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。”小時候父親經常帶她去散步，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的散步中，瑪麗亞發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。

在20世紀初，女性的地位仍然很低。即使瑪麗亞是中產階級的孩子，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學家，在物理和數學方面的學術氛圍極其濃厚。雖然那時去大學讀書的女性大多會選擇藝術或文學專業，瑪麗亞卻選擇了數學。機緣巧合中，某一天她參加了一個由馬克斯·普朗克領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域的基礎性貢獻，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，在本質上是跨學科的。那時候她已經敏銳地察覺到，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。瑪麗亞兼具物理和化學的知識，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。正在所有人歡慶戰爭的結束時，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，她曾經這樣說：“人類的科學發現和發明很可能毀滅自己。”

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。瑪麗亞自我解嘲：“我別無選擇。”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——她已經被遮蔽太久，但無人能掩蓋她真正的光華。

新的發現

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定”的原因產生了興趣。她列出了一份最穩定的原子核清單，發現有一些神奇的質子和中子會在特別穩定的原子核中不斷出現，而這并不符合當時公認的原子核結構模型。當原子核中核子的數量為特殊值時，會產生特別穩定的構型。這些數字正是尤金·維格納所說的神奇數字：2、8、20、28、50、82和126。

那時人們已經知道電子是成對的，每一個電子都以不同的方向旋轉，但從來沒有人想到質子和中子也有類似的情況。瑪麗亞全身心投入這個研究，一次，在與著名物理學家恩里科·費米談論她最近的工作時，費米忽然問她：“有任何關于自旋軌道耦合的證據嗎？”

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

想象一間滿是華爾茲舞者的房間。假設他們繞著房間轉了一圈，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，但是只有逆時針旋轉的那部分舞者保持著逆時針旋轉，其他的保持順時針旋轉。同理也適用于那些順時針旋轉的人，這樣就可以保證“這間房子”里的力量趨于平衡。這或許就是那些穩定的原子核內正在發生的事情。

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，因為在核殼結構方面的發現，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。瑪麗亞在教學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的終身知識之旅，在戰爭時期不負使命，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）