理工女故事 | 王明贞:中国物理学的女性拓荒者

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文 / 郑利昕

五年前,我在中科大念书,每天穿过石榴园、眼镜湖、也西湖,匆匆路过钱临照、郭永怀、严济慈等一大批大师的雕塑。在舞台上,在镜头下,在教学楼悬挂的海报里,人们反复讲述着这些中国科学先驱们严谨的治学理念、坚韧的科研精神,以及拳拳爱国之情。然而罕有人知的是,二十世纪上半叶,有一批同样优秀的中国女性,在各个尖端科研领域展现着惊人的才华;在百废待兴的中国高等教育领域,她们做出了不可磨灭的贡献。

我相信,通过讲述她们的人生故事,我们得以从一个独特的角度重温家国动荡的历史;通过感受她们昨日的彷徨、奋斗和喜悲,可以帮助我们照见今日的道路。

今天讲述的,是统计物理学家王明贞的故事。

王明贞于1906年出生于苏州,先后就读于金陵女子大学和燕京大学。她从密歇根大学获得物理学博士学位,曾在MIT辐射实验室从事雷达研发,是清华大学有史以来第一位女教授。她在玻尔兹曼方程、布朗运动、噪音理论等领域均有突出贡献;她于1945年发表的论文,至今仍不时被同行引用。

自强的祖母

王明贞的故事,要从她的祖母谢长达说起,那可是一位了不起的人物。1901年,谢长达率先在苏州发起成立妇女放足会,带头引导妇女放开双脚的束缚。1906年,她创办了振华女校(后更名为苏州第十中学),取“振兴中华”之义;这个学校后来走出了许多优秀的女性,包括作家杨绛、高能物理学家何泽慧、农学家沈骊英等等。其中,王明贞的表妹何泽慧是中国第一位获得物理学博士学位的女性学者,她曾回忆,自己是直接受到表姐的影响才立志学习物理的;她与丈夫钱三强后来成为中国原子能事业的奠基人。

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中国第一位物理学女博士何泽慧

王明贞在她的回忆录《转瞬九十载》里这样写道:“当我10岁的时候,有一次她(祖母)来我家,正好我在为我的一个弟弟穿衣服。她见到后就忿怒地向我继母说:‘明贞这时应当去学校念书,你怎么把她留在家里当婢女使唤?’”从此明贞开始在振华女中附小读书。也许就是这样一个自立自强的祖母,深深地影响了王明贞的性格,让她在之后的漫漫人生中,有了一股从不服输的劲儿。

始终全A的优等生

在举家搬到上海后,王明贞进入晏摩氏女中(后更名为北郊中学)就读,这是一所美国人创办的女子教会学校,老师们在课堂上用英文授课。在晏摩氏,王明贞如鱼得水,从进校开始,三年来每门课每学期都得了A;她还在毕业演出中担任女主角,在年刊编撰时被推选为总编辑。然而在这个宗教氛围浓厚的中学,明贞始终拒绝成为一个基督教徒,即使校长赛里女士流着泪请求她信教,明贞也只是对校长说:“我明明不信,不能向你扯谎。”

1926年,王明贞进入大学。此时她已十九岁,已是当时女性默认的婚嫁年龄;理所当然地,父亲和继母不太赞成她继续念书,而是给她安排了一门亲事。幸好对方不急着结婚,更巧的是,王明贞的姐姐王淑贞恰好从美国回来了。

这个姐姐王淑贞是个年轻的妇产科医生,刚刚留学归来。因从小眼见母亲因产褥热去世,继母也在第一次生孩子时差点丧命,她便立下了学医的志愿。1918年,十九岁的王淑贞考取了庚款奖学金赴美留学,先后在巴尔的摩高氏女子大学(Goucher College)、芝加哥大学、约翰·霍普金斯大学学习,获得了医学博士学位,并任约翰·霍普金斯大学医学院妇产科医生。1926年,怀着报效祖国的强烈愿望,王淑贞离开美国,就职于上海西门妇孺医院,创办了该院妇科。西门妇孺医院后来并入了复旦大学,改名为复旦大学附属妇产科医院,因其红色的屋顶,一百多年来被人们亲切的称为“红房子医院”。

刚刚回到祖国的淑贞,深深的明白教育对女性的重要性。她向为难的明贞保证:“我会全力帮助你实现你的愿望。”妹妹明贞禁不住流下了感激的眼泪。在姐姐的资助下,她报考了南京金陵女子大学,并以优异成绩入学。

金陵女大:厚生

1915年,在光绪皇帝准许女性接受教育之后的第八年,金陵女子大学成立了,这是一所美国基督教会背景的大学。第一届新生开学典礼上,总共只有六个教师和十一个学生。

二十世纪二十年代,民国政府收回办学自主权,要求所有中国高等学府的校长必须由中国人担任。研究昆虫学的吴贻芳刚刚在密歇根大学取得博士学位;作为金陵女大的杰出校友,她被直接任命为金陵女大的校长,也成为中国第一位女性大学校长。吴贻芳在这个位置上工作了二十三年,为了教育,她终生未婚。后来,新中国院系调整,金女大被并入南京师范大学,吴贻芳转任江苏省教育厅厅长。

1928年,在金女大就职典礼上,吴贻芳确定了金陵女大的办学宗旨:“造就女界领袖,为社会之用;培养人才,从事于中国的各种工作”。金陵女大的校训为“厚生”,出自圣经,吴贻芳曾解释其内涵:“人生的目的,不是为了自己活着,而是要用自己的智慧和能力来帮助他人和社会,这样不但有利于别人,自己的生命也因之而更为丰满。”

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金陵女大校长吴贻芳

吴贻芳培养出的金陵女大毕业生,被誉为“九百九十九朵玫瑰”,活跃在新中国的各个学科领域。1943年,美国史密斯女校邀请吴贻芳作为毕业典礼演讲嘉宾,并授予她荣誉法学博士的学位。1945年,吴贻芳出席联合国成立大会,成为在《联合国宪章》上签字的第一位女性。1979年,密歇根大学授予吴贻芳教育杰出贡献奖。

坎坷的求学之路

和中学时一样,王明贞在金陵女大成绩优异,经常帮助同学解答疑问,还提前选修高年级课程。然而,在大学二年级下学期期末,王明贞惊讶地发现,她的物理课居然得了一个B。原来,这是一门大学三年级的物理课程,作为班上唯一的一个大二学生,她被老师理所当然地认为不够出色。一气之下,王明贞转去了同样是教会学校的燕京大学,进入物理系三年级学习。

1929年夏天,哥哥王守竞从美国学成回国,资助了王明贞最后一年的大学费用。

在《早期中国物理学史发展之回忆》中,吴大猷对王守竞的评价非常高:“他是一个绝顶聪明的人。”“量子力学一发展出来,他就坐上了头一列火车。”1926年,薛定谔写下了著名的薛定谔方程;旋即,在原子分子光谱、介电常数、磁化率和化学键等各种问题上,接连涌现出了一大批研究成果。这一时期被称为理论物理的狂欢期,然而这狂欢的地点却主要是在欧洲;美国当时的理论物理还相当薄弱,大家都在拼命学习欧洲的研究成果。在哥伦比亚大学读博期间,王守竞和几位志同道合的朋友们成立了一个理论物理自学小组,在完全没有导师指导的情况下,他们每周末聚会,轮流报告新近阅读的文献,展开讨论。正是得益于自学小组的讨论,王守竞用试探波函数的方法,用量子力学求解了氢分子问题,这项工作也成为了他的博士毕业论文。王守竞的论文是哥伦比亚大学物理系第一篇纯理论的博士论文,他也由此成为了中国第一位在世界上享有声誉的理论物理学家。

归国后,王守竞就职于北大物理系。抗战爆发后,“基于他自己内心的压力,觉得必须为国家做点实际的事情”(吴大猷语),王守竞转入实业领域,创办中央机械厂。战时汽油极度匮乏,中央机器厂竟能改造汽车发动机,使其几乎能用一切可以烧的东西跑起来,桐油、煤炭、煤油等等。王守竞有一句名言:“只要给我一个合适的价钱,我什么都能做”。

1930年,明贞从燕京大学顺利毕业。大概是看到了哥哥姐姐的出色表率,她也希望出国留学,然而难题却不少。首先,明贞需要解决婚约问题,她向父亲和继母写信,提出了解除婚约的想法;虽然父亲火冒三丈地以断绝关系相威胁,但在姐姐的共同劝服下,父亲勉强同意了。

然后,她需要申请学校。那时候要想出国留学有两条路可走:考取庚款,或者自己申请。由于当时负责物理学庚款出题的老师大多来自清华大学,考取的学生也多是清华毕业生,作为燕大学生的明贞感到不太有底气考取庚款,于是选择了第二条路。她写信给密歇根大学,申请博士项目。

密歇根大学很快回信给了她四年的全额奖学金,只是赴美的路费需要自己出。明贞又为难起来了:“向继母要,她是肯定不会给的。向我哥哥或姐姐要,他们倒是会给我的,但是为了进大学,我已经欠他们太多了,这次实在开不出口。我想工作几年积够路费再去申请,所以就写信到密歇根大学回绝了奖学金,推脱说由于母亲生病而不能去。”

谁知道,这一拖就是八年。明贞在燕大一边做助教、一边读研究生,两年后取得了物理硕士的学位。1932年,在金陵女大校长吴贻芳的邀请下,明贞来到金陵女大教授数学和物理。一边还准备着庚款考试。

1937年,王明贞已在金陵女大教书五年了。在此期间,她积极准备,参加了两次英庚款和一次美庚款考试,并在最后一次的英庚款考试中取得了第一名的极好成绩。然而,据王明贞回忆录中记载,当时由于命题小组主任吴有训的一句话,“派个女学生出国去学物理,不是浪费钱么!?不如派第二名男学生好。”她又一次与机会失之交臂。

又一次多亏了吴贻芳。当她得知明贞困境的时候,立即给密歇根大学写了一封强有力的推荐信,明贞终于顺利拿到了密歇根的四年的全额奖学金。

1938年夏天,明贞启程前往美国。

密歇根大学:一年完成博士研究

现今的年轻人对“密歇根大学“这个名字都已十分熟悉了,它是美国一所历史悠久的著名公立大学。然而罕有人知的是,早在二十世纪上半叶,密歇根大学就和中国女性有着深厚的渊源。中国最早的博士石美玉女士和康爱德女士都是1896年毕业于密歇根大学。获得医学博士学位后,她们回国创办了中国最早的一批妇幼医院。二十世纪初,中国使用庚子赔款派遣留学生出洋时,美国首批五所接收中国留学生的学校就包括密歇根大学。1917年,密歇根大学建立了巴伯尔东方女性奖学金(Barbour Scholarships for Oriental Women),专门用来资助包括中国在内的东方女生来密歇根大学留学。

1940年秋季,在念完两年的必修课之后,王明贞选择了乌伦贝克(G. E. Uhlenbeck)教授作为博士论文的导师,研究玻尔兹曼方程的解。在一周见面一次、讨论指导进行了快一年之后,1941年晚春的一天,乌伦贝克教授突然告诉明贞:”你做的工作已够得上一篇博士论文,以后只要把它写出来。”明贞喜出望外。于是,在接下来的时间里,明贞开始和乌伦贝克教授进行一些额外的关于统计物理基础的研究,直到四年期满,拿到博士学位。

值得一提的是,在明贞来到密歇根大学的次年,同样从燕京大学毕业的女学生王承书也来到了密大,进入物理系学习。大概是出于对明贞的极好印象,乌伦贝克教授招收了王承书,研究方向是稀薄气体中声的传播和气体中的输运现象。新中国成立后,王承书和同为物理学家的丈夫张文裕一起回到祖国,为中国的核物理和粒子物理研究作出了杰出贡献。

为战争服务:雷达研究与噪音理论

麻省理工大学有一个辐射实验室(MIT Radiation Laboratory “The Rad Lab”),专门研究雷达。早在二战初期的1940年,MIT校长卡尔·康普顿等人就意识到科学研究对于战争的重要性,向罗斯福政府建议成立相关研究室,并很快得到批准。他们将其取名为“辐射实验室”,以给外人造成一种单纯研究核物理的印象——因为在1940年,谁也没有意识到核物理跟战争有什么关系。在辐射实验室的鼎盛时期,有三千五百名员工在那里工作,每个月花销接近四百万美元。实验室设计了近一百种雷达系统,依据其研究成果制造的各种雷达价值十五亿美元,是扭转二战战局的关键因素。

当时明贞博士毕业,需要找工作。在乌伦贝克教授的好友格斯密特(S. Goudsmit)教授的推荐下,经过三个月的审核,明贞来到了国家级保密实验室——辐射实验室工作。在这里,她开始研究噪声理论,前后将近三年。她的成果被载入《麻省理工大学辐射实验室丛书》(MIT Radiation Laboratory Series)第24卷《临界信号》(Threshold Signals)。这套丛书总共28卷,汇集了麻省理工大学辐射实验室在二战的五年间所有的研究成果。

1944年夏天,明贞根据自己的博士论文,与乌伦贝克教授合写了一篇论文 《布朗运动理论研究之二》(On the Theory of the Brownian Motion II),次年发表在《现代物理评论》杂志上。这篇论文总共被引用了一千多次,直至今天还不时被引用。

归国

1946年底,在美国学习生活了八年之后,明贞终于启程回国。这一年,她四十岁。她在物理学术领域的研究活动也基本停止了。

然而生活还在继续。在之后的人生里,明贞与爱人相遇,第二次赴美,在美国当局的阻挠下辗转回国,就任清华大学并成为清华第一位女教授,文革时被投入监狱,等等等等。这些曲折故事,都以冷静而详尽的语言在她的自传文章《转瞬九十载》中记述了下来。

明贞是一个认真尽责的教师。曾在清华大学理论物理教研组担任助教的王诚泰老师回忆说:“王先生备课极为认真,她对每一个公式、每一项系数都要推导和检验,她鼓励学生提问并与他们平等讨论。”王明贞对自己十一年清华从教生涯的评价说:“我是认真备课的,从来没有在课堂上说过一句废话。”

二十世纪八十年代,在厦门举行的统计力学会议曾邀请王明贞,希望她能做大会主旨发言。王明贞委婉地拒绝了邀请:“好久没做研究工作了,就不去了。”

据说有一次,九十多岁的王明贞在校园散步时,发现一名学生正在复习统计力学,她竟然给这个学生答疑了两个多小时,快到下午一点钟,还没有回家吃午饭,急得家人四处找她。

王明贞2010年去世,享年104岁。她的两个弟弟王守武和王守觉都是半导体、微电子专家,中科院院士。


参考文献


作者简介

郑利昕,安徽合肥人,中科大毕业,美国宾州费城天普大学(Temple University)物理系凝聚态方向博士生


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