超越“男孩物理学”：量子力学史中的女性高光时刻

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当现代量子力学在1920年代中期初具雏形时，这一新领域在德语中常被称“Knabenphysik”（男孩物理学），因为当时推动该学科发展的许多理论家都是年轻男性。于国际量子科学与技术年（2025年）出版的新书试图扭转这种长期主导历史研究的男性视角。这本书由科学史学者丹妮拉·蒙纳尔迪（Daniela Monaldi）与米歇尔·弗兰克（Michelle Frank）、物理学家出身的科普作家玛格丽特·范德海登（Margriet van der Heijden）以及物理学家帕特里克·沙博诺（Patrick Charbonneau）共同编辑，书名为《量子物理史中的女性：超越“男孩物理学”》，收录了16位在量子物理发展过程中做出重要贡献，却常被忽视的女性科学家的生平故事。


编辑团队并未聚焦如丽泽·迈特纳（Lise Meitner）和玛丽亚·哥佩特-梅耶（Maria Goeppert Mayer）等已获得学界充分关注的物理学家。正如导论所言，过度聚焦少数杰出人物会强化“神话其独特性”的叙事方式。因此她们转而发掘那些默默无闻却贡献斐然的女性科学家。以下图文介绍了其中六位女科学家的故事。


H·约翰娜·范莱文
H. Johanna van Leeuwen

1919年，荷兰物理学家约翰娜·范莱文（1887-1974）发现，固体的磁性无法仅用经典力学和统计力学解释：这背后必然存在着量子特性。尼尔斯·玻尔早在1911年博士论文中已有相同洞见，但没有在学术期刊发表，仅以丹麦语出版且传播范围有限。范莱文在莱顿大学攻读博士期间重新发现了这一定理（现称玻尔-范莱文定理）。该定理在等离子体物理等多个领域有重要应用。1921年，她将博士论文成果发表在《物理与镭学杂志》上，这一定理才引起了更广泛的关注。


和许多那个时代的女性科学家一样，范莱文在历史记录中几乎没有留下痕迹。本章作者范德海登（Van der Heijden）与米里亚姆·布劳博尔（Miriam Blaauboer）从多个历史来源中拼凑出她的职业生涯梗概。她是师从亨德里克·洛伦兹（Hendrik Lorentz）的四位女弟子之一，并与这位诺贝尔奖得主保持密切联系直至他1928年去世。与同时代女性不同的是，范莱文终身坚守科研岗位：1920年受聘于代尔夫特理工学院，担任助理，负责指导电气工程专业的实验课程。在有限的业余时间，她持续研究磁性问题。1947年，她被提升为讲师，才终于可以开设自己的课程。（照片由范莱文家族提供）


劳拉·查尔克·罗尔斯
Laura Chalk Rowles

劳拉·查尔克·罗尔斯（1904–1996）是1928年首批获得麦吉尔大学（加拿大蒙特利尔市）物理学博士学位的女性之一。她的博士论文研究氢原子在外电场中光谱线的位移，即斯塔克效应（Stark effect）。1926年，埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）在其关于波动力学的系列论文中，利用量子理论预测了该效应对氢原子巴尔默线系强度的影响。本章作者蒙纳尔迪指出，查尔克（照片摄于约1931年）使用一种叫“洛苏尔多管”（Lo Surdo tube）的仪器测量光谱线强度，首次实验验证了薛定谔的理论预测。她与导师约翰·斯图尔特·福斯特（John Stuart Foster）合作发表了多篇相关论文。


福斯特后来更看重他在氦原子斯塔克效应方面的研究，认为比他与查尔克的氢原子实验更重要。学界也认同这一观点，导致查尔克的贡献长期被忽视。1929至1930年，她赴伦敦国王学院交流，之后受聘于麦吉尔大学农业学院任教。但在与同校同事威廉·罗尔斯（William Rowles）结婚后，她转为兼职。五年后，校方以反裙带关系为由解雇了她。这类政策实际上是用反裙带关系的借口，将女性排除在学术岗位之外。（照片由玛丽莲·麦格雷戈提供）


伊丽莎白·门罗·博格斯 
Elizabeth Monroe Boggs

本章作者沙博诺写道：伊丽莎白·博格斯（1913-1996）因倡导残障人士权益而广为人知，但她早期的科学生涯却已被历史遗忘。在著名数学家艾米·诺特（Emmy Noether）于1935年英年早逝之前，博格斯（1928年照片）是布林莫尔学院唯一师从他的本科生。毕业后，博格斯赴英国剑桥大学攻读博士，开始研究量子物理在分子结构中的应用——这门交叉学科后来被称为“量子化学”。 她在论文研究中使用了一种名为微分分析仪的模拟计算设备，用来研究双原子分子的波函数。


博士毕业后，她在康奈尔大学获得研究助理职位，在那里结识并嫁给了化学家菲茨休·博格斯（Fitzhugh Boggs）。自此，事业优先权被让渡给了丈夫——那个时代的普遍现象。1942年菲茨休任职西屋电气，两人迁居匹兹堡。伊丽莎白在匹兹堡大学任教一年后，入职位于市郊的炸药研究实验室，参与了曼哈顿计划。她协助设计了用于内爆炸弹（如长崎所用的原子弹）的透镜系统。1945年，她的儿子大卫出生，因病造成脑损伤，发育迟缓。她最终退出科研投身公益事业。（帕梅拉·墨菲供图）


凯瑟琳·威
Katharine Way

凯瑟琳·威（1903–1995）是约翰·惠勒（John Wheeler）在北卡罗来纳大学教堂山分校的首位研究生。正如本章作者斯特法诺·弗兰所述，威在博士研究期间运用液滴模型——即将原子核视为液滴，研究高速旋转下的核变形。1939年她在《物理评论》发表重核磁矩研究成果。研究中，威发现模型无法解释重核在极高速旋转时的异常现象并提醒惠勒关注。在后来的回忆中，惠勒懊悔当时两人没有进一步研究这一问题。他指出，回过头来看，模型在那种情况下的失败，其实是原子核可以发生裂变的早期迹象，正如后来在核裂变过程中所观察到的现象一样。


二战期间，威在芝加哥的冶金实验室参与核反应堆设计，1945年转至橡树岭实验室。1948年，她与尤金·维格纳（Eugene Wigner）在《物理评论》上发表了关于裂变反应中β衰变速率的“威–维格纳公式”。战后，她在美国国家标准局（现NIST）任职多年，发起并领导核数据项目（现属布鲁克海文国家实验室国家核数据中心），成为原子核属性研究的核心数据库。威还积极推动核科学家关注其工作的社会影响。（图片来自美国物理学会埃米利奥·塞格雷视觉档案馆，惠勒收藏）


索尼娅·阿绍尔
Sonja Ashauer

索尼娅·阿绍尔（1923–1948）因肺炎英年早逝，年仅25岁，她的职业生涯尚未展开便告终结。但本章作者芭芭拉·米盖尔与伊万·古尔盖尔认为，她仍是成就斐然的物理新星。阿绍尔是德裔巴西移民的女儿（1940年前后照片），曾在圣保罗大学师从意大利物理学家格列布·瓦塔金（Gleb Wataghin），很可能由此接触量子理论。1945年，二战结束前夕，她赴英国剑桥大学深造，成为著名物理学家保罗·狄拉克（Paul Dirac）极少数研究生中唯一的女性。


阿绍尔在1947年学位论文中攻坚当时量子电动力学最紧迫难题之一——电子自能发散问题。该自能（电子与自身电磁场相互作用的能量）与其半径成反比，当粒子被视为点电荷时数值趋向无穷。阿绍尔尝试改进经典电动力学理论，希望为量子理论提供线索。这个发散问题最终随着20世纪50年代发展出的重整化技术得以解决。（阿绍尔家族供图）


弗雷达·弗里德曼·萨尔兹曼
Freda Friedman Salzman

弗雷达·弗里德曼·萨尔兹曼（1927–1981）常因倡导女性科研权益被铭记，她在物理学上的重要贡献反而被掩盖。她（照片摄于20世纪40年代末）本科期间在布鲁克林学院师从核物理学家梅尔巴·菲利普斯（Melba Phillips）学习物理。1950年代中期，她与丈夫乔治·萨尔兹曼（George Salzman）合作，提出了一种数值方法，处理丘-骆模型中的积分方程。该模型是由弗雷达的博士导师杰弗里·丘（Geoffrey Chew）与弗朗西斯·骆（Francis Low）提出，用于描述核相互作用。萨尔兹曼夫妇使用早期计算机（ILLIAC I）完成计算。1957年，《物理评论》发表了这项成果——后被称为“丘-骆–萨尔兹曼方法”， 推动了核物理和粒子物理学家如斯坦利·曼德尔斯塔姆（Stanley Mandelstam）、肯尼斯·威尔逊（Kenneth Wilson）和安德热·科坦斯基（Andrzej Kotański）等人的后续研究。本章作者简斯·萨洛蒙认为这是弗雷达最重要的学术贡献。


在经历一段漂泊的学术生活后，萨尔兹曼夫妇于1965年受聘于马萨诸塞大学波士顿分校，以为获得了终身教职。但仅四年后，校方就以反裙带关系为由解雇弗雷达。这场不公解雇引发舆论风暴。经过多年争取，她于1972年复职，并在1975年获得终身教职。这场维权斗争促使她在1970年代越来越多地投身于女性主义运动。（艾米·帕克供图）


原文链接：https://pubs.aip.org/physicstoday/online/44363/Highlighting-women-in-quantum-history
编译：程欢
审核：郭彦良