女性物理學家莎拉琪克:我永遠不會放棄物理

2021-01-11 36kr

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編者按:2020年初,物理學家米裡亞姆·莎拉琪克因「對固體和分子磁學中電子傳輸物理學的基本貢獻」而被選為2020年美國物理學會研究卓越成就獎章獲得者。在她的職業生涯中,雖然遭遇過性別歧視、家庭變故,但仍在專業領域的研究中建樹頗豐。她用實際行動證明了女性科學家的「堅韌品質」。本文來自《紐約時報》,作者,原文標題「Myriam Sarachik Never Gave Up on Physics」。

圖片攝於2020年8月25日|攝影Calla Kessler|圖片來自《紐約時報》

近藤效應的證明人

1963年,米裡亞姆·莎拉琪克(Myriam P. Sarachik)解決了她所在領域的一個重大問題。

近幾十年,物理學家們注意到某些金屬在電阻方面表現出奇怪的特性:通常情況下,金屬溫度越高,電流通過金屬就變得更困難,電阻升高;反之,電子容易移動,電阻降低。但有些時候,隨著金屬不斷冷卻,電阻反而開始上升,這讓物理學家們百思不得其解。

在近代,這一現象被稱作近藤效應(Kondo effect)。之所以用日本物理學家近藤俊(Jun Kondo)的名字命名,是因為他成功地解釋了這一現象。近藤效應被認為是理解電子在固體中反應的重要因素。

但是近藤是一名理論家而非實驗家,他不是第一個證實自己理論的人,這一理論最終是由莎拉琪克博士證實的。

87歲的莎拉琪克現已退休,在此之前她在紐約城市學院(City College Of New York)擔任了半個多世紀的物理學教授。

這項實驗讓她獲得了美國物理學會(American Physical Society)最高榮譽——研究卓越成就獎章(Medal For Extrational Achievement In Research)。但這只是莎拉琪克博士無數的成就之一而已。

為女性打開科學大門

2020年1月份,她在華盛頓舉行的頒獎儀式上說:「那麼,我現在站在這裡了。這一切都非常不可思議,因為我差點沒能進入這個領域。」

她的物理學職業生涯始於上世紀。蘇聯在1957年發射了第一顆人造衛星,在1961年把第一位太空人尤裡·加加林(Yuri Gagarin)送上太空。彼時美國正和蘇聯競相進行太空和科學競賽,美國大學陸續建立和擴建物理系,行業就業機會也很多。

但即使身處科學的黃金時代,莎拉琪克博士這樣的女性也並未被鼓勵參與其中。

在驗證近藤效應兩年之前,莎拉琪克屈於當時大眾的期望,在紐約哥倫比亞大學完成博士學業後就擱置了自己的物理研究工作。她回歸家庭,照顧自己新出生的小女兒凱倫(Karen)。

回憶這一切,她說:「我在家裡呆了一個月,然後我意識到自己要活不下去了。」

她的丈夫菲利普(Philip)是哥倫比亞大學電氣工程的助理教授。他那時候也督促莎拉琪克重回研究領域。「我寧願僱一個保姆照顧凱倫,也不想故一個精神科醫生(照顧莎拉琪克)。」

但當她去紐約的某個物理會議上找工作時,情況並不如意。與她哥大的同學不同的是,她並沒有受到任何面試邀約。「我什麼都沒有,什麼結果都沒有。我開始變得不開心,非常非常不開心。」

絕望之中,她去找自己以前在哥大的教授保利卡普·庫施(Polykarp Kusch)。「我請求他幫幫我,他卻來和我爭論。他說:『你並不是真的想做你以為自己想做的事。你不想做研究。也許你可以找一個兼職的老師工作。』然後我說:『不,我就是想做研究。』」

最終教授屈服了。「他說:『好吧米裡亞姆,我們會僱傭你。我不知道你為什麼想這樣做。但如果這是你心中所願,你當然有權利去嘗試一下。」

在後來的一次採訪中,莎拉琪克這樣評價庫施:「他有偏見,我們人人都有偏見,但他願意超越偏見去做事。」

轉天,莎拉琪克就收到了位於新澤西州AT&T研究部門的比爾實驗室的電話。貝爾實驗室在當時是一個先鋒性的基礎研究聖地。莎拉琪克說,她被錄用的職位相當於兩年的博士後職位。

在全新領域做嘗試

在比爾實驗室裡,這個關於電阻的古怪問題吸引了她的注意。她說:「沒有人知道這是為什麼。」

實驗室裡的其他人都在研究鈮、鉬等微量元素或者含有鐵元素的合金。少量的鐵有時候會在材料中呈現出磁鐵的特性。莎拉琪克卻專攻這些磁性合金的電阻變化與溫度的關係:從零下459華氏度到零下350華氏度間,電阻與溫度的變化是怎樣的。

測量電阻其實很簡單,高中的實驗室就能做出來。控制超低溫也不是什麼難事。儘管如此,莎拉琪克卻覺得這個全新的領域值得嘗試。

在鐵出現磁性的情況下,她觀察到電阻反常地隨著溫度的下降而增加。而當磁性消失時,電阻回歸正常:隨著溫度的下降而下降。

莎拉琪克的這一發現引起了近藤的注意,後者提出的計算表明,在合金逐漸冷卻的情況下,磁性原子會導致電子散射,進而增加阻力。

莎拉琪克說,當近藤向她發送自己的論文的早期版本時,她就立馬意識到自己的實驗符合他的計算。她的實驗首次證實了近藤效應。

但她的成就並沒有得到重視,包括貝爾實驗室的同事們都忽視了她的貢獻。「多年來我一直沒有得到認可。」

很快她就開始找新工作了。她回憶說自己在實驗室的員工中排名倒數第三,在兩年任期結束後,她沒有得到留用機會。那時候她丈夫也沒有得到留任哥倫比亞大學的機會,所以兩個人決定離開紐約。

如今,兩名已婚學者可能會選擇去同一家公司或者學校,以達到某種平衡。但是在60年代,這樣的妥協並不多見,丈夫的工作永遠是最重要的,而向妻子提供一份工作常常被認為是有裙帶關係的結果。

結果是,菲利普收到了密西根大學和馬裡蘭大學等一流大學的邀請,而莎拉琪克僅申請到了馬裡蘭大學臨時博士後的職位。

菲利普所在的研究室也給莎拉琪克了一個職位,但是工資比男性低幾千美元。她拒絕了這份工作,雖然這在當時是一種普遍行為,雖然她當時沒有別的選擇。

莎拉琪克決定繼續走物理學的路。「我不是一個投降者,我不會投降。」

圖片來自《紐約時報》

悲傷與韌性

莎拉琪克有一個動蕩的童年,因此常常覺得難以適應環境。她出生在比利時的猶太教家庭裡,那時候在隔壁的德國,希特勒的力量正在日益壯大。他們一家通過假證件和賄賂才逃離集中營,然後一路逃到古巴,再奔向紐約。她是最早進入布朗克斯中學(The Bronx High School of Science)的女孩,之後又讀了巴納德學院,接著在哥倫比亞大學上了物理課。

在她開始學習物理的年紀,科學的大門正慢慢向女性打開。「如果我早生20年,我不認為自己有機會學習物理。」

她後來的丈夫在研究生的課上遇見了她,並鼓勵莎拉琪克學下去。「他非常支持我,給了我空間,讓我去做自己的想做的事。」

1964年,當米裡亞姆·莎拉琪克找工作四處碰壁時,菲利普表示願意把自己的Offer轉讓給她,直到她自己在同一片區找到了工作。她的丈夫說:「我手上有足夠的機會,但是她沒有,所以兩個人在同一地區紮下根來是很難的。」

最終,當菲利普入職紐約大學之時,莎拉琪克也加入了紐約城市學院。幾年之內,她從助理教授被提升為終身教授,她的事業蒸蒸日上。

再後來,她的小女兒利亞(Leah)被謀殺了。

在1月份的演講中,莎拉琪克用平靜的語氣說:「我的家庭受到了毀滅性打擊,這比我失去10年至15年的工作經驗更痛苦,在座的一些人應該了解這件事。」

1970年,在秋季學期開始的時候,家裡的保姆開著莎拉琪克夫婦的車,載著他們的小女兒一去不復返,大女兒凱倫則被留在家裡。12天後,警方發現保姆吞服大量安眠藥後死在車裡。小女兒的屍體則在一個月後被發現。

莎拉琪克從此在公寓的牆上刺滿了針。於此同時,她還幫自己的研究生拿到了學位,教了一些課。

漸漸地,她重新回歸研究。

1980年左右,當她想要繼續自己的研究時,她發現自己在紐約城市學院物理系的實驗室已經變成了「垃圾儲藏室」。莎拉琪克發消息要求其他人移走自己的物品,但是沒有人回應。隨後她又發消息,稱沒有人來領的物品都會被當成垃圾處理掉。

她終於用這種方式「奪」回了自己的實驗室。

大概在這個時候,佛羅裡達州塔拉哈西國家高磁場實驗室的首席科學家蘿拉·格林(Laura H. Greene)和莎拉琪克進行了第一次會面。格林那時候剛剛加入貝爾實驗室,而莎拉琪克加入該實驗室已經是20年前的事情了。

格林說:「我不知道她剛剛重新回歸物理學研究,我知道她身上發生了不幸的事。」

格林那時候剛剛轉了物理研究的方向,需要大量學習莎拉琪克的研究成果。格林回憶說:「她的耐心是無限的,而且很擅長解釋問題。」

新的篇章

在莎拉琪克第二階段的研究中,她成了打破常規的代名詞。

她開始研究一些二維材料(通常是絕緣體)如何變成導體。很多理論家都對此表示質疑。格林對此評價道:「這(些研究)太超前了,她把研究推到了極致。」

的確,理論學家們無法解釋她的實驗成果。

莎拉琪克還領導了一些實驗,探索像磁鐵一樣的分子的量子反應。這些分子的兩級都由幾百個原子組成,可以在寒冷的條件下自發翻轉。對於這種翻轉,古典物理學一直不予承認。

另有一些科學家也想要證明這一點,但當時這些材料只能被製成粉末。這些晶體斑點的磁場指向隨機的方向,證據並不充分。

莎拉琪克有一名學生叫喬納森·弗裡德曼(Jonathan Friedman),他提出了一種解決方案:將粉末混合到液體膠裡,將混合物放置在超強的磁場中。膠水幹了以後,晶體仍然指向同樣的方向。這時候數據就變得清晰且令人信服。

研究結果有怎樣的影響呢?「這個領域以專題研討會開始,以上千名理論家和實驗家為之工作結束。」雷曼學院和紐約城市大學研究生中心的物理學教授尤金·丘德諾夫斯基(Eugene Chudnovsky)這樣評價。「她(指莎拉琪克)是一名好的物理學家,因為她非常聰明。」丘德諾夫斯基提名莎拉琪克授予美國物理學會獎章。

在頒獎典禮上,她回顧了自己的物理學生涯:

「在物理方面,女性不比男性差也不比男性好。但女性——至少是我這個年齡段的女性——會展示出更強大的韌性,一種堅韌,一種決不會被推出局的意志。」

譯者:Michiko

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