用情至深的居禮先生
獲得兩次諾貝爾獎的瑪麗·居禮是女性打破桎梏、實現自我的最佳典範。但在居禮夫人耀眼的光芒背後，其實有著居禮先生的全力支持與無私奉獻，他對她的愛是令人感嘆歌頌的動人篇章。
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東海大學畢業的她，成為普林斯頓大學第一位女博士
NVIDIA下一代晶片架構的名稱”Rubin”是取自天文學家薇拉·魯賓，我幾天前寫文章介紹她，裡面提到她在那個年代常面臨性別不平等的問題，例如她1948年從女子學院畢業後，原本想到普林斯頓大學唸研究所，卻因為普林斯頓從不招收女研究生而無法如願。我在找這段歷史的資料時，沒想到竟然還發現另一段值得和大家分享的故事。 普林斯頓大學一直到1961年才有第一位女研究生，但這位梅瑟維（Sabra Meservey）並非一般的大學畢業生，而是道格拉斯女子學院（Douglass College）的助教授；申請研究所這件事也不是她的主意，而是普林斯頓大學校長戈恩（Robert Goheen）拜託她這麼做的。 原來戈恩於1957年接任校長一職後，很想打破研究所不收女生的陋習，但當時大學成績優異的男生原本就遠多於女生，他也不能強迫教授將名額分予女性。他想來想去，唯有讓一位條件明顯優於男大生的女性來申請，讓教授們無法假託其它藉口拒絕，看他們是否真的敢搬出性別因素。 道格拉斯女子學院的校長後來聽戈恩提及這個想法，便向他推薦梅瑟維這個人選，於是戈恩於1960年寫信給她，力促她來測試看看。梅瑟維第二年提出申請後，果然獲准入學進行東方研究；普林斯頓大學那年收了560位研究生，她是其中唯一的女性，也是該校有史以來的第一位女研究生。 梅瑟維的情況雖是特例，卻如校長戈恩所願，成功打破了學校長期以來的不成文規定；隔年普林斯頓大學便收了八名女研究生，正式開啟了女性入學之門。這八名女學生中唸理科的只有三位，而其中一位研究生物化學的T’sai-Ying Cheng是來自台灣。（可惜我找不到她的中文姓名，歡迎讀者提供資訊。按：已有讀者告知是東海大學生物系畢業的鄭彩鶯。） 鄭彩鶯自東海大學畢業後，留校擔任助教一年，隨即於1960年前往伊利諾大學（University of Illinois）讀研究所，但進去後才發現教授們都在研究當時最新、最熱門的分子生物學（華生和克里克於1953年才發現DNA的雙螺旋結構）。這是Cheng在大學未接觸過的領域，她只能夜以繼日地一方面自修相關知識，一方面在實驗室研究指導教授丟給她的題目，就連假日也沒休息。 第二年指導教授獲得普林斯頓大學的聘任，問她是否願意跟著過去。她當然樂於進入這所常春藤聯盟的名校，一口就答應了，渾然不知這裏之前並不歡迎女性。對鄭彩鶯而言，這倒不是問題，而她對於扮演先驅者的角色也沒感覺，反正她就繼續埋頭苦幹做她的題目。結果她很快地就於1963年、1964年先後拿到碩士及博士學位，成為普林斯頓大學校史上第一位女碩士，也是第一位女博士。有趣的是，因為她是用中文名字的音譯，承辦人員沒有察覺這是位女性，就給她原有的制式證書，上面都是用男性的稱謂。 鄭彩鶯到約翰霍普金斯大學做博士後研究，終於開始感受到性別歧視的問題。明明是和其他男性共同合作，卻總是被視為副手、甚或助理；申請教職也屢屢遭拒，只因為她是女性。這種不平等的待遇一直到她轉往美國癌症研究院（Institute for Cancer Research）和布魯克海文國家實驗室（Brookhaven National Laboratories），都還是沒變。 1974年，奧瑞岡研究院（Oregon Graduate Institute）看中鄭彩鶯對菸草造成癌症所做的研究，邀她領導一個植物遺傳學的計畫。這意謂著她得放棄之前的研究路線，轉向植物生物學，她雖然感到不捨，但還是決定抓住這個獨當一面的機會。沒想到她加入之後，發現自己並沒有掌控權，因為奧瑞岡研究院對於她這樣一位東方女性仍不放心。她不想再屈從現況，於是毅然告假返台以示抗議，結果當她一個星期後回到美國，奧瑞岡研究院已經給予她應得的職位與權力。 1978年，鄭彩鶯如願獲得教職，到奧瑞岡大學化學系任教。退休之後，她在華盛頓州的溫哥華市創建苗圃，繼續她對植物培育的研究。1989年她尚未退休前，曾受邀回普林斯頓參加慶祝男女同校的活動，在演講中，她回顧一路以來遭遇的差別待遇，最後提及當時在奧瑞岡研究院成功爭取權益的心境，她說：「我覺得必須為女性做出宣示，如果我不這麼做，我身後的那些女性會面對更艱困的處境。而一旦我成功了，她們就可以更順遂地跟隨我的腳步。」 參考資料：
NVIDIA下一代架構叫Rubin，她是誰？
NVIDIA今年才剛推出新的GPU架構Blackwell，沒想到黃仁勳在6月2日的演講中就預告了下一代GPU架構”Rubin”，屆時還會搭配新的CPU “Vera”。 NVIDIA自1998年開始就用科學家為自家產品命名，例如2022年便以「COBOL之母」Grace Hopper的名字與姓氏分別做為CPU與GPU架構的名稱，這次宣布的下一代產品也是如此，Rubin與Vera正是天文學家薇拉．魯賓的姓氏與名字。 求學 魯賓於1928年7月23日在費城出生，父母親都是來自東歐的移民，兩人在貝爾電話公司工作而認識相戀。魯賓10歲時，全家搬到華盛頓特區，就在這裡，她開始對天文學產生興趣；她日後回憶12歲時常常熬夜看著窗外的星空，彷彿生活中沒有比每晚看星星更有趣的事。在父親的協助下，她用紙板和透鏡做了個簡陋的望遠鏡，繪製星星的軌跡。對天體運動的著迷自此成為她一生探索宇宙奧秘的驅動力。 高中畢業時，老師特別叮囑魯賓說女生不適合科學工作，但她仍不顧勸誡，最後於1948年從凡薩女子學院（Vassar College）畢業時，是全校唯一主修天文學的畢業生。魯賓畢業後隨即結婚，夫婿是她大學時到海軍實驗室實習所認識的軍官，大她兩歲，兩人白頭偕老一輩子。 魯賓原本就不想當個家庭主婦，她向普林斯頓大學索取研究所簡章，無奈普林斯頓從不招收女研究生（這個慣例直到1961年才打破，天文所更是遲至1975年才有第一位女學生），魯賓等不到回音，想說既然先生在康乃爾大學攻讀化學博士，乾脆也跟著去康乃爾大學讀研究所，結果兩人有幸蒙費曼（Richard Feynman）與貝特（Hans Bethe）這兩位諾貝爾獎得主親炙。 全職媽媽 vs. 學術研究 魯賓的碩士論文研究的是包括銀河系在內的諸多星系，是否也是繞著某個中心點旋轉，就像太陽系的行星繞著太陽轉那樣。但當時普遍認為這在如此大的尺度下不會發生，魯賓的碩士論文因此接連被兩份期刊拒絕，從此再也沒有刊出，只在美國天文學會1950年的會議上做過口頭報告。 其實那次原本是她的指導教授要上台報告，畢竟魯賓即將臨盆，而且也不是天文學會的會員。但魯賓仍堅持親自發表，於是她產後三週就帶著嬰兒，與父母一起於風雪中驅車前往六百公里遠的會場。不過辛苦奔波並未因此獲得回報，全場聽眾唯有德裔美籍天文學家馬丁·史瓦西（Martin Schwarzschild，其父親是算出黑洞臨界半徑的卡爾·史瓦西）一人表達支持之意，但他也只能鼓勵她收集更多資料才能令人信服。二十多年後，天文學家才發現超星系平面，一如魯賓的預言。 碩士畢業後，魯賓在家當個全職媽媽，但她仍無法忘情於天文學。推著嬰兒車去公園時，她會帶著天文物理期刊去讀，有一天她意識到這樣下去會永遠錯失研究，當下決定繼續攻讀博士。 在丈夫的支持下，已懷了第二胎的她於1951年進入喬治城大學，這是他們所居住的華盛頓特區唯一有天文研究所的學校。不過教授得知她想研究的題目後，建議她找就在附近喬治·華盛頓大學任教的加莫夫（George Gamow，為宇宙大爆炸提供重要的理論基礎，並預測宇宙微波背景的存在）當指導教授。 1954年，魯賓完成博士論文，再次提出迥然不同的主張：星系並非一般所認為的隨機地均勻分布於宇宙中，而是成塊成塊的聚在一起。結果得到的反應和之前的碩士論文一樣，幾乎沒有人相信，直到十五年後學界才正視她的論點。 魯賓拿到博士學位後先到一所社區學院教了一年書，再回到母校喬治城大學，花了十年時間從副研究員一路升到副教授，這期間她還得花費時間和心力照料四個小孩。1965年，她加入華盛頓卡內基研究院（Carnegie Institution of Washington，現改名為「卡內基科學研究院」），在這裡結識了未來最重要的合作夥伴福特（Kent Ford）。 暗物質 福特專門致力於研發光譜儀與光電倍增管，並將它們與天文望遠鏡結合，可以更精確地觀測天體運動的都卜勒效應（光源遠離我們時，波長會拉長，因此光譜移向紅色端，稱為「紅移」；光源朝我們移動時，波長會變短，光譜則移向藍色端，稱為「藍移」。）。由於偏移幅度與光源相對於我們的速度成正比，福特所設計的光學儀器便可更精確地計算出光源的移動速度，這對一直以來研究天體運動的魯賓無疑是最佳幫手。 鑒於自己之前的論文違背主流觀點卻又缺乏有力證據，魯賓這次把目標瞄向離我們相對近又明顯的螺旋星系——仙女座星系，這裡面的恆星大致上都是繞著星系中心轉動，因此從地球看來，一側的恆星轉動方向朝向我們，另一側則是遠離我們。藉由觀測它們藍移或紅移的程度，便可計算不同區域之恆星的軌道速度。 由於螺旋星系的大部分質量集中於中心區域，在重力的作用下，越靠近中心的恆星，其軌道速度應該越快，越外圍的則越慢；太陽系的行星也是如此。然而魯賓和福特對仙女座星系進行觀測後，卻得到出乎意料之外的結果：外圍恆星的軌道速度竟然和中間區域的恆星一樣快！ 魯賓和福特先在1970年發表仙女座星系的觀測結果，接著再繼續觀測更多螺旋星系，結果發現都和仙女座星系一樣，從裡到外的恆星都有著差不多的軌道速度。這和物理理論完全違背，該怎麼解釋？ 魯賓想起瑞士天文學家茨維基（Fritz Zwicky）曾在1933年提出一個主張，他認為后髮座星系團的質量不足以維繫邊緣的星系如此高速的軌道速度，因此必定還有看不見的暗物質提供額外的引力，否則邊緣的星系早就四散了。但只有重力卻沒有其它作用力的暗物質實在太匪夷所思，茨維基的大膽假說一直未被認真看待。 如今魯賓和福特發現這麼多的星系中恆星的軌道速度都是均勻平坦的，除了星系中充斥暗物質再無其它更好的解釋，可說是第一個具有說服力的證據。他們兩人於1980年發表論文，指出暗物質確實存在，並且質量是一般物質的5到10倍（目前估計全宇宙有5%是一般物質，暗物質則占26.8%，另外還有68.2%是暗能量），自此，暗物質才獲得學界的正視。 1992年，魯賓又發現一個前所未見的天文奇景：NGC 4550星系中有部分恆星和星塵是順時針運行，其餘則是逆時針運行，打破同一星系中的恆星都是同一方向運行的傳統認知，而這也成為星系合併的第一個證據。 榮耀與肯定 雖然做出這麼多開創性的重大發現，魯賓卻始終未能獲得諾貝爾獎，讓許多人都大抱不平，而她於2016年過世後更是沒有機會了。不過她的成就有目共睹，因此還是獲得許多獎項與榮耀，包括： 1981年成為美國國家科學院院士（她是第二位入選的女性天文學家）； 1993年獲得美國國家科學獎章；…
證實極光背後成因的人
這兩天因為強烈的太陽風襲擊地球，產生等級最高的G5級地磁風暴（上次是在2003年），原本只有在南、北極圈附近才能看見的極光，也出現在中高緯度的地區，例如倫敦、多倫多、舊金山、紐西蘭的奧克蘭等地的民眾都目睹這難得一見的絢麗景象，紛紛拍照上傳。 極光是因為太陽表面發生劇烈閃焰，射出高能的帶電粒子抵達地球後，被地球磁場導引至地磁的兩極，撞擊高層大氣中的氮、氧原子，它們的電子被激發到較高能階，再回到原來的能階時所釋出的能量，便發出不同顏色的光芒。 極光的起因自古以來便有很多猜測，包括伽利略、富蘭克林、道爾吞、法拉第、……等科學家都曾提出解釋，但皆不正確或不完整。直到1908年，挪威科學家伯克蘭（Kristian Birkeland）推測極光是來自太陽的帶電粒子與地球磁場的交互作用所致，才符合極光的大致成因（當時還沒有電子能階的概念）。不過由於無法獲得實驗證實，他的主張一直備受爭議，未能獲得普遍認同，最後證實這個理論的人就是費曼的妹妹喬安．費曼（Joan Feynman，以下就以喬安稱之，好和理查．費曼區分）。 喬安出生於1927年3月31日，比費曼小9歲。喬安5歲時，就充當費曼在家中做實驗的助手。幼小的喬安得站在箱子上才搆得著儀器，聽費曼的指示切換開關，偶而還會被電到。 費曼不是只會使喚妹妹，他不時還機會教育，告訴喬安各種知識，例如她的身體和家中的狗、鬆餅機都同樣是由原子構成，甚至教她畢氏定理。仍懵懵懂懂的喬安當然不懂什麼是平方，但她覺得費曼像在念一首詩，於是也跟著琅琅上口。 有一天夜裡，費曼把已熟睡的喬安叫醒，帶著她走出門外，穿過街道，來到附近的一個高爾夫球場，指著北方夜空的奇景給她看。那是紐約難得一見的極光，小喬安驚異地望著天際朦朧閃爍的光幕，聽見哥哥說還沒有人知道為什麼會這樣，彷彿開啟了探索科學的心靈，決定長大後就要研究極光。 八歲那年，喬安跟全家宣布自己將來要當科學家，誰知年輕時還曾為爭取女性投票權而上街遊行的媽媽竟然堅決反對。她告誡喬安：「女性沒辦法搞科學，因為女性的大腦不可能完全搞懂。」喬安當下趴在沙發上大哭，她日後回想當時的內心衝擊與影響：「對一個小女孩而言，被告知她的畢生夢想是不可能的，是個毀滅性的打擊。從此我總是懷疑自己的能力。」 直到喬安14歲生日那天，費曼送她一本天文學的大學教科書做為生日禮物，裡面的一張圖改變了她的一生。那是標示出「夫朗和斐線」（恆星的光從內部穿過大氣層時，某些波長的光被不同元素吸收，而在光譜上便形成暗線）的恆星光譜，上面寫著女性天文學家佩恩（Cecilia Payne）據此發現恆星的元素豐度。 對喬安而言，瑪麗．居禮猶如神話般的存在，是凡人無法企及的特例。但佩恩與自己相差不過27歲，仍是活躍於當代的鮮活人物，不但證明女性也能成為科學家，甚至足以被寫入教科書中。她因此恢復自信，從大學到研究所，一路往物理學發展，終於在1958年取得物理博士學位。（佩恩的生日是5月10日，費曼的生日則是5月11日，兩位改變喬安一生的人出生日期剛好相鄰，真是巧合。） 然而當時女性仍無法與男性平起平坐，喬安雖有博士學位，卻找不到有保障的研究工作。在女性就應該相夫教子的社會壓力下（她念研究所時，還為了配合做人類學研究的先生，而休學一年和他一同前往瓜地馬拉），已有兩個小孩的喬安不得不認命當個家庭主婦。但有志難伸的喬安卻越來越憂鬱，最後還得去看心理醫生。 在心理醫生的鼓勵下，她再度嘗試求職，終於在1962年獲得哥倫比亞大學天文台提供的一份兼職研究工作。她興奮的告訴哥哥費曼這個好消息，同時跟他約法三章：「宇宙所有領域你都可以研究，但唯獨極光要歸我。」多年以後，有機構委請費曼研究極光，他認真回覆對方不行，除非他妹妹喬安同意。 1963 年，喬安丈夫的新工作在加州，她再度配合丈夫，放棄天文台的職務，跟著搬到加州。所幸她在NASA找到一份研究工作，負責研究太陽風與地球磁場的交互作用。她不但做出許多重要貢獻，並在 1971 年發現可以用太陽風中所含的氦，來判斷以往難以察覺的「日冕物質噴射」現象。不料，第二年她就因為 NASA 經費刪減而遭到裁員。 喬安向當地猶太教會的拉比尋求協助，因為拉比之前曾運用人脈幫許多失業的學者找到工作。孰料拉比竟然反過來斥責她自私，要她安於當個家庭主婦。那天晚上她回到家後，拿出吸塵器來回吸了地板幾下，終於崩潰痛哭。她的兒子見狀也在一旁啜泣，喬安撫慰他後，試圖讓他理解：「我知道你希望我在家裡，但我要嘛當個兼職媽媽，否則就會變成整日發瘋的女人。」 幾個月後，喬安終於在大氣研究中心找到工作，並於1974年成為美國地球物理聯盟（AGU）第一位女性成員。隨後她根據探索者33號（Explorer 33）太空船所蒐集的資料，於1977年和同事發表論文，證實極光是太陽風的高能粒子受地球磁場引導，撞擊地球大氣層所致。極光正是她投入科學的源頭，如今她果真實現了幼時許下的誓言。 喬安之後又換了幾個不同單位，最後於1985年落腳在噴射推進實驗室，直到 2003年退休。退休前，NASA頒給她「傑出成就獎」，以表彰她在高能粒子方面的研究，對於太空船的防護設計有極大幫助。喬安在職業生涯後期，對太陽週期與地球氣候變遷的關聯也做出貢獻。 喬安的經歷不僅反映了那個時代女性科學家的艱辛，事實上也是婦女在追求夢想時，必須在職場與家庭之間拉扯的縮影。即使在講求兩性平權的現代社會，女性仍承受許多無形的壓力，尤其一旦身為母親，天性上總是對小孩有更多的牽掛與承擔，的確要付出更多才能掙得應有的肯定。趁今天母親節，再用喬安的故事向天下母親致敬。 按：關於喬安的部分，主要摘自我之前寫過的〈要當兼職媽媽或全職瘋女人？〉 參考資料：
推翻天文學家認知，發現恆星組成成分的人
1925年1月1日，哈佛大學的研究生西西莉亞·佩恩（Cecilia Payne）終於完成博士論文，孰料提交出去後，審查委員卻不表認同。她苦惱不已，好不容易走到這一步了，她該為了博士學位，按照審查委員的意見修改論文，否定自己的見解嗎？ 起點 1900年5月10日出生於英國的佩恩生長於書香門第，儘管父親在她四歲那年就過世，但獨力撫養三名子女的母親仍讓她一路升學，而她也爭氣地於1919年拿到獎學金，進入劍橋大學就讀。喜歡科學的她選了物理、化學、植物學等課程，打算再慢慢摸索興趣所在，沒想到過沒多久，一場演講便讓她決定了未來的志向。 那年愛丁頓爵士（Arthur S. Eddington）來校演講，講述他5月時遠赴非洲，如何利用日食當下觀測遠方恆星的位置，驗證了愛因斯坦所做的預測，讓原本備受質疑的廣義相對論獲得全球認同。佩恩聽了之後大為震撼，她日後回憶道：「結果就是我的世界觀徹底轉變。……。我的世界撼動之深，使我體驗到宛如精神崩潰的經驗。」 佩恩當下決定專攻物理，並在參加劍橋天文台的活動時，主動向愛丁頓爵士請益，獲他指點閱讀哪些書籍，並讓她使用天文台的圖書館查閱天文學期刊，從此開啟了她的天文學之路。 哈佛大學天文台 然而當時劍橋大學尚不授予女性學位（此一陋習直到1948年才打破）；女性修完大學課程後，未來的職涯唯有至中小學教書一途。所幸佩恩認識了哈佛大學天文台台長夏普利（Harlow Shapley），他剛在哈佛大學開設天文學的研究所課程，願意提供她獎金前往就讀，於是佩恩便於1923年負笈美國攻讀博士。 哈佛大學天文台擁有數量龐大的恆星光譜照片，除了可以用來判定溫度為恆星分類，還能透過光譜分析知道恆星內部有哪些元素，這是因為恆星所發出的光被不同元素吸收後，會在光譜上所對應的波長位置形成許多稱為「夫朗和斐線」（Fraunhofer lines）的暗線，從這些譜線便能得知是哪些元素造成的。 作為哈佛研究生的佩恩得以查閱天文台的這些資料。相較於美國的天文學家，主修物理的她有個優於他們的強項，那就是量子物理的知識。量子物理才剛興起不久，提出相關理論的物理學家都在歐洲，佩恩在劍橋就上過波耳本人開的課，美國的物理學教授還不見得比她瞭解量子物理。 恆星光譜 佩恩知道夫朗和斐線是因為不同能階的電子吸收不同波長的光後，躍遷到更高能階；理論上溫度越高，電子越容易被激發到更高能階，因此夫朗和斐線會更加明顯。但印度天文物理學薩哈（Meghnad Saha）於1920年指出，當溫度太高時，最外層的電子會逃離原子束縛而成為自由電子，原子失去電子變成離子後就無法吸收光線。因此佩恩領悟到恆星中的元素其實有很大比例是離子，而不是可吸收特定波長的中性原子，這代表恆星的夫朗和斐線反映的並不是真正的元素含量。 於是佩恩根據薩哈的電離理論，推算不同表面溫度的恆星中，原子電離的程度，再從它們的夫朗和斐線推算所含的元素比例。結果她發現不同類型的恆星——包括太陽，其組成成分幾乎全都一樣，更令人訝異的是，氫與氦這兩個最輕的元素就占了絕大部分（分別是71%與27%），其它元素總共占不到2%。 這完全違背了天文學家的普遍認知，因為他們認為太陽系的主要天體既然約莫在同一時期形成，那麼太陽的組成成分與地球應無二致。因此當佩恩將她的發現寫成博士論文，提交出去後，負責審查的普林斯頓大學教授羅素（Henry Russell）便勸她不要做出氫是太陽主要成分的結論，因為這「顯然不可能」。 翻身 羅素是天體光譜學的權威，佩恩內心掙扎許久後，還是在博士論文最後備註自己的計算「幾乎可以肯定與實際不符」，好讓論文順利過關。她因此於1925年取得博士學位，成為哈佛大學第一位天文學博士。 沒想到四年之後，羅素從不同方向著手，也計算出和佩恩同樣的結果，才在論文中提及佩恩是最早發現的人。此外還有另外兩位天文物理學家也都驗證了佩恩的主張，從此學界才普遍相信恆星主要是由氫與氦所組成；她那篇論文也被譽為天文學領域最傑出的博士論文。 佩恩決定繼續留在哈佛研究天文學，不過哈佛大學向來不聘任女性為大學教授，天文學家也只有男性才有資格擔任，她只能領取低薪，以助理的身分從事研究工作，繼續為恆星演化與變星的物理解釋作出重要貢獻。 1938年，佩恩終於被賦予天文學家的頭銜，但要到1956年她才終於晉升為正教授，成為哈佛大學第一位獲此「殊榮」的女性；不久之後，她成為天文學系主任，又是哈佛史上第一位擔任系主任的女性。 回顧 佩恩以自身成就證明女性也能獨當一面，提升了女性的地位，也鼓舞更多女性投入天文學研究，理查·費曼的妹妹喬安·費曼（Joan Feynman）便是在哥哥送她的天文學教科書上讀到她的貢獻，而相信自己也能成為科學家。 1976年，美國天文學會授予佩恩「亨利·諾里斯·羅素獎」（沒錯，這個獎的名稱就是那位否定她再肯定她的天文學權威），她在獲獎感言中說： 年輕科學家的獎勵是成為史上第一個看見某樣事物或理解某樣事物的人時，所產生的情感悸動。沒有什麼能與這種經驗相比。 最後她也說： 老科學家的回報則是看到一幅模糊的草圖逐漸化為精巧的風景所帶來的感觸。 這無疑是佩恩一生不忮不求，也從不懷憂喪志，全心投入科學研究的內心寫照。 參考資料：