中國第一位物理學女博士是誰？
圖1 1950年代的顧靜徽博士
撰文 | 戴念祖、劉娜（首都師范大學物理系）
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顧靜徽，1900年7月1日生于江蘇嘉定縣（今屬上海市）。父母早亡，在繼母支持下，20歲之前曾入嘉定小學、江蘇省立師范學校（蘇州），刻苦讀書。1920年入上海大同大學，成為胡剛復的學生。1923年尚在大同念書的顧靜徽考取留美公費生，入美國康奈爾大學文理學院，1926年獲學士學位。1928年，獲耶魯大學碩士學位，同年入密歇根大學研究院，師從理論物理學家丹尼森（D.M. Dennison，1900-1976）研究光譜學，1929年成為美國物理學會會員，1931年獲物理學博士學位，成為我國近代史上第一個獲此學位的女性工作者。
?圖2 1969年，丹尼森在Ann Arbor的家中。來源：Eric Dennison
顧靜徽于1931年回國，先任南開大學物理系教授兼物理系主任（1931-1933），成為繼饒毓泰（1891-1968）之后第二任南開大學物理系主任；后任上海大同大學物理系教授、中央研究院物理研究所兼任研究員（1933-1937）。1938-1939年在德國柏林威廉皇帝物理研究所（Kaiser Wilhelm-Institutfür Physik，今普朗克物理研究所）任客座自然科學家。1940年，回國任唐山交通大學物理學教授（其時，該校在貴州平越縣，即今福泉縣）。1928年，實業(yè)家馬君武（1882-1939）于梧州創(chuàng)辦廣西大學，1936年，該校遷桂林并成為省立大學。從抗戰(zhàn)時起，國內(nèi)北方與東方各大專院校西遷，許多流離的名家教授云集西南，也到廣西大學任教，1939年，該校遂更改為國立大學。顧靜徽被該校聘為教授（1941-1945）?？箲?zhàn)勝利后，西南的各院校復遷原地。顧靜徽于1946年回大同大學任教，1947年任職于上海國立編譯館。1949至1952年9月又任教于大同大學。此后，她一直任北京鋼鐵學院（今北京科技大學）教授、物理教研室主任（1952-1983），并任中國物理學會北京市分會第一屆副理事長。她還是中國物理學會的籌辦者之一。1932年，中國物理學會成立暨第一次年會籌備會議上，她是該籌備委員會委員兼論文組審查人，1956年加入中國共產(chǎn)黨。1983年10月30日卒于北京。
1940年8月，顧靜徽與施汝為結婚，婚后有一兒子，取名施雁旸，后來成為電子學家。施汝為，江蘇崇明縣（今屬上海市）人，他和顧靜徽是小同鄉(xiāng)，又是同出師門而不同學校的同學，都是胡剛復的學生。胡剛復（1892-1966）于1918-1925年在南京高等師范（1921年更名東南大學）任物理教授，施汝為于1920-1925年在該校數(shù)理化科學習［1］；同時，胡剛復又兼職于上海大同大學物理教授，每周三天在南京，三天在上海［2］，而顧靜徽此時正在大同大學學習。顧靜徽與施汝為又是中央研究院物理研究所同事，前者于1933-1937年在該所兼任研究員，后者于1934-1949年一直任該所研究員。施汝為早年在家鄉(xiāng)有妻室，原配張氏，由于日寇侵華，音訊隔斷。地處東西的他們，無雁傳書、琴瑟斷弦。在抗戰(zhàn)艱難時刻，施與顧彼此關照，終成眷屬。1983年初，施汝為病逝；數(shù)月后，顧靜徽也駕鶴西去。
?圖3 施汝為。來源：中科院物理所網(wǎng)站
順便說及，當顧靜徽在密歇根大學師從丹尼森時，吳大猷在南開大學師從饒毓泰。1929年饒毓泰赴德國萊比錫大學研究［3］，而吳大猷是年畢業(yè)于南開大學，并留校任教兩年。1931年吳大猷赴密歇根大學深造，師從古茲米特（S. A. Goudsmit，1901-1978）和丹尼森［4］，而顧靜徽此時剛告別其師丹尼森，并任南開大學物理學教授兼系主任。中國早期的這兩位物理學家在彼此不相識情況下卻在地球的空間位置上準確地調(diào)換，也是科學史上一趣事。
還有一件有意義的事是，早在1934年，《中國評論》（China Critic）周刊第七卷某期上曾刊登“顧靜徽”英文小傳。連載這些小傳的專欄稱為“人物速寫”（Unedited Biographies）或“知交剪影”（Intimate Portraits）。上此專欄的人物有陳嘉庚、丁文江、馮友蘭、顧維鈞、胡適、劉復、劉海粟、吳宓、吳稚暉、徐志摩、葉公超、趙元任等等。專欄的作者是1930-1940年代文化界的新明星溫源寧（1899-1984）。其中部分傳記曾由作者結集出版，錢鐘書曾為之撰寫書評。書評中指出，該書中文章“好比信筆灑出的幾朵墨花，當不得《現(xiàn)代中國名人辭典》用”，但是，這些文章是“富有《春秋》筆法的當代中國名人小傳”。該書近年有中英文對照本出版［5］。
溫源寧與顧靜徽于1933年或1934年在上海同租住一公寓而彼此相識。溫源寧為之寫傳，為的是抨擊社會中輕視婦女的現(xiàn)象，甚至有女性不應享有高等教育之“闊論”者。時為中央研究院物理研究所研究員的顧靜徽就成為溫源寧反擊這些人的利器。“顧靜徽”小傳由此而出。本文僅摘引其中兩段主要文字如下：
“她（顧靜徽）在蘇州讀江蘇省立師范學校時，中文成績出類拔萃。蘇州是一個景色秀麗的古城，曾經(jīng)是才子輩出，佳人如云。顧靜徽在班上年齡最小，卻是最出色的學生之一。后來她上Utopia學院（直譯應為“烏托邦學院”，實乃指“大同大學”的“大同”二字。因為“天下大同”有烏托邦之味——本文筆者注），為出國留學做準備。在那個學院里，她又以確定無疑的未來物理學家的前景鶴立雞群。她畢業(yè)于康耐爾大學。耶魯大學給了她碩士學位。密歇根大學培養(yǎng)她成為合格的物理學博士。她的學業(yè)記錄毫無瑕疵。她現(xiàn)在任職于中央研究院物理學研究所”。
“但是靜徽的為人更加可愛。她身材矮小，卻有高大的靈魂，文靜而不矯揉造作，和朋友們相處，樂于助人，善于安慰。她的同情精神無可挑剔。朋友們隨時可以來找她向她訴說自己傷心的故事，而她，總有傾聽的耐心。她的最大特點，是她對別人的關心。那也是真正的寬容大度和開朗——總有容納別人意見的心胸。她不喜歡為了談話而談話，那是大多數(shù)男人都覺得有趣和開心的事情。然而她有大多數(shù)人所缺乏的幽默感?！?span style="color: rgb(136, 136, 136);">［5］
這些文字給我們留下了才智、善良的青年顧靜徽的真實形象。
顧靜徽的博士論文題目是《二氧化氯（ClO?）的吸收光譜和對稱三原子分子帶光譜系中的強度分布》。該文分別以題為《二氧化氯的吸收光譜》（見圖4）和《對稱三原子分子帶光譜系的強度分布》（見圖5）刊載于1933年9月同一期的美國Phys.Rev.《物理評論》（第44卷，第376，383頁）。
1927年量子力學誕生，其理論立即被用于探討雙原子分子（H2）的光譜強度分布和結構問題，光譜實驗與量子力學理論彼此促進。繼而，一些研究者開始探討三原子分子的振動光譜。在三原子分子中，有5個小組在1931年前后開展對ClO?光譜的研究。在他們之中，有兩個組是在可見光區(qū)和紫外區(qū)較早些對ClO?作研究的［6，7］；Urey和Johnston的小組測定了ClO?的可見區(qū)和紅外吸收光譜，并在分析中假定有3個簡正頻率，但在其實驗中沒有發(fā)現(xiàn)它們。因此，他們推論，該分子的電子低能態(tài)有3個簡正頻率，高能態(tài)只有2個簡正頻率［8］。顧靜徽和丹尼森為一個小組，丹尼森對ClO?直線型分子結構作了分析［9］，然后又指導顧靜徽對紅外和紫外區(qū)光譜作了實驗測定，并對ClO?三角形分子結構作出分析［10］。第五小組，即Bailey和Cassie的小組在紅外區(qū)作了實驗測定，他們的實驗證實了顧靜徽有關計算和推論［11］。有意思的是，顧靜徽的論文作為博士學位論文是在1931年完成的，但其論文發(fā)表于1933年，在Bailey和Cassie之后一年，這就出現(xiàn)了他們之間彼此征引文獻的情況。
?圖4 顧靜徽博士論文之一
?圖5 顧靜徽博士論文之二
顧靜徽從實驗上測量了ClO?在不同散射下的可見光和紫外吸收譜帶的強度，其中測定了179段帶譜在真空中的波數(shù)（wave numbers），這些數(shù)據(jù)是她對ClO?光譜結構和分子常數(shù)進行計算分析的基本數(shù)據(jù)。由這些數(shù)據(jù)，使顧靜徽從電子能帶中發(fā)現(xiàn)，無論低能態(tài)或高能態(tài)，ClO?分子只有3個電子簡正態(tài)，它們的簡正頻率分別為v1=529cm-1，v2=954cm-1，v3=1105cm-1?？梢?，顧靜徽的論文和Urey與Johnston的推論具有本質(zhì)的區(qū)別。v2和v3可直接從實驗中得到證明；v1未在紅外區(qū)域觀察到，可能是由于實驗中分光技術的局限性，它處于顧靜徽的實驗光譜之觀察極限。假定ClO?的3個原子成三角模型，顧靜徽進而分析并計算了這三角形的頂角，即α=65°，以及該分子單價力勢的常數(shù)（the constants in a simple valence force potential）：k，=6.74×105，k=1.16。還計算出O-Cl之間的距離為1.22×10-8cm。關于這3個簡正頻率和分子常數(shù)，都得到Bailey和Cassie小組的證實。
但是Bailey和Cassie推斷，還有2個簡正頻率，它們分別為1884和2034。顧靜徽認為，這2個頻率是她所測定的3個簡正頻率的組合，如表1所示（表中D和Z為能帶類型）。論文中，顧靜徽對其所測定的分子常數(shù)與Cl的同位素（Cl=35和Cl=37）移位的觀測值作比較。由于當時的理論與實驗技術都尚未完全成熟，顧對移位的測量不夠精確，因此，這種比較不能得出什么有意義的結果。5年后，即1936年，從電子衍射的測量中獲得ClO?的頂角為137°±15°。顧靜徽所測的分子常數(shù)偏小才為人所知，但她的關于3個簡正頻率的數(shù)值，至今還被人們所重視。
1939年，吳大猷撰寫了《多原子分子的振動光譜及其結構》一書［13］，書中關于三原子分子中ClO?一節(jié)，有關其簡正頻率和分子常數(shù)的數(shù)據(jù)大多源自顧靜徽的博士論文。吳大猷根據(jù)當時已增長了的有關分子振動光譜知識和電子衍射對ClO?的測定，重新編排了顧靜徽的觀測與計算結果（表1中右欄），即對ClO?簡正頻率的序號與能帶類型作了新的排位。其中對1884這一簡正頻率的組合比顧靜徽更為準確。至于分子頂角，吳大猷以電子衍射數(shù)據(jù)計算為122°。表1中的數(shù)據(jù)在1945年吳大猷著作補充修訂版時未有改動。吳大猷的著作是相關領域唯一的一本學術參考書，此后再也無人去修訂、重寫或重做過。因此，顧靜徽的研究結果也就一直保留到今天。1971年諾貝爾化學獎獲得者赫茲堡（G. Herzberg）在他三卷本的名著《分子光譜和分子結構》中引用了顧靜徽的論文，并注明她的工作是當時唯一的一篇研究三原子分子ClO?的紫外吸收光譜的論文［14］。
值得注意的是，丹尼森與顧靜徽師生是同齡人，他們都還年輕。因此，顧的學位論文未及時發(fā)表。直到次年（1932）Bailey和Cassie的論文發(fā)表并證實顧的工作之后，丹尼森才決定立即將顧的論文送出發(fā)表。顧靜徽在論文中又肯定Bailey二人的成果，并將其論文于1933年5月郵寄于《物理評論》。吳大猷等后來征引文章者，不知此意，往往將顧、Bailey和Cassie的論文同時征引，甚至于有顛倒其次序者。
顧靜徽從她的光譜實驗數(shù)據(jù)中，還計算了ClO?的電子處在受激態(tài)時的3個可幾頻率和分子常數(shù)。由于受激態(tài)與初始條件關系甚密，其具體數(shù)值或許并不具有普適性。她的另一篇文章主要是將Franck-Condon理論推廣到一般的XY2型（X和Y分別代表兩種元素，右下角數(shù)字是原子數(shù)）三原子分子譜帶的強度分布的研究中。通過波動力學計算，發(fā)現(xiàn)它的最可幾躍遷的各態(tài)振動量子數(shù)的表示式。并且通過計算得出，在某些量子數(shù)下，躍遷幾率的積分歸為零，因此，她期待在光譜中可觀測到相應的禁戒躍遷。
顧靜徽在德國威廉皇帝物理研究所期間獨自研究了“鉻釩在低溫下的斯塔克效應及其熱與磁的特性關系”（Der Starkeffekt und Beziehung zum thermodynamischen und magnetischen Verhalten in Chromalaun bei tiefen Temperaturen)。根據(jù)某些報道［15］看來，顧靜徽的這篇論文原擬在德國威廉皇帝研究所刊物1939-1940年間的Physik.Z.上發(fā)表，或許由于“二戰(zhàn)”（第二次世界大戰(zhàn)）的日益激烈而未能實現(xiàn)。待“二戰(zhàn)”結束，也就事過境遷了。然而，顧靜徽對低溫物理情有獨鐘。她曾在中央研究院物理研究所指導吳健雄研究低溫下某種氣體分子的光譜；在1950-1960年代，又曾在北京鋼鐵學院多次提出要研究低溫物理。前者，因吳健雄與顧本人分別出國做研究而未能如愿；后者，或由于不間斷的政治運動難于讓顧的計劃實現(xiàn)，縱使當時的北京鋼鐵學院同意她籌建低溫物理實驗室。
顧靜徽長期執(zhí)教鞭于大學講壇。講課時，她總是柔情而又慢條斯理地講解某一理論來龍去脈，強調(diào)其中關鍵，甚至一個因子的變化與影響，量綱的判斷與失誤也都一一道來。1949年之前，她以流利美式英語教課，選用教材也是歐美的。在廣西大學，當時有來自全國各地學生，其貧富差異也頗懸殊。顧靜徽對學生一視同仁。凡有問題與之探討者，她會忘記一切而與之專注討論。對那些貧困生，她還會從自己腰兜里掏出點錢為之接濟。在周末或年節(jié)之日，還邀些同學來家做客。在那個艱難的環(huán)境里，她的教學耐心與認真、待人之誠懇與善良，給學生們留下深刻印象。然而，對于像她這樣早期南方出身的教員，普通話與其地方方言極難分辨（上海郊區(qū)方言比上海話更難懂）。1952年當她來到北京鋼鐵學院、且要求用普通話講課時，北方學生似乎很難聽懂她的口音。因之，需要一個語言能力較強的助教協(xié)助她。即便如此，在她長期執(zhí)教的講壇或研究中，她培養(yǎng)了一批又一批優(yōu)秀學生，吳健雄就是其中之一。
?圖6 1958年，吳健雄于哥倫比亞大學。來源：Smithsonian Institution Archivess
吳健雄生于江蘇太倉縣瀏河鎮(zhèn)。該鎮(zhèn)與顧靜徽出生地嘉定縣是近鄰。吳健雄于1934年畢業(yè)于中央大學，后在浙江大學任助教一年。1935-1936年間，在中央研究院物理研究所任研究助理。后來她對物理學作出了許多重大貢獻。成為國際上一流的知名物理學家。而第一個指導她進入物理研究領域的正是顧靜徽。顧靜徽此時執(zhí)教于大同大學并在中央研究院物理研究所兼任研究員。當有人向顧靜徽介紹吳健雄“智高能耐、做事認真、性情和善”時，顧靜徽暗自慶幸物理研究所物色到一位優(yōu)秀才女。據(jù)《吳健雄傳》寫道：
“吳健雄到了物理研究所，便和由美國密歇根大學獲得博士回來的顧靜徽一塊工作。她們的實驗室分成兩間，大的是暗室，小的是討論室。這兩位有雄心的新女性，都想窺探原子內(nèi)部的奧秘。她們計劃在低溫下測定某種氣體的光譜，因此花了許多功夫進行儀器裝置、氣體的凈制和獲得高度真空的工作。她們朝夕埋首于暗室中，幾乎到了廢寢忘食的地步［16］?！?/p>
因有大同大學執(zhí)教事，顧靜徽每周只能去物理研究所一天。研究工作多是吳健雄獨自進行。在研究方案制定后，顧靜徽如同今日博士或博士后指導老師一樣指導吳健雄的研究。然而，就是這個實驗室，為吳健雄的未來打下良好的基礎。1936年春夏之交，吳健雄決定出國深造，顧靜徽十分鼓勵她，還教她英文。這一年的經(jīng)歷，令吳健雄受益匪淺，終生難忘。
在顧靜徽的建議和推薦下，吳健雄原本也要到美國密歇根大學深造。但她到了舊金山后，受同學影響并聞訊密歇根大學有歧視女性事，她才決定入加利福尼亞大學。在美國生活、學習和工作多年的她，對于美國歧視女性的程度頗為詫異和難于置信。她以自己成長經(jīng)歷和感受，例舉顧靜徽老師、蘇州女子師范（吳健雄曾在此念書）校長楊誨玉老師，以及她的同學等事例，告訴美國社會，在中國女性受到更多公平待遇。1973年和1977年，吳健雄先后兩次回國探親。每到北京，她都要去看望顧靜徽老師，且執(zhí)禮甚恭，尊師尚道。
如同我國多數(shù)早期物理學家一樣，在極為艱難的環(huán)境下，顧靜徽女士把她的一生貢獻給了中國的物理學研究和教學事業(yè)，令人敬佩。作為中國第一位物理學女博士，她的事跡將載入我國物理學發(fā)展史冊。她的優(yōu)秀品質(zhì)和功績將鼓舞我國物理學后輩，特別是鼓舞我國物理界的“半邊天”后輩，創(chuàng)造出更為輝煌的業(yè)績。
致謝：感謝聶玉昕教授、劉寄星教授、施汝為的女兒施燮琴老師、李艷平教授、方在慶教授在本文寫作中有益的討論與幫助。
參考文獻：
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[ 15 ] Ver?ffentlicchungen aus den Kaiser Wilhelm-Instituten April 1939 bis M?rz 1940, 483, 484. 來自網(wǎng)頁:http://www.springerlink.com/index/P616184380448806;
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本文原載2009年《物理》，《知識分子》獲作者及期刊授權刊發(fā)。
制版編輯：李 赫丨
