(xù)從事研究。1911年，居里夫人因成功分離出鐳而獲諾貝爾化學(xué)獎，是第一位得到二次諾貝爾獎的科學(xué)家。

2.1.2居里夫人的女兒、女婿與孫女

居里夫人有兩個女兒，大女兒伊雷娜(Irene Joliot-Curie, 1897~1956)和小女兒伊芙(Eve Curie,1904~2007)。世人對居里夫人耳熟能詳，除了她的科學(xué)成就外，更是在于伊芙寫了一本傳記[3]，藉由書籍無遠(yuǎn)弗屆的傳播的力量讓世人認(rèn)識居里夫人的一生及其理念。

大女兒的夫婿約里奧(Frederic Joliot-Curie,1890~1958)于1925年擔(dān)任居里夫人的特別助理，他與伊雷娜結(jié)婚后，兩人同時將他們的姓氏更改為約里奧-居里。他們一起合作研究原子結(jié)構(gòu)與相關(guān)射線。1932年，他們兩度與諾貝爾獎失之交臂，一次是錯失發(fā)現(xiàn)中子，一次是發(fā)現(xiàn)正子。

他們用居里夫婦發(fā)現(xiàn)的釙所產(chǎn)生的α射線轟擊鈹、鋰、硼等元素，發(fā)現(xiàn)一種穿透性非常強的輻射，卻誤判為伽馬射線。1932年1月，拉塞?？吹剿麄兊膶嶒灲Y(jié)果，非常驚訝，他要學(xué)生查兌克(Chadwick,1891~1974)深入探討，進一步確立是一種新的粒子——中子。查兌克因發(fā)現(xiàn)中子而獲得1935年諾貝爾物理學(xué)獎。

約里奧居里夫婦用云霧室研究中子，又發(fā)現(xiàn)有不尋常的現(xiàn)象，彷佛是帶正電的電子，但他們不知道那是一種新粒子。1936年的諾貝爾物理學(xué)獎，頒給了發(fā)現(xiàn)正子的安德森(Anderson,1905~1991)。

夫妻倆繼續(xù)進行實驗，終于因為發(fā)現(xiàn)人工放射性而獲得1935年諾貝爾化學(xué)獎，并與查兌克同臺領(lǐng)獎！伊雷娜是繼居里夫人之后，第二位領(lǐng)到諾貝爾獎的女性。在發(fā)現(xiàn)人工放射性之前，可用于醫(yī)學(xué)及科學(xué)研究的放射性物質(zhì)均屬于天然產(chǎn)生的，現(xiàn)在可用人工的方法產(chǎn)生不同種類的新放射性同位素，其影響不可謂不大。

約里奧是愛因斯坦寫給羅斯?？偨y(tǒng)的信件中所提及主導(dǎo)鏈瑣反應(yīng)的科學(xué)家之一，1937年，約里奧成功利用鈾和重水發(fā)展可控核裂變的核反應(yīng)實驗。在第二次世界大戰(zhàn)期間，約里奧居里夫婦協(xié)助搶運重水到英國，導(dǎo)致德國雖控制了法國和挪威，卻無重水可用于發(fā)展原子彈。二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以后，約里奧致力于建造法國第一座核反應(yīng)器。

約里奧居里夫婦的一對兒女也是著名科學(xué)家，女兒海蓮娜目前仍在世，研究的領(lǐng)域也是核物理。

2.1.3諾貝爾獎拍檔

截至2011年止，諾貝爾獎得主出過6對父子檔，還有1對父女檔、1對母女檔和3對夫妻檔。其中，伊雷娜在上述父女檔、母女檔和夫妻檔，都是得獎人之一。

2.2 德國的居里夫人：麗莎麥特娜

被愛因斯坦稱為是德國的居里夫人的麗莎麥特娜(Lise Meitner,1878~1968)，一直是居里母女強勁且可敬的對手。

2.2.1不平等的待遇

麥特娜出生于奧地利，父母親都各有一半的猶太血統(tǒng)。在當(dāng)時，奧地利的女孩只能受教育到14歲，之后她們要學(xué)習(xí)家務(wù)為結(jié)婚生子做準(zhǔn)備。麥特娜14歲之后因此無法繼續(xù)就學(xué)，直到1899年，奧地利才讓有意上大學(xué)的女性都可以透過參加考試的途徑達成心愿。麥特娜從1898年起(20歲)，開始以家教課來補足高中課程，在兩年之后通過考試拿到高中文憑，并進入維也納大學(xué)就讀，并于1905年底通過博士論文，成為維也納第二位物理女博士。麥特娜非常崇拜居里夫人，但1907年申請到居里夫人實驗室做研究卻因故被婉拒，而改到柏林大學(xué)。

當(dāng)時德國的許多城市，從1900年起已準(zhǔn)許女生上大學(xué)，但1907年的柏林(屬于普魯士王國)仍禁止女子上大學(xué)，因此麥特娜只能待在地下室，不能到樓上實驗室，也不能到講堂聽課，甚至也沒有女廁所可用，必須要跑去8條街之外的餐館才能上廁所。她很想聽課，有時只能偷偷躲在樓上教室的座位底下聽課。到了1908年，也就是麥特娜到柏林之后的一年半，普魯士才改變政策讓女生念大學(xué)，學(xué)校修建了女廁所，麥特娜終于可以光明正大上樓走進一向只有男同學(xué)使用的教室。

化學(xué)家哈恩(Otto Hahn,1879~1968) 曾在加拿大就教于拉塞福，經(jīng)拉塞福介紹，哈恩愿意與麥特娜合作，但系主任不愿意對女性開放門戶，在哈恩的積極爭取下，系主任讓步，以位于地下室舊木頭工廠改裝的實驗室讓哈恩和麥特娜共同使用。

在他們兩人合作發(fā)表了幾篇實驗報告及論文之后，系主任把原本工廠旁邊的兩個房間也讓給他們做實驗。麥特娜透過哈恩認(rèn)識了柏林其他的物理學(xué)家并參加他們的討論會，她的努力及能力逐漸受到重視。1913年，哈恩與一位藝術(shù)系的學(xué)生結(jié)婚，木頭工廠的歲月宣告結(jié)束，麥特娜則終身未婚。

2.2.2第一次世界大戰(zhàn)

1914年第一次世界大戰(zhàn)開打，俄英法一邊，奧地利、匈牙利和德國則是另一邊。屬于法國的居里夫人母女，帶著小居里上戰(zhàn)場為士兵照X光，在德國的麥特娜也同樣上戰(zhàn)場擔(dān)任X光護士，為祖國奧地利貢獻。

2.2.3與居里夫人碰面

1910年，麥特娜參加在布魯塞爾舉行關(guān)于鐳的國際研討會，終于遇到久仰其名的居里夫人。麥特娜登記的生日為1878年11月17日，但她的畢業(yè)證書卻誤植為11月7日，剛好和居里夫人同一天生日，麥特娜寫的書、論文及身后悼文的生日都是11月7日，愛因斯坦還稱她為德國的居里夫人！

1933年的第七屆索爾威物理會議，是首次以核物理為主題的會議，與會的都是當(dāng)時知名的科學(xué)家，如波耳、費米、約里奧、包利、拉塞福、海森堡、朗之萬等以及三位女科學(xué)家，居里夫人、伊雷娜居里和麗莎麥特娜。會議中，約里奧-居里夫婦發(fā)表題為“以α射線撞擊原子產(chǎn)生具有穿透性的輻射”，在報告中敘述了他們意外發(fā)現(xiàn)的中子和正子，引起了非常熱烈的討論。

圖3 1933年10月在布魯塞爾的第七屆索爾威大會，有三位女科學(xué)家出席：伊雷娜居里(前排座左二)、瑪麗居里(前排座左五)及麥特娜(前排座右二) 。

2.2.4逃難

1933年，希特勒上臺以后，猶太人開始受到迫害，麥特娜的國籍是奧地利，并未受到立即迫害而繼續(xù)留在柏林，但卻收到無權(quán)在柏林大學(xué)教書，也不得在德國發(fā)表文章、授課及參加科學(xué)會議的通知。

1938年奧地利被并吞，麥特娜瞬間變成德籍猶太人。隔年，她在朋友的幫助下，逃離德國抵達瑞典的斯德哥爾摩，在諾貝爾研究所工作，并在這一年想出了核分裂理論，原子彈終結(jié)二次大戰(zhàn)后，她被媒體冠上原子彈之母的頭銜而受到了矚目。

2.2.5諾貝爾獎沒她的份

她跟哈恩因發(fā)現(xiàn)元素鏷(pa)，兩度被提名諾貝爾化學(xué)獎，但均落榜。1945年，哈恩因證實重核裂變而獨得諾貝爾化學(xué)獎，卻沒她的份。之后她又三次被提名諾貝爾物理獎，但都未獲獎。盡管如此，她的科學(xué)研究受到肯定，1991年，麥特娜的半身塑像立于德國博物館的榮譽廳，是該館自1903年設(shè)立此廳以來的第一位女性。1992年，周期表第109號元素以她命名。

2.3 第二位獲得諾貝爾物理獎的女性科學(xué)家：邁耶夫人

1963年諾貝爾物理學(xué)獎頒給提出原子核殼層模型，被稱為邁耶夫人的戈佩特邁耶(Maria Goeppert-Mayer, 1906~1972)，是繼居里夫人之后第二位拿到諾貝爾物理獎的女性科學(xué)家。

2.3.1在學(xué)術(shù)環(huán)境下成長的教授之女

瑪麗亞從小在哥廷根大學(xué)附近居住，她父親是家族中的第六代教授，是小兒科醫(yī)學(xué)教授，生活環(huán)境充滿了大學(xué)生、教授、學(xué)者，其中包括費米、海森堡、狄拉克和包利等未來的諾貝爾獎得主。1924年，她通過考試進入哥廷根大學(xué)，當(dāng)時全校只有不到十分之一是女學(xué)生。1930年1月瑪麗亞與邁耶博士(Joseph Mayer,1904~1983)結(jié)婚，3月完成博士學(xué)位后移居到邁耶的祖國美國。女兒瑪莉安和兒子彼得分別于1933和1937年出生。

2.3.2只能擔(dān)任非正式或無給職的職務(wù)

1931年到1939年在約翰·霍普金斯大學(xué)、1940年到1946年在哥倫比亞大學(xué)，之后則是在芝加哥大學(xué)，這些年戈佩特邁耶的教學(xué)與研究都相當(dāng)受到肯定，但受限于性別歧視以及嚴(yán)格避免裙帶關(guān)系的規(guī)定，在這些她丈夫任職的學(xué)校都是擔(dān)任非正式或無給職的職務(wù)。1950年代前后，戈佩特邁耶與被稱為氫彈之父的泰勒(Teller,1908~2003)一起研究光學(xué)問題，其研究結(jié)果被應(yīng)用到設(shè)計第一顆氫彈。

2.3.3獲得1963年的諾貝爾物理獎

1949年，她提出了解釋原子核殼層結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，1963年，她與延森(Jensen)和維格納(Wigner)共同獲得諾貝爾物理獎。

2.3.4身后榮耀

戈佩特邁耶過世后，美國物理學(xué)會設(shè)立了以之命名的獎項，頒給杰出的年輕女性研究者，芝加哥大學(xué)每年頒獎給杰出年輕女性科學(xué)家或工程師，加州大學(xué)圣地亞哥分校則每年舉辦瑪麗亞戈佩特邁耶座談會，聚集女性研究者一同討論現(xiàn)代科學(xué)。金星上的一個火山口也是她來命名。

3 教學(xué)上的啟示與教材的延伸

3.1 軟化與活化課本上的生硬知識

透過這些人物故事，可以讓課本上生硬的物理知識軟化與活化，引起學(xué)生閱讀相關(guān)的書籍文章，并從這幾位女科學(xué)家的工作與核物理的相關(guān)發(fā)展，增進背景知識及對相關(guān)物理知識的認(rèn)識。

3.2 性別平等議題探討

在那樣的時代，這幾位女性科學(xué)家因性別而受到許多不平等待遇，她們求學(xué)就業(yè)的過程如此不順?biāo)?，研究的環(huán)境處處受限，卻阻擋不住她們對科學(xué)研究的執(zhí)著與熱情。

所謂的性別平等，并非硬要女性作男性的事，或反過來要求男性做女性的事，而是互相尊重、相互支持、互相體諒，讓每個人都能發(fā)揮他們的所長，不因性別而受到不該有的限制。不讓女性上大學(xué)是性別不平等，在歐洲各國準(zhǔn)許女性上大學(xué)之后的數(shù)十年之后，女性才爭取到投票權(quán)，伊雷娜甚至為此從政，并做了許多努力。

除了終身未婚的麥特娜之外，居里母女與邁耶夫人等三位女科學(xué)家都結(jié)婚生子，不因為人妻人母的角色而放棄科學(xué)研究，也不因科學(xué)研究而忽略家庭。她們的先生，一直都扮演鼓勵與支持她們的角色。她們的故事，是非常有意義的性別平等探討題材。

3.3 戰(zhàn)爭與和平

原子核物理的發(fā)展與原子彈的發(fā)展息息相關(guān)。第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)時，居里母女及麥特娜雖然分屬敵對的兩方，但不約而同的赴前線以X光來幫助傷兵。二次大戰(zhàn)期間，她們的科學(xué)研究甚至促進了原子彈、氫彈的發(fā)展。在那樣的時代，科學(xué)家們面對愛國、戰(zhàn)爭與和平的掙扎與省思，也是值得探究的議題。

3.4 科普閱讀與人文情懷

除了居里夫人之外，對主修物理與化學(xué)領(lǐng)域的人來說，幾乎未曾聽過其它女科學(xué)家，許多學(xué)生甚至對居里夫人的事跡也所知不多。作者透過科普活動，帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識這些女科學(xué)家，學(xué)習(xí)她們的精神，并鼓勵學(xué)生閱讀相關(guān)書籍[4～6]。

閱讀如同一扇通往古今中外的門，透過閱讀科學(xué)人物傳記或科學(xué)史，學(xué)生可以感覺這些科學(xué)家栩栩如生的在眼前，甚至感覺到他們也和我們在對話呢！透過了解科學(xué)大師們的工作、生活與軼聞，對他們的人生觀、生活經(jīng)歷以及探究科學(xué)的過程與心路歷程能感同身受。

3.5 周期表里的科學(xué)家

周期表里的96號元素(Cm,鋦)及109號元素(Mt)分別紀(jì)念居里夫人及麥特娜。43號(Tc,鎝)、75號(Re,錸)、85號(At,砹)、87號(Fr,鈁)等元素的發(fā)現(xiàn)，也都與女科學(xué)家有關(guān)。除此之外，周期表上還可以找到許許多多科學(xué)家的身影與許多故事，例如拉塞福、費米、西博格、勞倫茲、愛因斯坦、波耳、倫琴、門得列夫、諾貝爾、哥白尼等等，可以推薦給學(xué)生閱讀[7]。

3.6 其它女科學(xué)家

在原子核物理領(lǐng)域，還有許多女科學(xué)家孜孜不斷的耕耘。其中值得一提的是被稱為“中國居里夫人”的華裔女科學(xué)家吳建雄(Chien-Shiung Wu，1912~1997)，今年(2012年)正好是她的百年冥誕。她以實驗證實了楊振寧與李政道的理論，卻沒有和楊李二位同獲諾貝爾物理獎。她在制造原子彈的“曼哈頓計劃”中解決了重要的關(guān)鍵問題，被譽為“原子核物理的女王”，她一生獲獎無數(shù)，已被公認(rèn)為世界最杰出的物理學(xué)家之一。

4 結(jié)論

學(xué)生在課本上及學(xué)校教育里，往往只是學(xué)到片段的知識。透過科普活動的介紹及閱讀，讓學(xué)生認(rèn)識與原子核物理發(fā)展有關(guān)的人事物，尤其是這些女科學(xué)家在那樣對她們不友善的環(huán)境里，仍然不屈不撓的努力，她們堅持理想而贏得尊敬的過程，能帶給學(xué)生許多啟發(fā)。

掌握時機，配合年度時事或特定日子，建構(gòu)主題教材，設(shè)計相關(guān)教學(xué)活動，可以讓教學(xué)雙方的背景知識與學(xué)習(xí)視野都能成長，既可帶入學(xué)習(xí)的新鮮感、啟發(fā)學(xué)生，也可增進教師發(fā)展教材教法的能力。

本文的教材內(nèi)容及架構(gòu)是作者透過互動教學(xué)、廣泛閱讀、活動推廣等方式逐漸建構(gòu)出來的，內(nèi)容僅供參酌。教材是死的，教法則是活的，每位教師可針對自己的興趣、專長、教學(xué)時數(shù)及學(xué)生的知識背景，配合適切的教法，發(fā)展適合的教材，提升學(xué)生的科學(xué)人文素養(yǎng)，也讓教師自己在教學(xué)上不斷的有所成長。

[1] 邱韻如. 掌握時機建構(gòu)主題教學(xué)～核物理一百年[J]. 物理雙月刊, 2012, 34(3): 97-102.

[2] 邱韻如. 核物理一百[EB/OL]. http://memo.cgu.edu.tw/yun-ju/ CGUWeb/SciTheme/NuclearYeay100/HomeNPY.htm

[3] Curie,Eve(1937)：Madame Curie. Translated by Vincent Sheean. Doubleday, Doran & Company, inc. in Garden City, N.Y .

[4] Giroud, F. 伊萍譯. 居禮夫人——寂寞而驕傲的一生[M]. 天下文化出版社, 1991.

[5] Goldsmith, B.方祖芳譯. 偏執(zhí)的天才——女人、科學(xué)家、居禮夫人[M]. 時報出版社, 2006.

[6] Kerner, C. 楊夢茹譯. 寂靜的裂變：德國的居禮夫人麗莎·麥特能的一生[M]. 正中書局, 2003.

[7] Kean, S. 楊玉齡譯. 消失的湯匙[M]. 大塊文化出版社, 2011.

邱韻如，任教于長庚大學(xué)通識中心物理科