大師 | 另一個費曼

2020-08-26 陝西藝網網絡科技

費曼是誰？這個問題看起來好像是道「送分題」。理察·費曼（Richard Feynman）是諾貝爾物理學獎得主，是20世紀最著名的物理學家之一，是出色的邦戈鼓愛好者，是……

不不不，不是這個費曼。

物理學界還有另一位費曼博士，她就是天體物理學家喬安·費曼（Joan Feynman）。她在太陽風粒子和太陽風場、地日系統以及磁層物理學的研究上做出了重要貢獻，尤其是，她的研究為理解極光起源奠定了基礎。

喬安建立了一個模型，能夠預測太空飛行器在其生命周期內可能遭遇的高能粒子的數量，並發現了一種預測太陽黑子周期的方法。在整個科學生涯中，她參與發表了近200篇科學論文。她是首位當選美國地球物理聯合會（AGU）官員的女性，並被NASA授予傑出科學成就獎章。喬安有一個比她大9歲的哥哥，就是理察·費曼。

一

能培養出兩位傑出的物理學家的家庭，一定有著不同尋常之處。

喬安的父親梅爾維爾（Melville）是紐約的一位猶太商人，他對科學有著濃厚的興趣。和當時的大多數人一樣，梅爾維爾並沒有接受過正規的大學教育，但他願意閱讀研究手邊的任何材料。母親露西爾（Lucille）是一位家庭主婦，也是一位開明的民權活動家。露西爾年輕時曾參與遊行，積極爭取婦女的選舉權。

在喬安還很小的時候，父親給她講的睡前故事是大陸漂移，那時魏格納（Alfred Wegener）剛提出他的大陸漂移學說不久。在散步時，他們一家喜歡玩一個遊戲，名叫「注意有趣的事情」。比如，父親會讓他們觀察一片葉子，葉子上剛剛孵出的小蟲，小蟲會慢慢吃下葉子的邊緣，然後逐漸長大。這就是理察後來經常提到的「發現事物的樂趣」。

理察與喬安

費曼一家總是充滿歡笑。露西爾知道生活不易，而對抗這種艱難的方法是發現其中的樂趣。理察和露西爾經常開玩笑逗樂喬安和梅爾維爾，直到喬安笑著倒在地板上。

但即使生活在這樣一個歡樂而開明的家庭中，在8歲那一年，喬安還是得到了一個「噩耗」——「女人不能研究科學，因為她們的大腦不適合。」露西爾對她的女兒說道。

對於一個對科學充滿好奇的小女孩來說，聽到自己的夢想永遠無法實現，無疑是一個毀滅性的打擊。這句話甚至對她日後產生了不可磨滅的影響，她回憶說，從那之後，她總是不由自主地懷疑自己的能力。

但露西爾說出這樣的話並非是刻薄，而是她相信這個事實，畢竟任何人都無法脫離生活的時代背景。那是1935年，在那個時候，甚至連劍橋大學都尚未開始向女性學生正式頒發學位。科學界更是一個男性佔據絕對主導地位的領域。用喬安的話說，「居裡夫人似乎是一個神話人物，而不是一個可以努力效仿的真實的人」。

二

儘管如此，家中有一位成員卻始終在鼓勵喬安，那就是理察。

喬安出生時，哥哥理察已經9歲。天生好奇的理察喜歡質疑一切，在父母的鼓勵下，他的生活似乎是進行一系列實驗的機會。喬安剛剛會說話時，理察就開始對她進行數學訓練。喬安回憶過，她最早的一段記憶來自兩歲的時候，理察做著鬼臉逗她開心來獎勵她，因為她答對了哥哥出的簡單的數字問題。

理察對科學的熱愛感染著喬安。或許也可以說，理察演示和解釋事物的能力似乎也是在喬安那裡最早發展出來的。晚上，當喬安喊著要喝水的時候，理察會把裝著水的玻璃杯轉來轉去，展示離心力的「魔法」。理察還喜歡教她一些事情，比如他會說，所有東西是由原子組成的。他看見畫框上的直角，就會讓喬安跟著念出畢達哥拉斯定理。等喬安大一些，理察還會「僱傭」喬安在家中自己的電子實驗室工作，成為「實驗助理」。

喬安自己覺得，或許有一個晚上改變了她一生的軌跡。那晚，理察把她從床上叫起來，帶著她到了一個空曠的地方，她第一次在天空中看見了極光。理察告訴她，還沒有人知道極光到底是如何形成的。

後來，理察離開家前往MIT繼續求學，但他向妹妹保證，有任何科學問題都可以問他。那時，兄妹倆經常來回郵寄一本筆記本，理察也會出一些數學題讓妹妹回答。直到喬安14歲生日的時候，理察給她帶回了一本羅伯特·賀拉斯·貝克編寫的《天文學》教材，那是當時的大學天文學教材。

她反反覆覆地閱讀，一點一點理解，直到有一天她讀到：「根據塞西莉·佩恩-加波施金（Cecilia Payne-Gaposchkin）的研究……」這句話看似沒什麼特別之處，但讓喬安眼前一亮。因為「塞西莉」顯然是一位女性的名字。塞西莉·佩恩-加波施金是20世紀著名天文學家，她在自己的博士論文《恆星大氣》中提出了恆星主要由氫和氦組成的理論。起初，這與主流科學界的理論並不相符，但後來卻被觀測證實是正確的。

這讓喬安開始相信，女性可以研究科學。1944年，喬安進入歐柏林學院開始本科學習，那是美國最早錄取非裔學生和女性學生的學院之一。

三

即使在這樣思想相對開放的學校中，事情仍然沒那麼順利。物理課上，加上喬安一共只有3位女性學生。在大一的實驗中，喬安的一位男性實驗搭檔非常糟糕，幾乎所有實驗只能靠喬安自己完成，但最後這位男同學的期末成績卻是A，而喬安只拿到了D。

從歐柏林學院畢業後，她前往雪城大學，選擇固態物理學作為博士研究方向。博士畢業後，她已經是一位妻子，也是一位母親，這樣的身份在當時對她在科學界謀得一職毫無益處。在短暫的工作和幾年的家庭主婦生活後，1962年，她在哥倫比亞大學拉蒙特地球觀測站找到了一份兼職，正式踏入地球磁場的研究領域。

喬安的研究主要集中在地球的磁層上。磁層就好像一個地磁「泡」，包裹著地球，讓它免受太陽風的侵擾。太陽風主要由帶正電的質子和帶負電的電子組成，它會以極高的速度從太陽中衝出來，產生所謂的星際磁場。

太陽風與磁層的藝術構想圖。圖片來源：NASA

在20世紀60年代初，人們對太陽風和磁層的相互作用不甚了解。喬安的研究表明，這種星際磁場相對於地球磁場的方向，在太陽風與地球的相互作用中起著重要作用。她的開創性研究讓人們開始認識到極光的產生機制。

她對極光這一領域非常感興趣，迫不及待地想把這些和哥哥分享，因為很多年前，是理察第一次向她介紹了這種美麗而神秘的現象。但她轉念一想，理察太聰明了。於是她對哥哥說：「我不想我們之間產生競爭，所以讓我們在物理學裡『分分蛋糕』吧。我負責極光，你負責宇宙剩下的部分。」理察爽快地答應了。

後來一個有趣的傳聞說，理察在阿拉斯加一個極光研究中心參觀時，實驗室負責人介紹了很多地球物理現象，並表示這些現象尚未得到解釋。負責人問理察是否有興趣進行這些研究，理察回答說，他必須徵得妹妹的同意——但喬安沒有同意。這個故事傳開後，許多人見到喬安都想向她求證這是不是真的。也曾有地球物理學家開玩笑：「讓我們感謝理察·費曼，他沒有闖入這個領域，讓我們才有機會在這裡盡情玩耍。」

四

然而在當時，即使和哥哥「約法三章」，但喬安自己的職業生涯並沒有就此順利地走下去。1963年，她隨當時的丈夫搬去了加州，不得不離開哥倫比亞大學的實驗室。而後，喬安輾轉了許多科研機構，換了很多次工作，她和丈夫也在幾年後分開，生活和工作都不順利。但她始終不願意放棄工作，她喜歡科研，也無法忍受完全成為家庭主婦的生活。這樣不穩定的生活直到1985年才結束，那一年，她接受了NASA噴氣推進實驗室（JPL）的一個職位，並在JPL一直工作到退休。

即便如此，她仍然在科學上做出了不可忽視的貢獻。1971年，在NASA艾姆斯實驗室短暫工作的期間，她發現被稱為日冕物質拋射（CME）的太陽周期性噴發現象，可以通過太陽風中氫的存在來確認。這非常關鍵，雖然人們在當時已經知道了CME，但一直很難探測到它。

在JPL，喬安還開發出一個統計模型，能夠計算出太空飛行器在生命周期內會遭遇的高能粒子數量。她一直對太陽物理學和地磁學領域非常感興趣，無論是耀斑、太陽黑子還是極光，都深深吸引著她。後來，她甚至開創性地將這些研究應用到人類學中。她和天體物理學家亞歷山大·魯茨邁金（Alexander Ruzmaikin，也是她的第二任丈夫）合作研究了太陽周期和氣候變化的之間的關係。

喬安幾十年的科學生涯，正好也是社會對女性的科學貢獻的看法產生巨大轉變的時代。這樣的鬥爭對於身處其中的人來說並非易事，但她始終沒有放棄。即使到了90多歲高齡時，她仍然在研究「太陽的一些瘋狂的現象」。

2020年7月21日，喬安·費曼去世，享年93歲。她把一生的熱情獻給了太陽。

參考來源：

https://findingada.com/shop/a-passion-for-science-stories-of-discovery-and-invention/joan-feynman-from-auroras-to-anthropology/

https://hackaday.com/2017/11/21/joan-feynman-found-her-place-in-the-sun/

https://sunearthday.nasa.gov/podcasts/transcripts/SWLH-BIO_Joan_Feynman.pdf

本文來自微信公眾號：原理

作者 | Takeko

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