【女科學家】無酬研究,摘下諾貝爾物理桂冠──瑪麗亞‧梅爾

圖片來源:維基百科
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撰文|游伊甄

瑪麗亞‧梅爾(Maria Goeppert Mayer,或譯為瑪麗亞·格佩特-梅耶)戴著珍珠項鍊,一身襲花色長洋裝,出席1963年諾貝爾的頒獎典禮。從黑白紀錄片上看到,瑪麗亞˙梅爾臉上並沒有雀躍之情,只是以一個溫和的微笑回應掌聲。「獲獎的喜悅,不及研究的一半。」瑪麗亞‧梅爾這麼說。

從1930年博士班畢業開始,瑪麗亞‧梅爾有30年的時間,受到無教授職或是無給薪的待遇。直到,1960年,她才和先生一同獲聘為美國加州大學聖地牙哥分校物理系的有薪正教授。30年的光陰,支撐她的僅有對於學術研究的熱情,對她來說,不管是薪水或是外界的掌聲都如浮雲,唯一的報酬就是創發的喜悅。

瑪麗亞‧梅爾是繼瑪麗亞‧居里(Marie Curie)之後,過了50餘年,第二位奪下諾貝爾物理獎的女性。她出生在一個學術世家,她的父親是小兒科教授,她自己也以延續家族的學術歷史,身為第七代為榮。然而,一名1906年6月28日出生於德意志帝國(今波蘭)的女性,求學之路並不容易。她所讀中學的經營者是積極鼓吹婦女有參政權的一位運動人士,但學校臨時破產,瑪麗亞˙梅爾提早一年參加大學入學考試,錄取進入哥廷根大學(University of Göttingen),她先念數學、後攻物理。

她跟著指導老師馬克斯‧玻恩(Max Born)主修原子物理學和量子力學。有趣的是,她的指導老師以及1930年博士論文口考的兩位主考官,詹姆斯‧弗蘭克(James Franck)和阿道夫‧溫道斯(Adolf Windaus)日後也都獲得諾貝爾獎的殊榮。

當時,來自美國的約瑟夫‧梅耶(Joseph Mayer)寄宿在瑪麗亞‧梅爾家中,兩人志趣相投,在1930年結婚,不管是研究或人生路途都共結連理。約瑟夫‧梅耶獲聘為美國霍普金斯大學的副教授,該校為避免裙帶關係,拒絕聘任瑪麗亞‧梅爾為教職,但是給予她助教的工作、一份低廉的薪水。為了獲取辦公空間以及系上的研究設備,即便在這樣處境之下,她只能為了繼續研究而對待遇做出妥協。但是,她並不因此對研究鬆懈。

瑪麗亞‧梅爾在1935年在《物理評論》發表一篇開創性的論文,學術史上首度計算原子核的雙貝塔衰變過程。身處於男性絕對多數的學術領域,她不抱怨不平等待遇,研究成果是最好的發生。但是,這篇論文的成功,反而讓她不見容於對女性有敵意的理學院院長,院長遷怒她的丈夫,約瑟夫1937年被霍普金斯大學解聘。

約瑟夫隨後在哥倫比亞大學安頓下來,瑪麗亞˙梅爾則到物理系擔任無薪工作。她在這裡和費米(Enrico Fermi,1938年度諾貝爾物理學獎得主)一起研究稀土。二戰期間瑪麗亞˙梅爾也曾參與原子彈的研發計畫。

瑪麗亞‧梅爾和丈夫1946年輾轉來到芝加哥大學,這一次,瑪麗亞‧梅爾獲得副教授的頭銜,但依然是無薪職。她同時在阿貢國家實驗室(ANL)以「資深科學家」為名兼職。費林比梅爾夫婦早一年來到芝加哥大學,而瑪麗亞‧梅爾再度受到費林的指點,她在這裡提出「原子核殼層模型」,這項為她贏得諾貝爾桂冠的理論。

起初,她在和Edward Teller共同主持的一項研究元素起源的計畫中發現「魔數」。瑪麗亞‧梅爾在建構同位素含量表的過程中發現,帶有2、8、20、28、50、82或126個質子或是中子的原子核,特別地穩定。她進一步提出原子核的殼層結構。

其實,在此之前也曾有物理學家發現帶有特定數目核子數的原子核會特別穩定。但是,物理學家們深信另一套把原子核看作均勻體的液滴模型。瑪麗亞˙梅爾相對來說,較少受到核物理的正統訓練,反而能夠突破這層偏見。她蒐集「原子核殼層模型」的證據,1948年在期刊上發表。

瑪麗亞‧梅爾提出「原子核殼層模型」,建立「魔數」系統來表示原子核的殼所排列的質子和中子的數量。但是,起初她沒有完整的論述來解釋此模型,諸如特定之順序、高於20的魔數等。

某次,她和費米討論時,費米問到:「順便說一句,有沒有任何旋轉軌道耦合的證據?這發生在兩個運動耦合,例如地球旋轉在繞太陽運行的軸上?在原子中,電子在運動的時候,就是在原子核的軸上自旋?」

這句話像電光石火給了她靈感,為這項理論拚起最後一塊重要版圖。瑪麗亞˙梅爾在當天晚上就完成所有的計算。這項研究於 1949年發表。

瑪麗亞‧梅爾縱然孜孜不倦於研究,但是她仍然遭受30年的不公平待遇,並沒有獲得相應的薪資以及職位。直到1960年,她和先生應聘為美國加州大學聖地牙哥分校物理系的有給職正教授。她大半輩子的努力,終於獲得相應的報酬。

1963年,諾貝爾物理獎公布,瑪麗亞‧梅爾獲得桂冠加冕。這是瑪麗亞‧居里之後,第二位獲獎的女性。她當年57歲,和德國物理學家約翰內斯•延森(Hans D. Jensen)、美國物理學家維格納(Eugene Wigner)三人共同獲獎。

可惜的是,這位一生為自己的研究場域奮戰不懈的瑪麗亞‧梅爾,獲獎後不久中風,並且於1972年,67歲病逝。美國物理學會、阿貢國家實驗室各自將一個獎項命名為瑪麗亞‧梅爾(Maria Goeppert Mayer)以紀念她對於物理研究的開創性發現。

 

參考文獻:

1.The Nobel Prize in Physics 1963
2.物理雙月刊(2009.08)。

 

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