邁耶夫人：被忽視的物理學家

王江山

1963年，在瑞典的斯德哥爾摩，一位名叫瑪麗亞·格佩特-邁耶的女士走到臺前，接受諾貝爾物理學獎。作為第二位獲得諾貝爾物理學獎的女性，她為何能獲得這么高的榮譽？

與父親散步的少女

格佩特家族已經(jīng)有六代大學教授了，弗里德里希·格佩特有預感，自己的女兒會成為第七代。1906年6月28日，瑪麗亞·格佩特出生于普魯士，是這個家庭的獨生女。從小瑪麗亞就更喜歡親近父親，多年后她在回憶錄中寫道：“我父親更有趣，他畢竟是個科學家?！毙r候父親經(jīng)常帶她去散步，他們踏過哥廷根大學的林蔭，小瑪麗亞對那些與父親打招呼的人好奇極了，而父親總是不厭其煩地解答她的任何問題。正是在這些充滿了智力挑戰(zhàn)的散步中，瑪麗亞發(fā)展了自己對科學的愛好和好奇心，并決心在未來從事科學事業(yè)。

在20世紀初，女性的地位仍然很低。即使瑪麗亞是中產(chǎn)階級的孩子，被大學錄取的希望也很渺茫。幸而瑪麗亞在1921年進入了一個由婦女參政主義者開辦的學校，在那里學習了各種課程，還提前一年參加了大學入學考試。那年參加考試的學生里有四個女生、三十個男生。然而所有的女孩都通過了測試，眾多男孩中卻只有一個通過。

突如其來的“愛情”

1924年春天，瑪麗亞考上了哥廷根大學，這是德國的知名學府，匯聚了非常多的知名物理學家和數(shù)學家，在物理和數(shù)學方面的學術(shù)氛圍極其濃厚。雖然那時去大學讀書的女性大多會選擇藝術(shù)或文學專業(yè)，瑪麗亞卻選擇了數(shù)學。機緣巧合中，某一天她參加了一個由馬克斯·普朗克領(lǐng)導的量子力學研討會，旁聽了玻恩的課程，如撥云見日般，瑪麗亞對物理學一見鐘情，轉(zhuǎn)而學習物理。

瑪麗亞的天賦很高，成績一直很好。在1930年參加理論物理學博士考試時，她的答辯導師陣容強悍極了，那是三位諾貝爾獎得主：馬克斯·玻恩、詹姆斯·弗蘭克和阿道夫·奧托·溫道斯。面對著這些學術(shù)名人，瑪麗亞從容不迫地展示了她的工作：研究原子吸收雙光子的理論。這一理論比較超前，當時還無法用實驗驗證她的成果，直到31年后，這一理論才被證實。為了紀念她對這一領(lǐng)域的基礎(chǔ)性貢獻，雙光子吸收截面的單位被命名為格佩特-邁耶（Goeppert-Mayer，GM）。

也就是在那一年，瑪麗亞成了“邁耶夫人”——在大學階段她認識了年輕的物理化學家約瑟夫·邁耶，從此他們攜手開啟了科學旅程。

逆境中的閃光

新婚后不久，約瑟夫被聘為美國約翰霍普金斯大學的副教授，于是夫妻二人決定遷居美國。那時候他們對這個新興國家充滿了幻想：它應該不像歐洲那般沉悶吧？然而在那里，瑪麗亞仍因女性身份而被視為二等公民。盡管瑪麗亞的學識無可挑剔，但因為傳統(tǒng)的思想，她雖然先后被約翰霍普金斯大學和哥倫比亞大學聘用，卻既沒有得到辦公室，也沒有頭銜，甚至沒有薪水。她猶如一顆明星，卻總是被保守的社會傳統(tǒng)所遮蔽。即便如此，她仍然極盡熱忱地參與科研和教學活動。

兩年后，瑪麗亞來到薩拉·勞倫斯學院，得到了第一個正式的有薪職位。她對科學的廣泛研究很適合這所大學——她的課程突破傳統(tǒng)，在本質(zhì)上是跨學科的。那時候她已經(jīng)敏銳地察覺到，核物理會是未來研究的重點。

雖然瑪麗亞的前半生一直被社會傳統(tǒng)阻礙，但物理學界還是有人看到了她的才華，著名物理學家、反法西斯斗士哈羅德·烏里邀請她到哥倫比亞的替代合金材料實驗室研究鈾同位素分離?，旣悂喖婢呶锢砗突瘜W的知識，這對預測鈾各向異性的影響非常有用。

1945年8月6日和9日，美國向日本的廣島和長崎分別投下了原子彈。正在所有人歡慶戰(zhàn)爭的結(jié)束時，瑪麗亞卻懷著復雜的心情重新開始審視這一切。其實她很早就預見到了原子彈的可怕威力，開始對未來憂心忡忡，她曾經(jīng)這樣說：“人類的科學發(fā)現(xiàn)和發(fā)明很可能毀滅自己?！?/p>

后來瑪麗亞和丈夫來到了芝加哥大學，即使她參與過舉世聞名的曼哈頓工程，仍然只得到了一個無薪職位?，旣悂喿晕医獬埃骸拔覄e無選擇。”她隱藏起自己為國家效力的過去，安靜地教授著基礎(chǔ)物理和物理化學。然而，隨著先前的秘密研究公開，她在芝加哥大學的威望不斷提高，幾乎每一堂課都有學生詢問她關(guān)于原子彈或核物理的事情。人們懷著崇敬和好奇重新打量這位看似平凡的女性——她已經(jīng)被遮蔽太久，但無人能掩蓋她真正的光華。

新的發(fā)現(xiàn)

在芝加哥大學工作時，瑪麗亞對“為什么某些原子核比其他原子核更穩(wěn)定”的原因產(chǎn)生了興趣。她列出了一份最穩(wěn)定的原子核清單，發(fā)現(xiàn)有一些神奇的質(zhì)子和中子會在特別穩(wěn)定的原子核中不斷出現(xiàn)，而這并不符合當時公認的原子核結(jié)構(gòu)模型。當原子核中核子的數(shù)量為特殊值時，會產(chǎn)生特別穩(wěn)定的構(gòu)型。這些數(shù)字正是尤金·維格納所說的神奇數(shù)字：2、8、20、28、50、82和126。

那時人們已經(jīng)知道電子是成對的，每一個電子都以不同的方向旋轉(zhuǎn)，但從來沒有人想到質(zhì)子和中子也有類似的情況?，旣悂喨硇耐度脒@個研究，一次，在與著名物理學家恩里科·費米談?wù)撍罱墓ぷ鲿r，費米忽然問她：“有任何關(guān)于自旋軌道耦合的證據(jù)嗎？”

可能說者無心，但是瑪麗亞立刻意識到這也許會解開謎題，她假設(shè)原子核是一系列閉合的殼層，成對的中子和質(zhì)子會結(jié)合在一起。她這樣描述這個想法：

想象一間滿是華爾茲舞者的房間。假設(shè)他們繞著房間轉(zhuǎn)了一圈，每個圈都圍在另一個圈里。然后再想象一下，在每個圓圈中，你可以容納兩倍多的舞者，其中一組是順時針，另一組是逆時針。接著再增加一個變量：所有的舞者自身也都像陀螺一樣在房間里旋轉(zhuǎn)，但是只有逆時針旋轉(zhuǎn)的那部分舞者保持著逆時針旋轉(zhuǎn)，其他的保持順時針旋轉(zhuǎn)。同理也適用于那些順時針旋轉(zhuǎn)的人，這樣就可以保證“這間房子”里的力量趨于平衡。這或許就是那些穩(wěn)定的原子核內(nèi)正在發(fā)生的事情。

就在那天晚上，瑪麗亞有如神助，很快完成了所有的計算，第二天就給出了一個新的原子核模型。

1963年，因為在核殼結(jié)構(gòu)方面的發(fā)現(xiàn)，瑪麗亞與詹森以及維格納共同獲得了諾貝爾物理學獎。

盡管瑪麗亞生前被當時的社會傳統(tǒng)阻礙，去世后也被許多科學史傳記作家所忽略，但她靠著過人的才智寫下了屬于自己的光輝一頁?，旣悂喸诮虒W上鼓勵學生從以實踐為目的的科學學習過渡到以科學好奇心為基礎(chǔ)的終身知識之旅，在戰(zhàn)爭時期不負使命，在研究中又做出了舉世矚目的貢獻。她的故事告訴我們：出身與財富不該成為判斷一個人能力的標準，性別更不能。在那個女性備受歧視的年代，邁耶夫人用自己的努力與才華創(chuàng)造了奇跡，人們也會永遠銘記她的貢獻。

（劉雯摘自《知識就是力量》2018年第7期）