1.9 8 女性获得诺贝尔物理学奖有多难?

8 女性获得诺贝尔物理学奖有多难?

使我感到惊奇的是,获奖带来的兴奋远不如工作本身令人兴奋。亲眼看到你的工作获得成功,那才是真正的乐趣。

玛丽亚·戈佩特·梅耶

当玛丽亚·戈佩特·梅耶1963年获得诺贝尔物理学奖时,她荣幸地成了历史上赢得物理学奖的第二位妇女,第一位妇女便是世人皆知的居里夫人,那已是60年前的事情了。她还是历史上获得诺贝尔自然科学类奖的第四位妇女,也是20世纪勇夺诺贝尔物理学奖桂冠的第一位美国妇女。

诺贝尔物理学奖自1901年颁发到2003年以来,先后授给了170多人次,可是只有居里夫人和玛丽亚·戈佩特·梅耶两位女性获得这个奖项,占获奖人数的1.17%,连2%都不到!可见女性想要获得诺贝尔物理学奖有多难!为什么这么难呢?我想读者一般都了解居里夫人付出的代价,但是玛丽亚·戈佩特·梅耶付出的代价可能很多人就不清楚了。下面就讲她的故事。

“决不只做一个女人”

1906年6月,玛丽亚·戈佩特·梅耶出生在上西里西亚的卡托维兹(当时属于德国,现属波兰),是弗里德里希·戈佩特和夫人玛丽亚·沃尔夫唯一的孩子。玛丽亚4岁那年,父亲当上了德国名校哥廷根大学医学院的儿科教授,于是全家迁居到德国中部的大学城哥廷根。那时哥廷根大学的教授在经济收入上可以与成功的美国医生、律师和商人相媲美,在政治上的地位也可以与高层的政府官员并驾齐驱。教授的夫人购物时,总是享受优先服务,教授的孩子也会成为当地社会关注的明星人物。

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德裔美国物理学家玛丽亚·戈佩特·梅耶

玛丽亚的父亲除了在大学任教以外,还管理着一所儿童医院,并且为从事工作的母亲们创办了一个托儿所。他是“一个高大魁梧、和蔼亲切、熊一样健壮的男人”,很喜欢孩子,每当他走在大街上,身边经常簇拥着一群和他嬉戏的孩子们。

玛丽亚的母亲曾经是一位中学语文教师,有时候也教钢琴。自搬到哥廷根后,她就一心一意地做起了教授夫人,过着养尊处优的生活。她十分热情好客,经常在家举行晚会。当客人来访的时候,她总是热情地迎接客人;当舞会乐队午夜离开的时候,她总是不知疲倦地用钢琴伴奏到舞会结束;圣诞节来临时,她总要把家里的圣诞树装扮成全城最漂亮的。

父亲经常告诫玛丽亚:

决不只做一个女人。

玛丽亚还小的时候,还不明白这句话的意思。父亲就给她解释说,大部分女人生活得很乏味,一辈子只是买菜做饭,打扫房间,照料孩子。但他认为不应该这样下去,这会使妇女们变得愚蠢和麻木,长此以往也会贻害孩子。

父亲对玛丽亚说:

你要学一门专业,你要上大学,做一些有意思的事情。

“做一些有意思的事情”,没有什么比这更让玛丽亚向往了。可是,究竟什么才是最有意思的事情呢?玛丽亚后来才知道,父亲想让她做他们家族的第七代教授!这一直是父亲的心愿和梦想。

1916年,他们家在汉森大街买下了一栋带有花园的房子。她很庆幸,她的邻居竟然是闻名世界的大数学家希尔伯特教授!是啊,希尔伯特教授被认为是自高斯以来最伟大的数学家和自欧几里得以来最伟大的几何学家。在小玛丽亚眼里,这位头发花白的老头简直就是“哥廷根的国王”。有意思的是在“国王”的花园里,一排黑板纵贯整个花园,上面搭着顶棚。这样,即使在下雨天,“国王”也能和他的学生们一边漫步,一边在黑板上演算数学公式。

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“哥廷根的国王”希尔伯特

数学深深吸引了小玛丽亚。还在小学的时候,她的算术就非常优秀。1921年,16岁的她从公立学校初中毕业,下一个目标就是要想尽一切办法去上大学。

她曾经回忆说:

关于我上大学的问题,父母和我之间从来就没有讨论过,因为这是不言而喻的事情,但在那个时代,对于一个女孩子来说,这可不是一件简单的事情。

在1893—1894年,哥廷根大学才首次允许妇女作为旁听生进入课堂,妇女要成为正式大学生还得耐心地等待一段时间。那时哥廷根大学教授马克斯·龙格严厉地谴责主张男女平等的妇女们所提出的上大学的要求,他说这种要求“违反自然法则的企图”,说脑力劳动违背女人的“母性本能”,并声称这会对神经和心理造成损害,甚至引发歇斯底里。幸运的是,玛丽亚所在的哥廷根不仅是科学的堡垒,也是一个有着妇女运动传统的城市。经过妇女参政提倡者不屈不挠的斗争,1918年妇女终于获得了上大学的正式权利。

然而,女学生如何完成高中阶段的学业并通过大学考试,那就要八仙过海,各显神通了。哥廷根当时有两所高中学校,但它们只收男生而不收女生。玛丽亚只好想办法进入了一所很小的私立学校,它是靠妇女参政提倡者捐助的,专门为少数女生考大学做准备的学校。但好景不长,它在第一次世界大战后的通货膨胀期间倒闭了,于是高中还有一年没有读的玛丽亚决定提前一年参加大学的入学考试。她的老师感到十分吃惊:

你怎么能够参加考试?

我一定要去试一试。她信心十足地回答。

你不能去,你太年轻了,肯定不会被录取。

她斩钉截铁地回答说:

但我不能错过机会呀!

作为一所男子中学的“外校生”,她到邻近的汉诺威市参加了笔试和口试。和她一起参加考试的还有另外四个女生,结果五位女生全部被录取了。

玛丽亚在多年以后愤愤不平地说:

想一想看,五个女孩和数以百计的男生竞争!

当玛丽亚1924年考入哥廷根大学学习数学时,德国大学的女生还不到学生总数的十分之一。她之所以选择攻读数学,一是喜爱它,二是女子学校正缺乏数学女教师,毕业后有一个比较有前途的职业。她朝着父亲的梦想迈出了坚实的第一步——“决不只做一个女人”。

哥廷根最漂亮的姑娘

在玛丽亚上大学时期,物理学正在经历着革命性的飞跃,量子力学的大潮汹涌澎湃,成果捷报频传。在20世纪20年代,哥廷根大学不仅因为有希尔伯特、相对论数学专家赫尔曼·闵可夫斯基(1864—1909)、群论的奠基者之一克莱因(1849—1925)等数学大师而成为世界的数学中心,而且还因为请来了著名理论物理学家马克斯·玻恩和著名实验物理学家詹姆斯·弗兰克而成为世界物理学中心之一,并被誉为“量子力学的发源地”。

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美丽的哥廷根大学

作为父亲的同事和好友,玻恩和弗兰克一直都非常喜欢小巧、苗条、金发蓝眼的玛丽亚,玻恩把她看做是他的女儿,而弗兰克则认她为“侄女”。在读大学一年级的时候,玻恩就邀请她参加他和弗兰克共同主持的高级理论研讨班,她在首次接触到量子力学后就被它迷住了,兴趣逐渐从数学转移到了物理学。到大学三年级时,即1927年,她决心改学物理学。从此,物理学便成了玛丽亚终生为之奋斗的领域。

就在这一年,在玛丽亚的生活中发生了另外一桩重大事件:她深深热爱的父亲突然去世。这是她和母亲谁也没有料到的事情。在为父亲的去世深感悲痛的同时,她更加感到自己有责任迅速而圆满地完成自己的学业。她找到了最合适的导师——玻恩,一个真正的博士父亲,一个可以代替父亲的人。玻恩曾亲切地回忆道:

玛丽亚是可爱、活泼的年轻姑娘,她一到我班上就使我非常吃惊。她非常勤奋、非常认真,学完了我讲的所有课程,同时也是哥廷根社交界中一位漂亮而快乐的人物,她喜欢晚会,喜欢大笑、跳舞和逗趣。我们成了好朋友。

在大学熟悉玛丽亚的人都认为她是哥廷根最漂亮的姑娘,一个非凡的玫瑰仙女,犹如童话里的公主那样可望而不可即。像在童年时代一样,她很少结交女性朋友,她的好友多半是男的。

她向她的传记作者袒露道:

我必须承认,我觉得我从来都不大喜欢和女孩子打交道,不知道为什么,我总喜欢和小伙子们在一起。

但是,这种“和小伙子们”的友谊大部分只停留在同窗好友的水平上。

玛丽亚密切的朋友是男同学维克多·魏斯科普夫这些物理系学生。她每天吃两餐,一餐在家和母亲一起,另一餐在城里和朋友一起,这样可以和他们讨论量子力学。魏斯科普夫说:

我们俩都是玻恩的学生。我们研究非常相似的问题,而且工作在一起。要是我个子小一点,我会爱上她的。

但谁也没有想到,在短短的几个月之内,竟然有一位白马王子闪电般地赢得了这位“骄傲公主”的芳心,最终娶了她,并携她远走高飞,去了异国他乡的美国。又有谁会相信,这样一位头脑冷静、善于思考的姑娘,竟然会为了爱情舍弃刚刚开始的、在科学之路上的锦绣前程,而去追随一个事业和前途尚未确定的男人。事情是怎么发生的呢?

玛丽亚的父亲去世以后,她的母亲沿袭哥廷根的传统开始接收寄宿生,这是因为大学不给留学生提供住宿。当时很多国外来的寄宿在他人家庭的学生,往往在哥廷根寄住家里顺带选中夫人带回国去。约瑟夫·梅耶(昵称“乔”),一位加利福尼亚的年轻人,来到哥廷根跟随弗兰克学习量子力学。他敲开了戈佩特夫人家的门,并请求租用一间住房。乔后来回忆说:

对于我的询问,女仆带来一位美丽、小巧的金发姑娘,尽管她魅力四射,却颇有兴致地戏弄我那令我痛苦不堪的蹩脚的德语。最后,她戏弄够了,才用流利的剑桥英语和我讲话。我很快发现,除了她的美丽和语言技艺以外,玛丽亚居然还是玻恩的学生!

乔仿佛被击晕了一样:

她是一个很会调情的人,很可爱,比我见过的所有女孩都聪明。

玛丽亚的女儿玛丽安娜后来也证实了这个说法:

对于大多数科学家来说,他们从没有遇见过像她一样聪明的女士,而那时的确造就了这样的一个。

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玛丽亚与魏斯科普夫(左)和老师玻恩(右)骑车在街上。当时这很时髦

在来德国之前,乔在伯克利的加州大学获得了化学博士学位。他英俊潇洒,精力旺盛,健谈善辩。那时在哥廷根,费米、玻恩等人因为拥有一辆自行车而感觉自己像百万富翁,而乔却用现金买了辆敞篷小汽车。有流言说,玛丽亚是因为乔有辆小汽车而从所有的求婚者中选择了他的。但是,乔确实还有别的优点,他是一个男女平等主义者,他像她的父亲一样,也期望玛丽亚成为一名教授,而不只是做一位教授太太!

那年秋天,玛丽亚正在为她的博士论文发愁时,乔却驾车把她带到荷兰的莱顿,拜访了爱因斯坦的好友——著名物理学家埃伦菲斯特。那时埃伦菲斯特为自己家建造了一栋漂亮的别墅,但已经没有钱来装饰墙壁了,于是他想出了一个办法:让访客在客房的墙上签名,以作装饰。

在拜访时,玛丽亚愉快地谈论起自己论文的构思,突然埃伦菲斯特打断了她:

你已经讲得够多的了,现在你应该尽快把它们写出来。

他把她锁进客房,要求她在没有写出大纲以前不要出来。

玛丽亚回忆道:

这是一间不可思议的房间……墙上留有许多著名科学家的亲笔签名,爱因斯坦的签名就在我的床的正上方。我在一个小时内解决了我的问题,它后来构成了我博士论文的基础。

然后,玛丽亚在墙上签了名,同时想:我也能因此而成为名人吗?

乔坚持玛丽亚完成她的博士论文。圣诞节后的一天女仆休假,玛丽亚决定自己试着做一次晚餐。乔很快发现她并不会做,等到她十分恼怒时,乔与她做了一个交易:

如果你继续从事科学事业,我就会请一个女仆。如果你放弃了,那么你就得学会为自己做饭,我可付不起请女仆的开支。

玛丽亚和乔于1930年1月18日结婚。3月份她完成了她的论文并通过了最后的考试。她计算出绕核运动的电子在向离核更近的轨道跃迁时发射双光子的概率。后来同玛丽亚分享诺贝尔物理学奖的维格纳说,她的论文是“清晰而又具体的一篇杰作”。她得出的结果在20世纪60年代被激光所证实,而且一直被光学、原子物理学和分子物理学方面的论文所引用。她还为玻恩和约尔丹(1902—1980)合著的《量子力学》教材撰写了8页内容。

当乔和玛丽亚离开哥廷根时,美国物理学家萨克斯这样说:

她遇见的大师比任何一个她所知道的人都要多,而且她遇到的每个人,如希尔伯特、弗兰克、玻恩、赫兹菲尔德都对她非常热情。她拥有一个巨大的支持网,每个人都在帮助她。

梅耶夫妇于1930年4月1日愚人节那一天抵达美国。

物理学和化学的志愿研究者

梅耶夫妇来到马里兰州的巴尔的摩,乔在霍普金斯大学化学系谋得一份助理教授工作。然而,玛丽亚在美国却始终不能得到一个正式的工作,她深深地感到失望。

首先,当她随丈夫来到这个充满“无限机会”的国家的时候,正值最严重的经济大萧条时期,在大学里许多教师面临失业,首当其冲的当然是妇女们。

更让这位年轻女科学家大失所望的是,美国妇女在大学的地位还不如德国。虽然,美国妇女比欧洲任何一个国家的妇女都更早地获得了上大学的权利,但是,到玛丽亚来到美国时,教授这种职位及正式的科研岗位,却依然是清一色的男性——特别是在自然科学领域内。在竞争大学和科研职位方面并不存在什么平等机会,留给妇女的多半是一些所谓的“女性岗位”,例如实验室和天文台里的助手之类。

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玛丽亚·戈佩特·梅耶和约瑟夫·梅耶在即将结婚之前

对于已婚的女科学家来说,则更需要这种顺从和忍耐。霍普金斯大学像绝大多数的美国大学一样,严格执行着“反裙带关系规定”,即学校里禁止雇用大学职工的亲戚(一般是妻子)。这条规定在美国经济大萧条以前的20世纪20年代开始实施,在大萧条时期自然会更严格地执行,后来一直持续到60年代。这条规定几十年一直阻碍着玛丽亚·梅耶从事科学事业的希望。

玛丽亚发觉自己成了一位教授太太,也就是说变成了一件附属品,而不是像她自己想象的那样,是一个前途无量的新一代科学家。当然,落入这种境地的并不只是她一个。

但是她并不甘心,在她积极要求下,霍普金斯大学在一个阁楼里给她安排了一间办公室,并给她一些什么“志愿助教”和“研究助手”等头衔,但不付薪水,甚至不把她看做正式的“研究助手”而列进“女性研究助手”的名册中。

为了跟上科学的进步,她得付出很大的代价。她痛苦而又无奈地说:

仅仅是因为研究物理学的乐趣,我一直在无薪的情况下工作了许多年,我早就有些怨恨,只是尽力克制着不让别人注意。我从不要求什么,也不能抱怨。

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年轻时的玛丽亚·戈佩特·梅耶

在霍普金斯大学的9年当中,她和乔合作,还与奥地利人赫兹菲尔德合作。乔是个化学家,赫兹菲尔德虽是一个杰出的理论物理学家,但他对物理化学感兴趣,所以玛丽亚开始转向把量子力学应用于化学问题,例如有机化合物的结构分析。

在赫兹菲尔德来美国时,玻恩要求他照顾玛丽亚,他的确做到了。他以秘书工作的名义,每月付给她200美元,这是玛丽亚在霍普金斯大学得到的唯一的酬劳!当他进一步要求物理系主任至少允许把她的名字列入教工名册时,却招来系主任的一场大发雷霆。赫兹菲尔德认为自己受到侮辱,给霍普金斯大学的校长写信:

玛丽亚·戈佩特·梅耶博士无论是作为一个教师还是研究人员,至少做了一个全职助手的三分之一的工作……这种事情经常发生在妇女身上。她并不总是论文的发起者,但她经常是在得到结果方面起了作用。经常是我有时研究不能继续进行下去,而她却找到了摆脱困境的方法。她的头脑的确聪明且敏锐,尽管不是原创……适当数量的报酬应该是每月1 000美元。

然而杳无音信。

霍普金斯大学的高才生们非常喜欢玛丽亚。她那高超技巧、高度凝练的讲课风格和她的数学才华吸引了惠勒和萨克斯等人。她是惠勒在霍普金斯大学最喜爱的“教授”,惠勒后来成为世界闻名的物理学家。惠勒喜欢“她的从容坚定和一究到底的精神”。萨克斯回忆说,当他向她讨教论文论题时,她坚定地说“任何年轻的男人,在这个时候应该向核物理学进军,那里激动人心的新事情正在发生”。她告诉萨克斯,她对核物理学还不太熟悉,“因此,让我们去华盛顿找爱德华·特勒吧!他会告诉我们该做什么”。

她和萨克斯一起发表了一篇核物理学的论文,这是她第一次进入这个领域。15年之后,她发现核的壳层模型。

从1935年起,越来越多的老朋友从欧洲来到了美国。最先是弗兰克,接着是特勒、费米……希特勒的种族清洗已经危及到了欧洲许多犹太出身的男女科学家和他们的朋友,一大批科技精英聚集到美国这块新大陆,按照一位历史学家的话说:

这是人类所见过的最大的一次智慧、天才和知识的大转移。

虽然玛丽亚于1930年初离开德国的时候不曾想到会发生这样的事情,但她从1931年至1937年(这一年母亲去世)间对哥廷根的定期访问中,切身体会到了那些犹太同事和朋友们所面临的迫害是何等严重。她以给自己家里雇请临时工为名,帮助几个认识的妇女获得了出国签证。在美国,她则作为一个德国流亡者组织的财务主管,用募集来的资金帮助其他一些刚刚逃离德国的人。从1933年起,玛丽亚就已经不再是德国人了,她利用女儿玛丽安娜出生的机会正式加入了美国籍。

随着许多旧日师友的到来,在玛丽亚周围有了一批对量子物理学感兴趣的人。但是到20世纪30年代中期,玛丽亚本人对量子力学不再那么热衷。尽管她希望信守父亲的教诲,避免做一个家庭妇女,但在大学这个男人们的领地中得不到足够的承认,逼迫她只能当一个尽心尽职的母亲,久而久之她在不知不觉中渐渐冷落了科学。特别是到了1938年,当她的第二个孩子彼得出生以后,这种倾向更加明显。玛丽亚自己也许没有想到,她那么喜欢孩子,简直如醉如痴。她满怀欣喜地说:“生养孩子真是一种奇妙无比的体验。”

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玛丽亚和她的女儿玛丽安娜

然而,她的丈夫乔却持另一种看法。他认为唯一“奇妙无比”的事情只能是科学。当他从学校回到家里的时候,他想谈的是科学,而不是关于孩子之类鸡毛蒜皮的事情。要不然为什么要娶一个物理学家做妻子?在那几年里,当玛丽亚严重陷入“变成一个女人”的危险的时候,她的丈夫乔起到了她父亲的作用,把她拖出了这一险境。他们开始一起写一本教科书《统计力学》,这本书后来成了一部经典著作。

1939年,霍普金斯大学解雇了乔。根据玛丽亚的说法,霍普金斯大学的校长决定解决大学的经济困境,削减最好的教员(当然也是薪水最高的教员),以薪水只有三分之一的低职位的教员替代他们。结果霍普金斯大学失去了一批世界级的重要学者,这其中包括了乔和玛丽亚。

玛丽亚认为:

我确信乔在1939年被霍普金斯大学解雇,部分原因是因为我在他左右,我是一个麻烦。自那以后我变得非常小心谨慎。

玛丽亚的女儿玛丽安娜这样解释说:

她感到她应该当“夫人”。她很有自知之明,如果她想不被指责为有野心的女人,她就必须小心谨慎。如果其他人做了一些与她相同的工作,她总是让他们先发表,然后她发表文章作补充。

有讽刺意味的是,乔在霍普金斯大学的遭遇对玛丽亚的伤害比乔还要深。幸运的是,1939年乔被哥伦比亚大学化学系聘为副教授,薪水是在霍普金斯大学的两倍。当时担任哥伦比亚大学化学系系主任的尤里(1893—1981,1934年获得诺贝尔化学奖)成了乔的良师益友。自那以后,无论尤里去那里,梅耶夫妇就跟着去那里。

十年磨一剑

在哥伦比亚大学的几年是玛丽亚一生中最困难的时期。她到哥伦比亚大学物理系申请工作,系主任乔治·佩格拉姆对她很冷淡,分配了一间办公室给她,但是又使她明白她是不受欢迎的。然而,化学系系主任尤里很钦佩玛丽亚的才能,聘任她教选修课,给予她一个助教的名誉职位,以便她在与乔合写的教材《统计力学》的署名上有一个职称。依照那时科学界的一般看法,玛丽亚只是乔的编辑助手,而不是合作者。

从某种意义上说,第二次世界大战是物理学家的一场战争。英国物理学家发明了雷达,保护英国抵御德国的空袭;美国物理学家发明了原子弹,结束了战争。那时美国物理学家变得如此紧缺,因此玛丽亚的好运开始了。像许多女性科学家一样,她终于找到了有薪水的工作。

在珍珠港事件爆发的第二天,即1941年12月8日,玛丽亚收到了来自劳伦斯学院的教职聘书,她把这看做是“一件令人非常兴奋的事,但该学校是明显地不做科学研究的女子学校”。即便如此,她立即接受了工作。

学院支付她工作半日的薪水,一年2 800美元。这是她博士毕业后12年来的第一份正式工作和薪水。

后来她应尤里之约,向劳伦斯学院请了假,到哥伦比亚大学接替了费米讲的全日制课程;再后来,尤里又指派她承担有关原子弹的绝密研究课题。她正在学习一个新的领域——原子核物理学。战争末期,玛丽亚到研制原子弹的基地洛斯·阿拉莫斯待了一个月,参加泰勒的氢弹研究。

日本投降后,费米、尤里等许多人都来到芝加哥大学,那里成为战后科学发展的中心。玛丽亚在哥廷根的朋友弗兰克已经在那里。当芝加哥大学新成立原子核研究所时,费米、泰勒、利比和梅耶夫妇都进了这个研究所,而尤里则在另一个新成立的物理化学研究所任所长。未来的诺贝尔奖获得者杨振宁和李政道也聚集到这所大学,师从费米学习物理学。

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芝加哥大学校园

玛丽亚这回又一次成为一个“志愿的助理教授”,仍然没有薪水。后来她被提升为“志愿教授”,一样没有薪水。大萧条已经过去,但反裙带规定依然在执行。玛丽亚并不在意。芝加哥虽是个“人才济济的地方”,但玛丽亚却是其中的主要角色。芝加哥是第一个不把她看做包袱的地方,而且伸开双臂欢迎她。

就在那段时间,她以前的学生萨克斯担任了芝加哥阿拉贡国立实验室新建立的理论部的负责人,他后来成为整个物理实验室的主任。

有一天萨克斯对她说:

我在阿拉贡国立实验室给你安排一个工作半日的资深物理学家职位怎么样?

但是对于核物理学,我还不大懂啊。

你一学就会的。萨克斯鼓励说。

就这样,过去的学生变成了领导,而玛丽亚由此走向通往获得诺贝尔奖的道路。她再没有任何可以抱怨的了:

我有了我所想要的一切:很大的办公室,教授的地位,阿拉贡国立实验室付给我的优厚的薪水。

1951年在芝加哥大学举行国际会议时,玛丽亚连续4个晚上在家里举行鸡尾酒会,用实验室的烧杯做杯子。在酒会上,玛丽亚很活跃且很愉快,成了科学家们的中心。

梅花香自苦寒来

芝加哥是玛丽亚取得伟大胜利的见证地。

有了正式工作以后,她耐心而有系统地收集有关原子核的资料,以便了解迄今为止人们到底知道了一些什么。

我们知道,任何一个原子核都可以由两个数字来描述它的特性:一个是带正电的质子数,一个是不带电的中子数。这两者之和就是“相对原子质量”,而质子数决定原子的性质,被称为“原子序数”。有两个质子的核一定是氦,有三个质子的核一定是锂……依此类推。但是,同样数目的质子可以和数目不定的中子组合成原子核,这就出现了同种元素的不同的“同位素”。例如氢元素,如果氢核中只有一个质子而没有中子,就是广为人知的氢;如果氢核里除了一个质子还有一个中子,就成了氢的一个同位素“氘”;如果氢核里有两个中子,就是氢的另一个同位素“氚”。各种元素都有各自的同位素。人们又发现,有的同位素非常稳定,而另一些同位素非常不稳定,通过放射性而迅速衰变。

不稳定的原子核容易通过放射性衰变而变为其他较稳定的元素:它们可以逐渐地从一种元素衰变成另外一种元素,直到达成一种稳定的元素。一旦它们稳定下来就不再变化了。为什么有一些同位素稳定,而另一些同位素却不稳定而且发生衰变呢?特勒建议玛丽亚和他一起去寻找答案。然而,由于忙于研制氢弹,特勒不久就对这个问题失去了兴趣,但玛丽亚却从此被它迷住了。

玛丽亚在对大量元素进行分析之后,发现了一个奇特的规律:当质子数(或中子数)为50或82的时候,原子核特别稳定,这些同位素在宇宙中的数量就很大。紧接着,她又发现质子数(或中子数)为2、8、20、28、126的时候,原子核也特别稳定。这样,玛丽亚有了7个奇怪的数字“2、8、20、28、50、82、126”。这7个奇怪的数字后来被称为“幻数”(magic num-bers),它们究竟有什么意义?原子核为什么对这7个数字特别偏爱?

这个问题在20世纪30年代曾经有人考虑过,在40年代被物理学家放在一边,因为那时玻尔的“核液滴模型”(liquid-drop model)解决了许多核结构问题。然而,玛丽亚并没有受玻尔模型的束缚,开始重新审视这个被搁置了许久的问题。

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意大利裔美国物理学家费米,1938年获得诺贝尔物理学奖

后来玛丽亚假定:核里的粒子在一层层的壳层上运动,“就像洋葱精致的壳层一样,洋葱中心什么也没有”。在发表这个观点后,她的老朋友泡利就戏称她是“洋葱夫人”。她听了一笑,仍然继续收集数据,一旦缺什么数据,她就要求阿拉贡国立实验室的实验家们提供。对于这些大量的数据,她陷入了深深思索:

质子它们自身是怎样结合在一起的?它们之间、它们和核内的中子之间,到底是怎样相互作用的?

自从特勒把全部精力投入研制氢弹以后,费米便成了玛丽亚在工作中的最重要的谈话伙伴。一天,费米在她的办公室讨论问题(因为玛丽亚的烟瘾很大,而费米不让吸烟者进他的办公室),当费米起身要去接一个长途电话时,他匆匆地提了一个问题:

随便问一下,是否有自旋-轨道耦合(spin-orbit coupling)的证据?

“自旋-轨道耦合”的意思是说,当质子或中子(均为核子)在核里运动的时候,像地球一样同时参加两种运动:一是核子绕自己的轴作“自转”,二是核子绕一个共同的中心在轨道上作“公转”。由于核子自旋的方向有两种(顺时针和逆时针),于是在轨道上的公转加上两种不同方向的自转,就会使得核的总能量不相同。

玛丽亚回忆说:

当费米的话一说出口,我只用了10分钟,就把一切问题都解决了。

在费米接完电话回来之前,她已经得到计算结果。玛丽亚立即激动万分地对费米解释她的发现。玛丽亚只要一激动,她讲话就会像连珠炮一样,所以费米简直不懂她在说什么。他只得笑着说:

等你明天不再激动的时候再向我解释,好吗?

她回家后一直处在兴奋之中。后来她回忆说:

那天晚上我完成了我的计算,费米下周用它在课堂上讲授……这有点像玩拼版游戏,除了幻数这块拼版以外还有许多拼版,但是没有人用它们拼出一个美丽的图案。人们似乎感到,只差一块就会大功告成——如果这一块最终被找到了,那么一切都解决了。只有像我这样经常与数据生活在一起的人才能马上回答:“是的,那可以解释一切。”结果在10分钟以内,幻数之谜被解决了。

她给出的答案十分令人意外。以前人们早就考虑过原子中核与电子自旋的耦合,但是这种耦合实际上没有什么作用;由此人们错误地认为这种耦合在核里也不会有什么意义,所以都大意地忽略了它。但玛丽亚却发现:在核内这种耦合却起了关键性的作用。

为了向女儿玛丽安娜解释这种耦合理论,她画了在一间房子里面跳华尔兹的场面。一对对舞伴围绕着圆圈转,大圆圈里面有小圆圈,就像核的壳层。当舞伴们围绕圆圈转的同时,他们自身也在自转,就像陀螺,一些是沿顺时针的,而另一些是沿逆时针的。玛丽亚指出,那些跳过快速华尔兹的人就会知道,朝一个方向转动比朝相反方向转动要容易一些。因此,朝容易转动方向转动的舞伴比朝难以转动方向转动的舞伴要省能量一些。正是这个小的能量差别就足以解释幻数了。

玛丽亚迟迟没有为她的这一发现写论文,就像她以前迟迟没写博士论文那样。乔多次催促她:

天哪,赶快把它写下来吧!

但她还想等一等,一直到两位同事发表了关于壳层模型的文章,乔大发脾气了:

荒唐愚蠢的顾虑!

玛丽亚心想:好,那就发表吧,但费米也应该作为作者一起署名。

费米是一位厌恶争名夺利的人,他说:

简直可笑,这是你的成果。我的名气这么大,如果一起署名的话,谁都会以为这是我干的。

1949年12月,她终于提交了论文;1950年4月,这篇极其重要的论文在《物理评论》上发表了。

正好在一个月之前,德国海德堡的物理学家延森(1907—1973,1963年与玛丽亚分享诺贝尔物理学奖)和另外两位合作者在德国《自然科学》杂志上发表了一篇得出同样结果的文章。第二次世界大战期间德国离开了物理学的主流,但是这一次延森显然和玛丽亚同时得到相同的结论。

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德国物理学家延森

这真是令人尴尬的局面。对于这一发现,会不会又一次爆发残酷的优先权之争?如果出现这种情况,玛丽亚显然处于下风:谁会相信一个女人有能力像与她竞争的那个男人一样,独立取得相同的结果呢?更何况,这还是一个从未学会为自己的权利而抗争的女人!

当她阅读他们的论文时,她开始很沮丧,大约持续了5分钟。然后她意识到,他们的工作实际印证了她的理论,他们应该在一起说服更多的人。他们很快通了信,并且决心共同向物理学界证明,他们的结论虽然违背了传统的观念,但肯定是一个重要的突破。延森写信给她说:

你已经使费米信服,而我也已经使海森伯信服。我们还能要求什么呢?

玛丽亚非常幸运。延森当年43岁,只比她小一岁,也不是那种热衷于争名夺利的人。在理论发明的优先权上,延森不仅没有和玛丽亚争夺,反而被她迷住。他成为迷上玛丽亚的一长串男人中的最后一个。他打电话把核壳层模型说是“你的模型”,而她对延森则称它是“你的模型”。

她说:

延森是一个可爱的绅士;我们以相同的方法看问题,甚至我们眼睛的近视度数都是一样的。

延森认为她是“难以置信的谦虚”。

多么美好的人,多么美好的事业啊!科学家要都像他们这样,那科学将更加美好!

他们一起写了一本关于壳层模型的书《原子核壳层结构的基础理论》(Elementary Theory of Nuclear Shell Structure),实际上,玛丽亚写了其中的绝大部分。在一封信中,延森对她说,她写了书的80%~95%的重要内容,因此他不应该作为她的合作者。他说:“我很惭愧,你写了这么多的章节。”他感觉他像“一个寄生虫”。这本书确立了他们作为壳层模型主要发现者的地位。

玛丽亚1956年当选为美国科学院院士,在这一年她突然失去了听觉……而且往日的好友云散——费米那时已死于癌症,特勒研制氢弹去了,尤里不久转移到加州大学圣迭戈分校……

1960年,加州大学圣迭戈分校第一次为他们夫妇两人同时提供了与其专业水平相称的职位:玛丽亚担任物理学教授,乔担任化学系教授。这时芝加哥大学的管理者才突然醒悟到,他们应该打破规定,给她提供一个真正的教授席位。她对芝加哥大学的提议感到很开心,但仍然高兴地接受了加州大学的邀请。

在54岁时,即在她做出革命性发现的十年之后,她终于有了一份正式的、全日的、付薪的大学教授职位。她终于实现了她父亲的梦想,现在她终于可以说:

从父亲一支算,我是直系第七代大学教授。

玛丽亚还亲历了这一序列向第八代的延续:她的儿子彼得于20世纪60年代末当上了经济学教授。然而,女儿却让她失望。玛丽安娜进行了不长一段天文学研究之后,便和同事唐纳德·温策尔结了婚,很快生了一个女儿,从此不再工作,当上了“教授太太”。

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被称为“美国氢弹之父”的特勒

获得诺贝尔奖

刚搬到加州不久,玛丽亚在整理书的时候,突发的中风使她左臂瘫痪,语言模糊。尽管她尽力继续工作,但她的健康没有再恢复如前。在她生命的最后几年,心脏瓣膜病给她造成了极大的痛苦,她只好装上心脏起搏器。

1963年11月5日早晨4点,一位瑞典记者给他们家打电话,是乔接的电话,他听了一会儿把电话递给了她,接着跑着去取冰冻的香槟酒。她被告知,她获得了该年度的诺贝尔物理学奖。玛丽亚得知这个消息以后,以为自己在做梦,一个劲地问:

这是真的吗?这是真的吗?

乔热泪盈眶,使劲对妻子点头说:

亲爱的,是真的。我还一直想去见见瑞典国王呢!

诺贝尔奖委员会宣布:玛丽亚和延森由于“对核粒子壳层结构的发现”荣获诺贝尔物理学奖的一半,维格纳因为“在原子核与基本粒子理论方面的成就”获得了另外一半。

当地报纸头条标题新闻是:“一位母亲获得了诺贝尔奖!”梅耶一家在清晨用熏肉、鸡蛋和香槟酒庆祝。当时,玛丽亚和居里夫人是获得诺贝尔物理学奖仅有的两位女士。

玛丽亚说:

要是没有乔,我将永远无法来到斯德哥尔摩。

从照片上看,她矮小和脆弱,小心翼翼地走向瑞典国王五世。她的臂膀因为中风而没有力气,无法拿起金质奖章和奖状,一位瑞典副官跑上来替她拿着。在仪式后,国王挽着她去共进晚餐,旁观者向他们屈膝致意。

她后来说:

这是一个美丽的神话故事。

1972年2月20日,玛丽亚因病去世。她的丈夫和孩子、她的朋友、她的学生和同事一起把她安葬在了圣迭戈的艾尔·卡米诺陵园里。

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纪念玛丽亚·戈佩特·梅耶的邮票

玛丽亚在理论物理学方面所取得的成就已毋庸置疑,她那因获诺贝尔奖而闪闪发光的名字在科学史上将永不会湮灭。但她到底是如何做到这一切的——特别是在一个那时对女性很不重视的科学领域中?

纵观玛丽亚的一生,她确实有幸遇到了不少的好男人。这应该是她取得成功的一个原因。这些男人里面有不断提醒她“决不只做一个女人”的父亲;有她大学里的师长——最先是玻恩和弗兰克,最后是费米,他们不但没有成为她的障碍,而且还推动着她前进;也有为她争取一个职位的她的学生萨克斯,还有同她分享诺贝尔奖的延森——一个决不愿独占最高荣誉的人。

不过,她的丈夫乔才是她一生之中最重要的男人。当他决心娶她的时候就已经清楚地意识到,他要的是一个志同道合的同事,一个女科学家,而不是一个“教授太太”。无论是遭受屈辱,还是喜气洋洋的时候,他始终是她事业上的支持者。他们共同养育了一双儿女,他们一起写了一本书,他们一道分享所有的一切。

乔把她留下的所有文件统统捐给了加州大学圣迭戈分校,其中包括个人书信和科学笔记,她女儿在幼儿园的记录卡片和参加会议的旅行计划,德国诗歌的手抄笔记本和晚会菜单。所有这些,包含着一个女人的一生。

今天,在哥廷根的赫尔曼·福格街7号戈佩特故居的墙上,挂着三块纪念牌。右边一块是纪念以前的房主、哲学家胡塞尔(1859—1938)的;左边的一块是纪念玛丽亚的父亲、医德高尚的儿科专家弗里德里希·戈佩特教授的,用洁白的大理石雕成,这是玛丽亚于1960年所立;1974年,在玛丽亚去世两年之后,它的旁边又增加了一块镌刻着玛丽亚这位诺贝尔奖得主生平的雕牌。如果弗里德里希·戈佩特能够看到女儿的纪念牌比他的要稍稍大那么一点儿的话,这位父亲的脸上一定会绽放舒心的微笑的。