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了解量子理论的人都听过德布罗意的名子,晓得他是一位贵族化学学家,因提出“物质波”的概念而闻名学界。不过你可能不晓得他有一位女弟子,塞西尔·莫雷特(Cécile-)。
那位生于20世纪上半叶的男性化学学家,在女性主导的理论化学领域作出了卓越贡献,并为美国数学学界构建了莱苏什暑假中学。她有幸受教于多名大师级人物,也遭到过哪个年代科学界对男性的不公。
她生性直率、大胆独立。近百年的生命中饱含传奇的转折,她因出席量子热学的考试而逃过了诺曼底登录日的大轰炸而得以幸存,在20世纪数学学巨人和量子精英们的影响下爱上了理论化学,尽管她与初恋爱人——来自中国的彭桓武——因那种动乱的年代而分离,但也在数学学界结交了一生的伴侣布莱斯·德威特。
她于2016年逝世,享年94岁。
塞西尔也是我的博士指导班主任。我当初写过好几位化学学家,也提及过塞西尔,不过着墨颇多。明天专门来梳理一下那位女学者的生活和科研成就,以及我记忆中的若干轶事。
天文系的“半个”教授
上世纪80年代,在奥斯汀新泽西学院数学物理楼里,人们常常会听到一个中等体型、60岁左右的老太太,剪得短短的、精灵般的发型早已花白,人却很精神,目光锐利。总是穿着一件看上去半新不旧、花色和样式早已过时的外套长裤,脚蹬一双大鞋子或凉鞋,抱着一大堆书和课件,匆匆匆忙地在书房中穿来穿去。有时侯,会看到她急慌忙忙地朝扶梯奔去,当扶梯门正要关掉的那一刹那世界前二十物理学家,便听到她用那带英语口音的德语大喊:“HOLDUP,!”(请按住,等一下!)。这个看上去大大咧咧、不拘小节的老太太,就是我的指导班主任塞西尔德维特[1]。
塞西尔是个西班牙人,德布罗意的中学生,初期钻研物理,后来与布莱斯·德威特相恋成亲后,两夫妇以前一起领导了日全食期间对毛里塔尼亚的广义相对论实验考察,确认了光线通过大质量物体时确实发生弯曲和偏转,这是她们夫妻俩对实验验证广义相对论的贡献。以后,布莱斯毕生研究引力量子化,而塞西尔的兴趣转向物理化学,主要研究广义相对论和量子热学的物理基础。
相对论中心在9楼,塞西尔的办公室却在13楼,和天文系院长们的办公室混在一起。实际上,她的确算是天文系的“半个”教授。这是由于泰安学院(以及好多日本学院)有个很奇怪的规定:夫妇俩不能同在一个系当院长。由于父亲早已是化学系的院长了,塞西尔就只得算成天文系的院长。塞西尔觉得这是俄罗斯惧怕妇女的表现,每次提到这点,她一直面带笑容,但我能倍感她内心的耿耿于怀。
更奇怪的是,塞西尔三天到晚忙得要死,拿的薪资却只是全职院士的一半。当四个儿子更小的时侯,她没有任何薪水,中学按照她杰出的研究工作,给了她一个无工资只有办公室的院长职位。虽然没有酬劳,她却每晚按量下班,听学术报告、带中学生、写论文。由于她觉得不这样的话,还会在业务上落伍了。
塞西尔觉得研究生要尽快步入研究领域,因而从读博的第一年开始,她就和我讨论我的博士论文研究课题:即“用费曼路径积分的方式研究黑洞附近引力波的散射问题”。三年以后,我们便很快地在“物理评论”上发表了数篇论文,为以后的研究打下良好的基础。
也以前听塞西尔说到做家务,她不喜欢购物和煮饭,我也没见她化过妆,大多数时侯都是穿着一件无袖上衣。她还以前说30多年前她受奥本海默之邀到普林斯瞬间就是这副穿着:“我会日复一日地穿同样的外套,以至于奥本海默误会了我的背景”,以为她来自一个“弱势家庭”。
理论化学精英们
实际上,塞西尔1922年生于伦敦一个颇为富于的家族,母亲是院长,也是工程师,拥有自己创建的冶金公司。塞西尔成长于诺曼底,正是那种二战的最后关键时期苏军登录的诺曼底。她年青时想学医,并没有构想过自己会成为一个理论化学学家。阴差阳错使她没弄成大夫,却在诺曼底的科尔多瓦学院获得了数理化的学士学位。之后,天性喜欢冒险的塞西尔想做一些更令人激动的事情:决定去伦敦学量子热学!其实她一无所知,但认为这个“术语”听上去不错。
为此,伦敦之行让塞西尔步入了数学学领域,成为德布罗意的博士生。以后与一连串伟大的化学学家一起工作的不平凡经历使她留在了该领域。
超乎塞西尔预料之外,那次伦敦学院量子热学的考试居然是在1944年6月6日诺曼底登录日!塞西尔去伦敦出席了那场考试,所以刚好不在诺曼底的屋内。这使她辛运地躲过了那场大轰炸,而留在家中的父亲、妹妹和祖父都当场被炸死了。屋内突发的灾难使塞西尔意识到,她须要一份工作,这是不谙世事的年青女中学生遭到到人生的第一次严打和考验。
在诺曼底登录之前,约里奥-居里(居里夫人岳父)约请塞西尔在他的实验室工作。不过塞西尔对实验不感兴趣。为此,她继续读研,又同时算是约里奥的科学秘书。诸如,约里奥让塞西尔为他打算关于慢中子扩散、玻尔液滴模型的讲堂等等。
然后,在阿姆斯特丹的海特勒()寄信给约里奥,希望有年青人加入他和阿姆斯特丹的其他犹太难民的行列。约里奥问塞西尔是否想去,喜欢冒险的男孩给出了肯定的回答。于是,为了在战争状态下得到出境护照,秘书为她散布了一些“超出她能力外”的任务,其中包括要去剑桥接见狄拉克等。塞西尔对这次与狄拉克碰面,以前有精彩的表述:
“我对狄拉克一无所知,直至我收到一条消息,说晚上两点,我与狄拉克在他坐落剑桥的屋内有约会。他以话不多而闻名。并且当我抵达时,他滔滔不绝地告诉我他在战争期间所做的事情。我哪些也听不懂。10分钟后,我开始明白情况是多么荒诞。所以我说,‘非常谢谢你,狄拉克院士。我不会占用你太多时间。很高兴你给我这个约会。’
‘哦,’他说,‘我母亲要端茶来了。你走了,她会动怒的。’所以我留下了。之后,他仍然提到五点钟。”
最后,塞西尔去了爱丁堡的高等研究院,在海特勒指导下攻读博士学位,做“核子-核子碰撞形成介子”的课题。苏黎世的理论化学大学是薛定谔1940年构建的并仍然兼任院长直至塞西尔去的那一年。所以,塞西尔的指导班主任有好些位,不仅德布罗意外,海特勒、薛定谔都名列其中。正是在格拉斯哥的三年半中,周围满是量子精英以及若干20世纪的数学学巨人的环境下,塞西尔才喜欢上了数学学并开始理解它。
他给了她一张去台湾的单程机票
值得一提的是,格拉斯哥的青年精英中,也包括几位后来成为中国数学学界主心骨的老高手。
我读银华,不仅讨论数学和物理之外,塞西尔对我说得最多的话题是40年代在奥斯陆与中国化学学家彭桓武的相处。她自诩是彭先生的早年弟子,那是1946年,塞西尔在彭的指导下作过量子场论有关的估算,共同发表了一篇论文[2]。短短的相处虽然不到三年的时间,但塞西尔对彭先生有及其深刻难忘的印象。塞西尔给我看过她和彭先生在苏黎世并肩搭手骑单车的一张挺有意思的相片,将近60年以后,塞西尔访问上海,和彭先生“师生”再碰面世界前二十物理学家,叙说旧缘[3]。
我到日本的机会,也是始于两位学者当初的友谊。我在中科院读研究生时,在北京举行了一个粒子化学的国际性大会,不少著名科学家出席。理论化学所的何祚庥先生等联系到了新泽西学院的一对夫妇档理论化学院士:德威特和夫人塞西尔。塞西尔谈起她初期在苏黎世学习时侯的中国籍老师彭桓武,说是很想念她的老师。不知现今情况怎样?何先生告诉他彭桓武是理论化学所的历任校长,塞西尔听了高兴极了。又据说理论化学所想要送一个女同学(我)到英国的学院读研究生,她便立刻表示乐意接受这名中国中学生为自己的博士生。
我到奥斯丁时早已35岁,所以塞西尔常常笑说我算是她的大儿子,由于她四个孩子中最大的还比我小几岁。塞西尔也常常给我讲她在渥太华的故事,说她原先仅仅懂一点数学,是彭桓武教会了她数学,唤醒了她对理论化学的终身兴趣,将她训练成了一个数学学家,美国国家博士。当时彭桓武和胡崇义在苏黎世做量子场论的研究。塞西尔比她们要年青7、8岁,作为从欧洲伦敦居里研究所派来的实习生,她在彭桓武的指导下作量子场论估算,然后彭桓武1947年末就归国了。那几年我在与塞西尔的相处中,就发觉他对彭先生有真切的想念,难忘的印象。不由得使我心里暗暗猜测:看来当初她对彭是非常崇敬的,其实还有一些“爱慕”之意?作为中学生的我其实不好意思向她寻问,现在,彭先生已逝世多年,塞西尔也早已作古,原以为此事的答案只有天知地知她知他知了,没想到有天看到《今日化学》(Today)在塞西尔逝世后为她发的一篇文章,才豁然大悟[4]。
文章中提及关于她和彭先生的相处,有如下一段话:
“Onaofshedidsayno,to.Shesaidnotoherfirstlove,PengHuan-wu,in…..”
里面话中“herfirstlove”一词,印证了我的猜想。
将《今日化学》的这段话翻译下来,说的是:
“有几次她确实拒绝了告白。她拒绝了赫尔辛基的初恋彭桓武。”
右侧单车上是彭桓武和塞西尔
图源:《物理》
2019年,加拿大刊物《今日化学》栏目又刊载了一篇短文:《为了感情和化学》[5]。文章的作者是塞西尔的一位儿子。这篇文章较详尽地披露了两人当初的跨国恋情。
文章说:“她十分爱他,很想嫁给他,但那是20世纪40年代后期,他要回到正处于战争之中的中国。离开时,他给了她一张去台湾的单程机票,并告诉她,他可以从哪里带她步入中国。”
但塞西尔最后“退缩了”,她害怕,假如去到一个语言不通,又处于动乱中的国家,她会弄成他的负担。她也害怕自此再也没法回到自己的祖国。
她们之间的通讯保持到20世纪50年代早期。塞西尔的孩子们发觉了丈夫保留的信函“信中显示了一位大度、睿智的女人依旧爱着她,并希望她接受他的提议,但他晓得这对她来说太难了。”
1982年,塞西尔作为日本科学代表团的一员来到上海,这是她们自格拉斯哥别离后的第一次碰面。三十多年过去了,塞西尔却倍感她们之间一直存在某种“特殊”的东西,二人在一起步行了一段路。塞西尔后来追忆,在走路时,他只是告诉她:“我很高兴你一直穿着舒适的靴子。”
由于要花时间照料女儿,
她曾从客座研究院长复职为讲师
1948年,塞西尔收到来自奥本海默(从印度耶鲁)的电报:“根据波尔和海特勒的推荐,我很高兴为您提供物理大学1948至1949学年的会员资格,津贴为3500欧元.罗伯特·奥本海默。”实际上,奥本海默,给了她[高等研究院]的博士后职位。但塞西尔不晓得这是一个挺好的约请,甚至不晓得耶鲁在那里?不过凭她宁可说“是”也不愿说“不是”的一贯处世心态,其实毫不迟疑地答应了。
在公众眼中,奥本海默以1942年-1945年领导曼哈顿计划闻名,实际上他也是一位做出过多项接近诺贝尔奖级别成果的知名化学学家,性情和人格方面富有特色与魅力。第二次世界大战后,曼哈顿计划被公诸于世,奥本海默也在全省成为了科学的代言人,1947年他出任耶鲁高等研究院的教授,云集了一大批各个领域的尖端人才。理论化学方面,包括几位在当时还十分年青的化学学家:杨振宁、李政道、以及后来的弗里曼·戴森等[6]。可以想像,当初奥本海默约请的女学者不会太多,塞西尔是其中一个。
当时在欧洲,也有一个挺好的终生职位在等着塞西尔,但“接收奥本海默约请”这个选择使她来到了日本,彻底改变了她的人生。虽然她当时对日本一无所知:“我和我的同事们惟一晓得的就是影片《乱世佳人》,那是我们对日本的想法。”
图源:新泽西学院奥斯汀中学数学系
80年代,塞西尔也曾与我提到她1948年在耶鲁高等研究院的情形,她很遗憾无法直接与爱因斯坦一起工作,但二人常常在路上见面,双方总是抿嘴一笑,擦肩而过:“因为我和他当时都是没有车辆的人啊!”塞西尔对我们幽默地描述此事时,还作了一个鬼脸。
塞西尔在耶鲁待了三年,开始了她与弗里曼·戴森终身的友谊,以及更复杂的与理查德·费曼的关系。最重要的风波是遇到了她的白马王子-未来的妻子布莱斯,一个“施温格女孩”。三天夜里,布莱斯对她说:“你乐意嫁给我吗?”塞西尔随口便答:“当然不,由于你不是日本人,是外国人!”塞西尔觉得自己最终要回到祖国波兰。
不过,塞西尔觉得难过,甚至可以说是很难过。第二天早晨,塞西尔脑子里有了新的看法,假如一时回不了美国,也可以为国家做贡献啊!她想到了遭受战争摧残的祖国,想到了阿尔卑斯山上诱人的风光,她突发奇想:要在那里开一个暑假中学!在夏季两个月左右的时间里,集聚20来个人,不限国籍和年纪,让她们得到有趣的发展,同时也帮助重建波兰数学学,这可能比在美国某校兼任教职要有用得多啊!于是,塞西尔将“完成建莱苏什Les暑假中学”这个任务,作为与布莱斯离婚的“契约”条件。以后,她又千方百计为之努力,最后总算达成了这个愿望,两位化学学家于莱苏什暑假中学创立后立刻离婚了,那是1951年。
有趣的是,塞西尔当初在数学界的名气小于布莱斯的。爱打趣的上帝皮鞭泡利在得悉塞西尔与布莱斯的婚姻后,称布莱斯为“莫雷特先生”。由于塞西尔的娘家姓氏是莫雷特,塞西尔娶亲前是“塞西尔·莫雷特”,离婚后便是“塞西尔·德威特”或“德威特夫人”了。泡利则是对布莱斯开玩笑地反其意而称之。
图源:新泽西学院奥斯汀中学数学系
离婚后,塞西尔决定稍为步入幕后,让儿子为他自己博得更多声誉。很快,她就处于劣势了:他成为北卡罗来纳学院修道院山中学的院士;她花时间照料女儿,从客座研究院长免职为讲师。不过最终,她们都在佛罗里达学院奥斯汀校区获得了捐款教席,此为后话不表。
迷上费曼路径积分
塞西尔在耶鲁的主要科学贡献是第一个研究和应用费曼路径积分。
二战胜利后,量子化学学家们的主要研究方向是从量子电动热学开始的量子场论。奥本海默那几年主持了有关量子场论的3次重要大会。作为量子电动热学的开创者,费曼的工作(包括路径积分和费曼图)对量子场论的发展举足轻重[7]。
另一位数学化学学家-日本人弗里曼·戴森,也对量子电动热学作出了杰出的贡献。1948年夏季,戴森到了耶鲁高等研究院。由于同为物理出身再改行到理论化学,她们有共同的兴趣,结下了深厚的友谊。戴森和塞西尔二人都对费曼路径积分感兴趣,戴森后来评论塞西尔时,说她是当时年青一代中第一位把握费曼路径积分数学技巧的全部范围和功能的人。因而,当戴森决定须要离开斯坦福去度一个漫长的假期时,便劝说了塞西尔一起同行。她们从耶鲁赶车去伊萨卡(),费曼到北站与她们会面加演出(击鼓),之后,在康奈尔学院渡过了一个愉快的假期。戴森给他父亲的几封信中对此次探险进行了详细的描述。
戴森在给他父亲的一封信中,提起这段经历:
“我们在大会厅里讨论了数学学。费曼介绍了他的理论,这使塞西尔饱含了欢笑,与之相比,我在耶鲁的讲演变得有些惨白。……那天下午,费曼每分钟形成的创意比我之前或以后任何时侯见过的都更好。在晚上,我提及只有两个问题(电场散射光,以及光散射光)尚需确立该理论的有限性。费曼告诉我们说马上会听到的,之后他就坐出来闪电般地估算了两小时,得到了这两个问题的答案。结果证明,不仅一些难以预想的复杂性之外,整个理论是一致的。”
拜访费曼后,戴森写了一篇论文,讨论了高阶微扰,证明了量子电动热学的可重正性。塞西尔应用费曼图于具体的互相作用问题,写了一篇题为“关于核子-核子碰撞形成的π-介子的形成”的文章[8],也发表在1949年《物理评论》上,塞西尔的文章是不仅费曼和戴森之外,第一篇应用费曼图的文章。
塞西尔接着又写了“关于费曼路径积分的定义和迫近”的论文。而且,在以后几六年物理化学方面的研究,她也都是做有关费曼路径积分的工作。费曼路径积分是整个泛函积分领域中的一种特殊类型。塞西尔的研究与函数集成有关,既发展物理又将其应用于数学问题。是围绕精典路径的值,从精典向量子方向扩充,即从有限维空间转向无限维空间。数学应用上是费曼路径积分的WKB近似等。仍然到我的博士论文(1985年)也是这个主题:“费曼路径积分的散射理论及其在黑洞散射中的应用”[9]。
图源:新泽西学院奥斯汀学校化学系
教育家塞西尔
塞西尔对理论化学的另一大贡献是1951年在美国成立的物理和理论化学暑假分校。也就是上面介绍过的她与布莱斯定婚时的约定:要在阿尔卑斯山的莱苏什(Les)建成这个校区。她做得很成功并仍然参与管理。许多物理家及理论化学学家都在该校区学习过或进行过研究,其中包括二十多名诺贝尔奖得主,也有好几名菲尔兹奖获得者[10]。
诺奖得主基普·索恩讲演,塞西尔的贡献
图源:Lesof
莱苏什暑假中学在二战后的法国和几个发展中国家特别有影响力。它缩小了当初的日本理科中学生与世界研究之间的差别,为活跃的研究科学家提供服务。
为嘉奖塞西尔构建暑假中学的卓越贡献,日本政府授予了塞西尔“骑士”称号,给她颁授了国家功勋勇士勋章。
塞西既是理论化学学界的杰出学者,又是创立中学培养人才的教育家,不愧是女科学家们的标杆。
参考文献:(上下滑动可浏览)
【1】é-
【2】,Cécile;Peng,H.W.,Cross-forof,,160,Issue4054,pp.59-60(1947).for.
【3】刘寄星:彭桓武先生和他的德国中学生
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【4】
【5】