玛丽亚 · 戈珀特 · 迈耶－杰出的女核物理学家

发布时间：83年10月28日

Louis Haber 编译徐福生

1906年6月28日，玛丽亚在波兰的卡托维兹（当时是德国的一部分）呱呱坠地，她是弗里德里希 · 戈珀特（Friedrich Goeppert）和玛丽亚 · 戈珀特（Maria Goeppert）的独生女。父亲是家庭的第六代教授，母亲在学校当老师，教法语、钢琴、唱歌，而且表现出色。虽然玛丽亚同母亲比较亲近，受父亲的影响却更大。她说：“不错，父亲对我更具有吸引力，归根结底，因为他是位科学家。”亏得他，玛丽亚对科学的热爱与日俱增。他乐于带她去郊游，同她一道观察日蚀和月蚀，一道采集化石。后来玛丽亚登上讲坛时，她常说：“在我的父亲看来，我简直就是第七代大学教授。”

1910年玛丽亚4岁时，全家迁居戈廷根，父亲被任命为戈廷根大学医学院儿科学（儿童医护科学）教授。对于玛丽亚来说，这次搬迁很幸运，因为这所大学的物理系当时正在变成促进新物理学（即现代物理学）发展的中心。像理论物理学领域的马克斯· 波恩（Max Born）及实验物理学领域的詹姆斯 · 弗朗克（James Franck）那样的一些人也在那里、这两个人都获得了诺贝尔物理学奖。恩里科· 费米（Enrico Fermi）来到戈廷根大学，同马克斯 · 波恩一道学习物理学，他坚韧不拔，并赢得了诺贝尔奖，他在后来研制原子弹的工作中起了举足轻重的作用。对于玛丽亚来说，这个环境令人振奋，激发人上进。

玛丽亚是一位出类拔萃的学生，念小学时，她的语文和数学就学得格外出色。1921年，她进入弗劳恩施特迪姆（Frauenstudium），这是一所私立学校，宗旨是要让女孩子们通过戈廷根大学入学考试。当时，要让戈廷根大学录取一名女生是相当困难的。玛丽亚刻苦攻读，两年后参加入学考试，成功地通过并于松24年被录取。她被誉为“戈廷根大学最标致的女孩子”。

在这所大学里，玛丽亚专攻数学。在招收女生的高等学府中，戈廷根大学数学师资力量雄厚，因为当时德国失业现象很普遍，所以能谋得一份教数学的工作算是不坏的了。然而，上大学三年级时，她受马克斯· 波恩的影响，转攻物理学，以后她的毕生精力全都奉献给了这一领域。

玛丽亚念大学时，物理学研究引人入胜，并经历着天翻地覆的变革。科学家们原先认为原子是个带正电荷的固态壳体，壳体上嵌有叫做电子的带负电荷的粒子（像葡萄干粘附在布丁上一样）。正负电荷抵消，使原子呈中性o1911年，这种理论被推翻了，当时，欧内斯特· 卢瑟福（Ernest Rutherford）在英国完成了他著名的“散射”实验。根据这个实验，他得出结论：一个原子的全部正电荷和几乎全部的质量（或重量）都集中在它中央的一个叫做原子核的微小区域内。他说，原子核周围空空荡荡，只有一些带负电荷的电子像行星绕日似地绕核旋转。

1913年，尼尔斯 · 波尔（Niels Bohr）修改了卢瑟福的理论，他认为原子的电子都在一定的圆形轨道上绕核旋转，每条轨道离核的距离一定。此外，这些电子并非在单一的行星轨道上运动，而是在整个空间运动，形成包绕着核的壳层，因此，电子轨道常常被说成是一些壳。到1932年，进一步的实验表明，除电子外，原子中还有更多的粒子，即质子和中子，结果。勾画出下面这样一幅原子图式：

1. 原子由聚集在核内的质子和中子以及在离核较远的一定的壳层内绕核运动的电子组成。

2. 每个电子都带负电荷。

3. 每个质子都带正电荷。

4. 中子是中性微粒。

5. 由于质子数等于电子数，所以原子都呈电中性。

这些理论帮助解释了科学家通过实验所发现的大量现象及问题，但同时还是有一些问题无法用它们来圆满地加以解释。科学家们作了更深入的研究，进一步实验，结果作出了更多的改动，从而使原子在今天看来有一个位于中央的带正电荷的原子核，它的质子和中子全都包含在核内。电子绕核运动着，其数目等于核内质子数。但是，人们并未假定电子绕核运动时有确定的轨道，而是认为它们以一种电子云的形式分布在原子核的周围，任何特殊的电子在电子云内的位置都不确定。

在玛丽亚生活的那个时代，对原子，尤其是对原子核的认识是相应肤浅的。然而，当时正在发生巨大的变化，核杨）理学这门新科学迅猛发展。二十世纪二十年代，恩里科· 费米和罗伯特 · 奥本海默（Robert Oppenheimer）——很久以后，他们都成为研制原子弹的先驱——以及其他一些物理学家纷纷被吸引到戈廷根大学；物理学流域的开创性工作绝大多数都在那时进行着。

这时，一位名叫约瑟夫· 迈耶（Joseph Mayer）的青年化学家从伯克利加州大学毕业，1928年，他来到戈廷根大学当詹姆斯·弗朗克的研究生。那时，大学毕业生常常从外国来到德国，寄宿在教员家里。乔·迈耶（约瑟夫· 迈耶的昵称——译注）在戈珀特家搭伙，他在那儿遇上了玛丽亚并爱上了她。他们热恋着，1930年在市政厅举行了婚礼。同年，玛丽亚学完了原子结构（量子力学）博士课程，通过了博士答辩，获得博士学位（答辩委员会物理学家中有马克斯· 波恩和詹姆斯 · 弗朗克二位）。1924~1933年间发展起来的量子力学理论包含了极高深的数学内容，在描述电子在原子内的运动时，它对物理学家很有用。我们现在对原子结构的认识即以这一理论为依据。

婚后不久，乔· 迈耶受聘为美国马里兰州巴尔的摩市的约翰 · 霍普金斯大学化学副教授。1930年春，迈耶一家移居巴尔的摩。由于霍普金斯大学实行亲属隔离法（不准聘请夫妇在同一所大学里工作），所以玛丽亚无法在该大学取得薪职。然而，她却自愿在那儿工作，因为她热爱科学。学校给了她—个义务助教头衔。许多教职员工的妻室就是受到工科大学和综合性大学盘剥的。玛丽亚· 迈耶终于谋得了一份薪职，每年收入数百美元，工作是帮物理系一位教师同德国通信联系。她到底有幸在科学大楼的一隅干起自己的工作来了，不过，在霍普金斯大学，当时还没人从事量子力学领域的工作，这在欧洲是罕见的，在美国则不然。

1933年4月，纳粹德国的种族隔离法使大约200名教员丢掉了他们在大学里的饭碗。

詹姆斯·弗朗克（犹太人）不得不逃离纳粹德国，他应邀来到约翰· 霍普金斯大学。马克斯 · 波恩（也是犹太人）离开了德国。恩里科 ·费米从法西斯意大利逃出，因为他憎恶法西斯政权，而他的妻子劳拉又是犹太人。不消说，这些流亡者中有许多人在美国受到一些大学和研究所的欢迎。后来参与研制原子弹的曼哈顿工程的许多科学家，都来自那些被迫离开纳粹德国的人之中。阿尔伯特· 爱因斯坦（Albert Einstein，一位德国流亡者）利用他对相对论的研究，使开发原子能变成现实。希特勒的种族隔离法及一系列政策确实帮了同盟国的大忙。用一位历史学家的话来说，他的一些政策，结果“使有史以来移居美国的天才、学者和名流最高度地集中起来”。玛丽亚 ·迈耶替一个美、英教授团体管理财务，他们按期捐赠1%的薪金，去接济那些背井离乡的德国同事。

玛丽亚和乔·迈耶讲授了统计力学（物理学的一个分支，研究分子及其原子的结构）领域的一系列课程。后来，它充实成为教材《统计力学》，变成这一领域的经典。

1938年，他们的第二个孩子（儿子彼得）出世。翌年，一家人迁居纽约，在那儿，乔· 迈耶在哥伦比亚大学谋得一份副教授职位。他们住在新泽西州的利欧尼亚，离恩里科· 费米和哈罗德 · 尤里（Harold Urey，另一位诺贝尔奖获得者）两家不远。尤里也在哥伦比亚大学供职。他安排玛丽亚· 迈耶给学习化学的学生讲课。

1939年1月26日，他们在首都华盛顿参加了—个极其重要的理论物理学会议，会上，尼尔斯· 波尔宣布了二个发现，好像是核裂变，系用中子轰击铀的结果。它显然有军事意义，以恩里科· 费米，尤金 · 威格纳（Eugene Wigner），爱德华 · 特尔勒（Edward Teller）和维克多 · 韦斯科夫（Victor Weisskopf）为核心的一小伙物理学家对这一点洞若观火。这些人全是欧洲科学家，他们受纳粹和法西斯的迫害，在美国则受到了保护，他们早就意识到战争风云将笼罩欧洲。而1939年春天，美国土生土长的科学家们，还不曾那么早就从政治和军事两方面去看问题。会后，利奥· 西拉德（Leo Szilard）和威格纳、爱因斯坦三人于1939年7月进行了磋商，决定直接向罗斯福总统呼吁。在1939年8月2日写给总统的一封信中，爱因斯坦说明了事情的原委和必要性，要求给这项工作拨款，在这封信里，他说：“鉴于这一情况，您会认为有必要让主管部门同正在美国研究连锁反应的一批物理学家永远保持接触的……在大量铀内是能引起连锁反应的，通过反应将在短时间里产生出巨大的能量。现在几乎可以肯定，这在不远的将来就能办到。利用这种新现象，还将能制造出一些新型炸弹，可以相信，一些威力极强的新型炸弹会应运而生。一叶扁舟带上这样一颗炸弹，或在港口里把它引爆，就将彻底摧毁这个港口及附近的地区”（摘录）。

制造原子武器的决定是1941年12月6日（日本偷袭珍珠港的前一天）作出的。众所周知，结果搞了个曼哈顿工程，成功地研制出两种原子弹：铀弹和钚弹。

1939年9月，法、英对德宣战。1941年12月7日，日本轰炸了珍珠港，美届参战。偷袭珍珠港的第二天，玛丽亚 · 迈耶获得来美国后的第一个教师薪职。1942年1月至1945年12月，她在纽约州布朗克斯维尔的萨拉· 劳伦斯大学教数学和物理学。1943~1944年，她应尤里之请，离开萨拉 · 劳伦斯大学，赴哥伦比亚大学从事战争研究工作· 这是有关SAM（代用合金材料）工程的绝密工作，其任务是从贮量比较丰富的铀238中提炼出铀235。铀235能裂变，因而可用来制造原子弹，铀238则不行，玛丽亚· 迈耶手下有20名科学家。她的丈夫在马里兰州阿伯丁试验场参加军事工作，每星期在远离家庭的阿伯丁工作五天。第六天在哥伦比亚大学度过，对于两人来说，这种生活劳民伤财。由一位保姆照料玛丽安娜和彼得。

1942年，哥伦比亚的一大批物理学家迁往芝加哥大学，在那儿的一片瓜地里营建了一座东西，人们后来才知道它叫原子反应堆，费米正是在那里指导了这次世界上第一个用可裂变的铀235进行的自保持连锁反应试验。成功的消息从芝加哥传到哈佛大学詹姆斯· 科南特（James Conant）耳朵里时，仍然是令人难解的暗语：据称，“意大利领航员已在新大陆着陆*”，而新大陆指的是原子能大陆！三年后，原子弹造出来了。

战时，大多数科学家（包括玛丽亚· 迈耶在内）都认为，同盟国必须赶在德国人的前头研制出原子弹。可是，一旦造出了原子弹，是否要投放到日本的问题就接踵而来。19诏年6月11日，以詹姆斯 · 弗朗克为主席的科学家七人小组（他们当时正在搞曼哈顿工程）向战争委员会递交了一份报告，报告反对轰炸日本。它说：“对日本投放原子弹肯定会丧失人心，遭到世界各国的厌恶与谴责，国内也会发生意见分歧，这可能会使军事上的战果和因减少伤亡而带来的好处化为乌有。”报告继而建议：“当着美国各界代表的面进行一次公开试验。这样，美国就能向全世界宣布‘看，我们造出了这种武器，但并不使用。如果别国和我们一样，将来也不使用原子武器，并一致同意签订一项行之有效的限制原子武器国际条约，我们就准备在将来不使用原子武器’”。

1945年7月16 H，造好的原子弹在阿尔默果多试验。1945年8月6日，人类历史上启用的第一颗原子弹投到了日本的广岛。这是颗铀弹。四天后，一颗钚弹投到了日本的长崎。第二次世界大战1945年8月14日结束。

战后的1946年，费米、尤里、特尔勒和乔 · 迈耶，受聘在新成立的芝加哥大学核子研究所工作，实验装置安放在附近的国立阿尔贡实验室内。玛丽亚 · 迈耶被委任为副教授和研究所成员，但不带薪。这还是那亲属隔离法（夫妇不得在同一所大学里工作）在作怪。她还是国立阿尔贡实验室的高级物理学家，她的核子理论大部分是在那里学到的。正是在那儿，她学到了核子壳型理论的概念，并因此而获诺贝尔奖。

当时，对原子的核外结构（即化学家所关注的电子）有比较深刻的了解，而对原子核本身（物理学家关心的正是它）却知之甚少。多少年来，玛丽亚· 迈耶一直对一些化学元素的稳定性（即其稳定性不减弱、不改变）同核内中子数之间的关系感到迷惑不解。她开始思考原子核壳或模型，它有点类似于公认的原子核外电子壳层模型。她清楚，电子在原子核外的一些壳层上绕核运动。那么，原子核内质子和中子之间是不是有点相似呢？她创立了一个特殊的数字系统，并称之为“幻数”，它代表原子核中质子的数目或中子的数目。这些幻数是2，8，20，28，50，82和126。她提出，质子数或中子数为幻数的那些元素格外稳定，这正是她和别的物理学家在一些实验中观察到的。通过观察、计算，再进行大量富有创见性的思考，结果，玛丽亚· 迈耶提出了核子壳型理论，以解释原子核内的情况。她的理论认为，核内质子和中子在一定的壳层（即轨道）中运动，与核外电子在轨道中运动极其相似。这是对她的理论的极简略的解释，不涉及更多的技术细节。

1948年4月，在丈夫和同事们不止一次地敦促和鼓励下，玛丽亚· 迈耶撰写了一篇公开陈述她的壳型理论的论文。1950年4月，有关她工作的一篇更充实更完整的报告发表了。与此同时，她了解到，在德国，一种差不多迥然不同的理论已由海德尔堡大学的汉斯· 詹森（Hans D. Jensen）博士创立。她既不烦恼，也不嫉妒，而是欢迎有机会同詹森共作实验并经常交换意见。玛丽亚· 迈耶与詹森合著一本论述壳型理论的书《核子壳型结构基本理论》，1955年出版。战时，詹森曾秘密地向尼尔斯 · 波尔汇报德国科学的进展情况。他也曾成功地把一些犹太人偷偷地送出纳粹德国。

1959年，加州大学在圣地亚哥新校园内任命玛丽亚·迈耶为物理学教授、她的丈夫乔· 迈耶为化学教授。哈罗德 · 尤里也在场。面对这一任命，芝加哥大学把它的亲属隔离法抛到了九霄云外，他们提出，如果玛丽亚留下来，就授予她教授头衔，可惜太晚啰！1960年，迈耶一家到达加利福尼亚州拉霍亚，他们在那儿得到了一处濒临太平洋的漂亮而宽敞的住宅。他们到达后几个星期，发生了一起不幸的车祸。玛丽亚· 迈耶遭受到一次打击，她失掉了左手，左臂也几乎瘫痪。她在医院住了两个月，身体恢复得相当缓慢。

1963年11月5日凌晨四点钟，瑞典打来的一个电话把玛丽亚·迈耶唤醒。这是一位新闻记者打来的，告诉她，她和詹森刚才被授予了诺贝尔物理学奖。在加州大学校长克拉克· 克尔（Clark Kerr）带领下，朋友们和同事们蜂拥而入，向她道喜，祝贺她成为该校第12个荣获诺贝尔奖的教员。1963年12月10日，她到斯德哥尔摩；从瑞典国王古斯塔夫 · 阿道尔丰六世手里接受诺贝尔奖。在物理学领域，她是有史以来第二个和美国第二个获得这一荣誉的妇女。玛丽亚 · 迈耶后来说：“使我惊讶的是，获奖对我的刺激还不及进行研究工作半身的一半。眼看着工作搞成了是一种乐趣！”

玛丽亚· 迈耶继续研究、授课、还撰写了十多篇有关核物理学的文章，其中大半是论述壳型理论问题的。多年来，她始终是一位辛勤的园丁，受人推崇和尊敬。尽管她的健康状况长期以来一直不佳，1972年2月200，她与世长辞（终年65岁）的消息仍使她的朋友和同事们震惊不已· 尤金 · 威格纳（他同玛丽亚·迈耶及詹森分享诺贝尔物理学奖金）谈到她时说：“她虚怀若谷、朴实无华、品格可爱、酷爱事业，这使她赢得了大家的爱戴”。