程民治 朱仁義 安徽巢湖學院物理系
來源:《現代物理知識》
1. 獲得兩次諾貝爾獎的居裡夫人
瑪麗·居裡
瑪麗·居裡(1867~1934)原名瑪麗·斯可羅多夫斯卡,1867年11月7日生于波蘭華沙,1883年中學畢業,並獲得金質獎章。由於家庭經濟困難和當時波蘭的大學不接受女生,使她耽誤了學業而做了長達八年的家庭教師。在她獲得了亞歷山德羅維奇獎學金後,開始了在巴黎大學的索爾本理學院的清貧、艱苦而勤奮的學習生活。由於物理與數學成績名列前茅,瑪麗很快得到了老師們的廣泛認可與賞識。其中1908年諾貝爾物理學獎得主李普曼,還專門向瑪麗開放了他的實驗室,使她有機會獲得更多的知識和實際經驗。她以優異的成績分別於1893年和1894年先後獲得了物理學學士和數學學士學位。
在巴黎,瑪麗有幸認識了皮埃爾·居裡,由於對科學事業的強烈共鳴,他們於1895年結成了終身伴侶,而且一直是患難與共的攻克科學堡壘的親密戰友。
居裡夫婦
亨利·貝克勒耳發現放射性的論文引起了居裡夫婦的極大的興趣。1897年,根據皮埃爾·居裡的建議,瑪麗的博士論文選擇了放射性這一新課題,並於1903年6月以論文《放射性物質的研究》順利通過答辯,獲得了巴黎大學授予她的物理學博士學位。同年11月5日,英國皇家學會授予居裡夫婦戴維獎章。1904年,瑪麗被巴黎大學聘為助教。1906年皮埃爾·居裡因車禍不幸去世後,瑪麗接替了丈夫的工作,成為巴黎大學第一位女教授。她也是法國科學院第一個女院士,並曾被15個國家的科學院選為院士。居裡夫人一生中擔任過25個國家的104個榮譽職位,接受過7個國家的24次獎金或獎章。
1934年7月4日,居裡夫人在法國的阿爾卑斯山的療養院因長期患惡性貧血症去世,享年67歲。
居裡夫人是第一位榮登諾貝爾獎領獎臺的女科學家,也是第一位兩次獲此殊榮的人。第一次是與她的丈夫皮埃爾·居裡一起,因對貝克勒耳發現的輻射現象所作的貢獻而分享了1903年度的諾貝爾物理學獎;第二次是於1911年因發現鐳和釙,並分離出鐳和對鐳的性質及其化合物的研究,摘取了諾貝爾化學獎的桂冠。
皮埃爾·居裡手中拿著閃光的鐳樣品
鐳的發現引領了科學界一場重要的大革命,開創了原子能應用的研究,使人類真正走上了現代文明之路。但是,對鐳的發現有著特殊功勞的居裡夫人卻認為,鐳是屬於全人類的元素,任何人無權利用鐳牟利致富。他們在創辦的《鐳學雜誌》上毫無保留地發表他們的研究成果,隨時向世人公開他們提鐳方法。在他們的具體指導下,法國建立起世界上第一個制鐳工廠。他們在實驗室花了十幾年工夫製備的1克多鐳,價值十萬美金,全部歸鐳學研究所所有。居裡夫人兩次赴美國接受婦女界獻給她的兩克鐳,其中的一克分給在華沙的以她命名的鐳學研究所,另一克給了法國的鐳學研究所。
1921年,居裡夫人來到美國,總統哈丁將價值100萬美元的1克鐳送給居裡夫人。
今天的人們或許難以理解,為什麼自己發現的成果,不給自己,也不留給後代。瑪麗的一席話對這個問題給出了答案。她說:「有些朋友對我說起,如果皮埃爾·居裡和我保留了我們應得的專利權,那麼早已能夠有充分財力來創設完善而美滿的鐳學研究所,並可避免我們兩人以前和現在所遭受的種種困難。他們的話並非毫無理由,但我仍堅信,我們放棄專利權永遠是正當的行動。」在嚴濟慈先生撰寫的《居裡和居裡夫人》一書中,還載有瑪麗這樣一段耐人尋味的話:「人類需要善於經營的人,他們善於謀自身的利益,但同時也應該不損害大眾的利益。人類更需要夢想者,他們一心追求一種大公無私的事業的發展,因而無暇兼顧個人的物質利益,人們盡可以說,這些夢想者不配享受財富;事實上他們壓根兒不希望享受。但是一個組織得好的社會應該把完成工作所需的有效條件給予這些工作者,使他們不受物質缺乏的困擾,而能無牽無掛地專心從事科學研究。」居裡夫人的另一番話,道出了她甘當一個夢想者的原因。她說:「科學的探索研究,其本身就包含著至美,其本身給人的愉快就是報酬,所以我在我的工作中尋得了快樂。」
2.發現人工放射性的女中豪傑—J.居裡
伊倫·約裡奧-居裡
居裡夫人的長女,伊倫·約裡奧-居裡(1897~1956)1897年9月12日出生於巴黎,秉承了父母的智慧,從小就受到了科學的陶冶。父親皮埃爾·居裡的遺言「無論發生什麼事情,一個人也得照常工作」是她終生的座右銘。早在青少年時期伊倫就毫不動搖地選擇了研究放射性這一工作,成了她母親的得力助手。
伊倫是瑪麗的一位能幹的合作者,
也是一位出類拔萃的科學家
1925年,28歲的伊倫以釙的a射線為題的論文獲得博士學位。第二年,由於共同的事業和相互了解,她與鐳學研究所的年輕學者F.約裡奧結婚。1928年以後,約裡奧-居裡夫婦開始研究a粒子作用下的核子反應。結果表明,比較重的元素在a粒子轟擊下,並不容易發生核反應。1931年,他們用a粒子轟擊鈹、鋰、硼的原子核,產生了一種穿透力很強的輻射線,它能反衝擊氫的原子核。因此,他們設想這是一種新的基本粒子,其質量與質子相近,但不帶電荷,具有很強的穿透力。1932年英國物理學家查德維克重複了約裡奧-居裡夫婦的實驗,證明了確實存在這種新的基本粒子,並將它命名為中子,查德維克因此而榮獲1935年的諾貝爾物理學獎。
約裡奧-居裡夫婦20世紀20年代在鐳學研究所一起工作
中子發現以後,約裡奧-居裡夫婦利用天然放射性元素釙放射出的a粒子轟擊鋁、硼、鎂,結果鋁放射出了中子。但是,當a粒子停止轟擊時,他們發現鋁仍在不停地發射出正b射線,似乎這塊鋁已經人為地變成了放射性的物質,約裡奧-居裡夫婦抓住了這個難以解釋的現象,繼續深入地探索,終於發現了在用a粒子轟擊鋁時,已經產生了磷的放射性同位素。這就是約裡奧-居裡夫婦所發現的人工放射性,它為放射化學開闢了一條嶄新的道路,從此人們就能夠利用人工核反應獲得人工放射性物質。此後60年中,就有1500种放射性同位素被相繼研究出來,這對於化學分析、工農業、醫學、國防等領域是巨大的貢獻。約裡奧-居裡夫婦1935年獲諾貝爾化學獎。
約裡奧-居裡夫婦(圖右)1933年從挪威國王(圖中)手中接受諾貝爾化學獎
在20世紀30年代後期,伊倫是慢中子核轟擊的研究者之一。這一工作導致發現核裂變。但在1939年以後,為了防止這一重大成果可能被納粹用於核訛詐,進行核戰爭,伊倫及其合作者不再發表論文。但她們對核能的和平利用深信不疑。由於長期接觸放射性物質,伊倫的身體受到嚴重的損傷而身患白血病,終因醫治無效於1956年3月17日在巴黎病逝,享年58歲。1958年,弗雷德裡克也因白血病去世。
3.終身未婚「嫁給科學的人」—麗絲·邁特納
麗絲·邁特納
1878年11月7日,麗絲·邁特納(1878~1968)出生於奧地利首都維也納的一個猶太律師家庭。1901年考入維也納大學。1906年以優異的成績獲得了維也納大學哲學博士學位。邁特納在維也納大學物理研究所工作時接觸到了剛剛興起的放射科學,而對放射科學的研究最終成為她一生主要的奮鬥目標。
1907年,她到了柏林,先是在普朗克的指導下主修理論物理學,並成為普朗克的助手。後來她與哈恩合作研究放射性化學長達30年之久。當邁特納剛到威廉皇家化學研究所時,因她是女性而受到了詰難,被剝奪了進入實驗室工作的資格。無奈之中,她與哈恩一起,改裝了研究所的一個廢棄的地下室充當實驗室開展研究工作。
邁特納與哈恩
第一次世界大戰期間,邁特納受愛國心的驅使,志願到奧地利軍隊裡當了一名拍攝X射線照片的護士,因此中斷了她的研究工作。戰後她回到研究所繼續研究放射化學。1918年,邁特納被委以重任,成為威廉皇家學會物理部主任,並受命組織一個放射性物理系。1922年,邁特納獲得在柏林大學物理系授課的資格。1926年,她被提升為「編外副教授」。
1938年,希特勒吞併了奧地利,這時邁特納在柏林所處的境況已經相當危險了。為了免遭納粹的殺害,邁特納在朋友的幫助下逃離德國,流亡到了瑞典的斯德哥爾摩,任諾貝爾物理研究所的研究員。她在瑞典度過了22年之後,於1960年退休,後移居到英國劍橋。1968年10月27日,邁特納在90歲壽辰的前幾天去世。
統覽邁特納的科研人生,碩果纍纍。在她去柏林之前對放射性問題的研究中,就設計並做過一些實驗證實了a射線在通過物質時會發生偏轉,這一研究工作屬於這方面的最早實驗。邁特納在與哈恩的合作時,共同參與了對新釷的分餾以及b射線和g射線的研究等,取得了一系列重要成果,這對中子和人工放射性的發現,具有特殊的意義。第一次世界大戰結束後,他們共同發現了放射性元素釙。
邁特納關於「b射線的能譜是連續譜而並非是分立譜」的精密實驗觀察,及其於1929年與奧爾特曼聯名發表的這方面的論文,直接導致了泡利「中微子」概念的提出。
邁特納曾利用蓋革和米勒所精心改良過的計數器,獨出心裁地用來研究高度準直的窄g射線束的衰減過程。這項研究引導她把電子偶的產生看成了導致衰減的原因之一,從而她的工作也就成了最早觀察正電子的存在的實驗之一。
1938年底,邁特納和她的侄子弗裡胥(N.玻爾的學生,原子物理學家)曾對哈恩等發現的鈾裂變,做出了詳盡無疑的合理解釋,並將其命名為「核的裂變」。1950年,邁特納通過研究原子核的殼層結構理論,為認識核裂變和裂變物質的形成以及原子核殼層模型的建立做出了重要的貢獻。
基於邁特納在放射性方面的工作,哈恩在一封信中寫道:「她(指邁特納)作為鐳研究領域中首屈一指的科學家享有國際聲譽,就其作用而言,她可同諾貝爾獎獲得者瑪麗·居裡相媲美。」普朗克評論說:「她同奧託·哈恩一起可以被認為是『威廉皇家化學研究所的靈魂』,這個研究所之所以贏得榮譽和受到全世界的讚揚,應當歸功於這兩位研究者。」而愛因斯坦則直截了當地稱邁特納為「我們的居裡夫人」,並認為她的天賦高於瑪麗·居裡。
邁特納和玻爾(前排左三)等科學家在一起
邁特納是第一位獲得費米獎的女科學家,此外,邁特納還獲得了許多崇高的榮譽。邁特納是一個愛憎分明的正直學者,她對納粹分子充滿仇恨,而對慘遭希特勒迫害的德國科學家卻有著極其強烈的同情心。她反對核戰爭。拒絕美國政府邀請她參加原子彈的研究工作。
為了獻身於科學,邁特納終生未婚。她的一生中曾受到過一些極不公正的待遇。如:她曾不止一次被提名為諾貝爾化學獎的候選人,可從不曾獲得通過;她曾闡明了重核裂變的實質,可某些鼎鼎大名的德國學者卻絕口不談她的貢獻。但是,邁特納的豐功偉績是任何人所抹殺不了的。愛因斯坦曾於1945年指出:「原子能成了實用的能源,首先是由於鏈式反應的偶然發現,……他是由哈恩在柏林發現的,但哈恩還對自己的發現做出了不正確的解釋,做出了正確解釋的是麗絲·邁特納」。
4.卓越的女性義務科學工作者——G.邁耶
瑪利亞·戈佩特·邁耶
1906年6月28日,瑪利亞·戈佩特·邁耶(1906~1972)生於德國卡託維茲的一個教授世家,家族前六代都是德國大學教授。1910年,當G.邁耶4歲時,全家移居哥廷根,她父親被聘為哥廷根大學兒科教授。
20世紀20年代G.邁耶在玻恩的影響下,由原先主修數學改為攻讀物理學,認為「物理學很富有挑戰性」。她不僅成績優秀,而且性格開朗,酷愛運動,被公認為「哥廷根大學最出色的姑娘」。1930年G.邁耶順利地通過了由三位諾貝爾獎得主組成的博士論文答辯,獲得了哲學博士學位,並與約瑟夫·邁耶結為伉儷。婚後於1930年的愚人節共赴美國。丈夫在約翰·霍普金斯大學任教。根據當時的政策,不允許僱員的親屬特別是僱員的妻子在同一所大學裡工作。因此,G.邁耶只能做沒有任何報酬的研究。她除做些義務性科研外,還抓住一切時機從事自己的研究工作,發表了10篇量子力學在化學方面應用的論文,並和約瑟夫一起,出版了《統計力學》,這本書一直暢銷了44年。1933年,G.邁耶成了美國公民。
第二次世界大戰結束後,邁耶夫婦一同遷往了芝加哥大學,這裡是戰後美國科學實驗的中心。G.邁耶又一次拿不到薪水,成了「志願助教」,後來提升為「志願教授」。G.邁耶不但沒有計較這些,反而在芝加哥這個科研的「大舞臺」上大顯身手。她主持了一個理論物理自由論壇,服務於國會,幫助受僱職員,指導畢業生,為把芝大創辦成世界一流的大學默默地奉獻著。她曾自豪地說:「我們僅對未來的『海森堡』感興趣。」除在芝大做義務研究工作外,G.邁耶應她昔日的學生Sachs的邀請,在芝加哥城外阿貢國立實驗室做半天的帶薪工作。
就在這個時期,具有物理、數學紮實功底和解決問題特殊才幹的G.邁耶,經過長期醞釀後,萌發了攻克核的殼層理論的想法。原子中的電子數等於2、10、18、36、54和86時,該元素特別穩定。這些數稱為原子的幻數。根據量子力學的原理,原子的幻數是原子殼層結構中電子填滿殼層的數目。而原子核的質子數或中子數為2、8、20、28、50、82和126時,原子核也特別穩定。這是為什麼呢?G.邁耶試圖解決這些核的幻數,但一直沒有成功。
1948年G.邁耶與費米進行了一次討論,於是就出現了轉機。當時,費米問及是否存在著一種核子自旋和軌道運動的耦合作用。這對G.邁耶是一個重要的啟發。她很快就對核幻數做出了解釋。她證明了核具有殼層結構,每個核子都獨立地在其餘核子的球對稱勢場中運動。在她看來,質子和中子在軌道中彼此旋轉並自旋,似乎像舞廳裡一對對跳華爾茲的舞者。在考慮了核子的自旋和軌道運動的相互作用後,核的殼層結構能夠圓滿地解釋完整殼層的核子數即為幻數。核子的幻數和原子的幻數不同,但同時存在。G.邁耶報告了她的關於核的殼層理論的工作,與此同時,德國物理學家延森獨立地發表了差不多相同的核理論。1955年他們兩人合作出版了《原子核殼層結構的基本理論》一書,系統地闡述了他們的觀點。為此,倆人分享了1963年的諾貝爾物理學獎的一半。另一半為匈裔美國物理學家維格納所獲得。G.邁耶因此成了第二位摘取諾貝爾物理學獎桂冠的女科學家。
1960年邁耶夫婦遷到了加州,新成立的加州大學聖地牙哥分校提供他倆全薪正教授的職位,G.邁耶終於有了正規的、全日制、帶全酬的大學工作。從而圓了她父親的夢,成了她家族中的第七代教授,只是這來得晚了些。剛到加利福尼亞,G.邁耶不幸遇上車禍,身體受到嚴重的摧殘。雖然從此她再也不能發表文章,但她仍然一如既往地對物理學充滿著激情,依然是那樣的執著和專注。誠如她所說:「如果你熱愛科學,你真正想要的就是堅持工作,諾貝爾獎能使你激動一陣,但那改變不了什麼。」是的,為了所痴迷的物理學,為了對科學真理的執著追求,G.邁耶居然盡了整整30年的義務,這在科學史上實屬罕見。因此,她不愧是一位物理學的志願者,是值得全世界物理學工作者學習的楷模。1972年2月20日,G.邁耶病逝於肺栓塞,享年66歲。
5.淡泊名利的華裔「核科學女皇」——吳健雄
吳健雄
吳健雄(1912~1997)1912年5月31日誕生在江蘇省太倉縣(今太倉市)瀏河鎮一個開明的知識分子家庭。在家鄉念完小學後,吳健雄於1923年考入蘇州第二女子師範學校,1927年以優異的成績從該校畢業,曾在家鄉的一所小學執教兩年。接著考入南京國立中央大學數學系,一年後轉入物理系。1934年獲得了學士學位即受聘於浙江大學任物理學助教,後進入中央研究院從事科研工作。1936年走出國門留學於加利福尼亞大學,1940年自伯克利分校獲得博士學位。
二戰期間,吳健雄隨同丈夫袁家騮一起應邀參加了「曼哈頓計劃」,即參加了原子彈的研製工作。1952年任哥倫比亞大學副教授,1958年晉升為教授。同年,她被選為美國國家科學院院士,並且成為科學研究基金會的第一位女性獲獎者。與此同時,久負盛名的普林斯頓大學授予她榮譽物理學博士學位,成為該大學建校百年來獲此學位的第一位女性,她共獲得過15所大學的名譽學位。1972年被任命為普賓講座教授,此為哥倫比亞大學的最高榮譽。1975年曾任美國物理學會第一任女性會長,並獲得美國總統福特在白宮授予她的國家科學勳章。1978年在以色列榮膺沃爾夫獎。在她退休後的第一年,即1981年,義大利總統還授予吳健雄「年度傑出婦女獎」。真可謂是獲得了數項殊榮的巾幗英雄。1997年2月16日,吳健雄因病治療無效在紐約謝世,享年85歲。
1958年,普林斯頓大學將名譽科學博士學位第一次授予一位女性科學家--吳健雄,同時獲得普林斯頓大學名譽博士的還有李政道(前排右一)、楊振寧(前排右二)
在20世紀微觀物理學的發展中,吳健雄以她融實驗家和理論家為一體的非凡天才,在其所涉獵的諸多領域中,均做出了卓越的貢獻,堪與許多世界第一流的物理學家相媲美。正是她,使b衰變成為「最敏感、最實際和最有力的」「研究弱相互作用的探測手段」,「一次又一次地對研究弱相互作用起了重要作用。」在b衰變實驗中,她一共做出了10餘項極其重要的科學工作。其中最主要的有三項:一是對弱相互作用中宇稱不守恆的實驗論證;二是對b衰變理論的檢驗;三是證明了原子核在b衰變中矢量流守恆定律。按照我國著名物理學家陸琰院士的看法,一個物理學家只要做成這三項中的任何一項,就可以名垂青史了。
吳健雄在實驗室工作
然而,雖然吳健雄以精確的實驗結果證明了楊振寧和李政道提出的弱相互作用中宇稱不守恆的新論點,楊、李因此而榮獲1957年的諾貝爾物理學獎。令人意外的是吳健雄卻與此獎無緣。許多著名的物理學家對此深感惋惜和不解,認為諾貝爾獎虧待了吳健雄。如對楊、李、吳的工作都很了解的奧本海默,曾不止一次甚至公開表示,吳健雄也應該獲得此項榮譽。1986年拉比曾在一次公開聚會演講中指出:「吳健雄應該得到諾貝爾獎」。威爾遜也說過類似的話。但是,吳健雄對此卻毫不介意,有人問她是否感到遺憾,她很淡然地說:「當初做實驗的時候,根本沒有想到拿獎。」「我的一生,全然投身於弱相互作用方面的研究,也樂在其中。」「我研究科學,是為了科學,而不是它所帶來的榮譽。」吳健雄一生低調,求真和務實,從不愛渲染自己,特別鄙視那些誇大其詞的新聞炒作。如當時面對著一篇報導她的文章中所用的標題:「中國出生的吳博士,人稱世界最頂尖的女物理學家」,吳健雄很不高興,當即函告負責新聞發布的部門,表示「我不喜歡曝光,也不喜歡聳動的標題。」
從1973年起,吳健雄5次回到中國,4次返回家鄉。曾多次到南京大學、東南大學講學,還受聘為北京大學、中國科技大學等高校的名譽教授,以及中國科學院的外籍院士,等等。與此同時,她用她一生的私人積蓄,於1988年設立了「紐約吳仲裔獎學基金會」,用於獎勵當年她父親吳仲裔先生在其家鄉所創辦的明德學校品學兼優的學生,以及有突出貢獻的教師。1995年,她從美國的英特公司訂購了30臺電腦,贈給明德學校建立計算機中心,如此等等,從而表達了她心繫祖國不忘家鄉的赤子之情。
在國際學術界,有許多傑出的女性,相對來說,女科學家比較少,而產生世界性影響的女科學家更少,產生重大世界性影響的女科學家則少之又少。居裡夫人、J.居裡、麗絲·邁特納、G.邁耶和吳健雄,就屬於這少之又少之列。這五位在核物理學領域屢建奇功的巾幗英雄都具有唯真求實的理性精神、敢為天下先的開拓創新精神、鍥而不捨的拼搏精神以及無私奉獻的科學獻身精神。身為核物理學家,她們拒絕研製核武器,主張核能源為人類謀福利。在她們看來,只有以人道和美德作後盾的核科學,才能保證其與社會的協調發展。所有這些,都是永遠值得世人讚頌和學習的。
五位女科學家雖然早已相繼地離開了我們,但其所做出的卓越貢獻與崇高精神將與世長存,她們是五朵永不凋謝的科學之花。
本文選自《現代物理知識》2011年第2期 時光摘編
《現代物理知識》
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