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她的一生有26項專利，丈夫卻不愿與她直接合作

2022/10/24
導(dǎo)讀
10.24
知識分子
The Intellectual

知識分子 X Physics World，帶你走進英國媒體視角下的科學(xué)議題。


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20世紀初，在女性被期望守在家里、照顧家庭的年代，赫莎·埃爾頓卻集物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、工程師、發(fā)明家和婦女參政論者等身份于一身，而且她的才華大多時候得到了同時代的認可。一個重要原因是，她的丈夫不愿與她直接合作。

值得一提的是，赫莎是居里夫人的密友，并在英國多家報紙在皮埃爾·居里去世時宣稱他發(fā)現(xiàn)了鐳時，堅決糾正這一錯誤，捍衛(wèi)了居里夫人的聲譽。


撰文｜Anita Chandran
翻譯｜趙金瑜
審校｜陳曉雪

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圖1 1906年，海倫娜·達梅斯特繪制的赫莎·埃爾頓肖像畫 | 由劍橋大學(xué)格頓學(xué)院院長和同事提供

人類進入20世紀的標志，是工程、自動化和制造領(lǐng)域的昂首闊步。在這個時代，我們有了無線電傳輸、空調(diào)和柴油發(fā)動機等技術(shù)，尼古拉·特斯拉、托馬斯·愛迪生和亞歷山大·貝爾等人物站在了創(chuàng)新的最前沿。一個常常被忽視的名字是赫莎·埃爾頓。


埃爾頓推動了電力、數(shù)學(xué)以及液體和氣體物理等多個領(lǐng)域的發(fā)展；她是科學(xué)史上公認的最高產(chǎn)的女性發(fā)明家之一。從提高燈泡和燈具的水平，到開發(fā)出對付第一次世界大戰(zhàn)戰(zhàn)壕中的化學(xué)氣體的技術(shù)，她的工作影響到了很多人。


盡管埃爾頓在其職業(yè)生涯中因性別遭遇過很多敵意，但她堅持為追隨她腳步的眾多女性開辟了一條道路。事實上，她參與婦女選舉權(quán)運動的經(jīng)歷，為她留給世人的豐富遺產(chǎn)又增添了一筆。正如她的密友、作家和女權(quán)主義者伊芙琳·夏普在一篇紀念埃爾頓的文章中所寫：“她是物理學(xué)家、婦女參政論者、民主人士、人道主義者、充滿人性的女性——她從不吝惜向人展現(xiàn)這些特質(zhì)?！?/strong>




“赫莎” 的出生

1854年4月28日，埃爾頓出生在英國的波特西，當(dāng)時的名字是菲比·莎拉·馬克斯。她是家中第三個孩子，也是長女。猶太人父親利維·馬克斯，是來自波蘭的鐘表匠，母親愛麗絲·特麗莎則是波特西當(dāng)?shù)氐牟每p。埃爾頓七歲時，她的父親突然去世，留下母親撫養(yǎng)七個孩子，還有一個孩子即將出生。


盡管家庭窮困，埃爾頓長得很好，從小就享受著當(dāng)時女孩少有的自由，被鼓勵自由思考、在街頭玩耍。愛麗絲保護了女兒的獨立性，她認為 “女人在這個世界上要打的仗更艱難”，因此需要比男性更好的教育。這一觀點促使埃爾頓的母親接受了她的姐妹們的提議，在埃爾頓9歲時將她送到倫敦的學(xué)?！@樣的決定，與19世紀60年代長女應(yīng)盡 “責(zé)任” 的傳統(tǒng)觀念形成了鮮明對比。


在學(xué)校里，埃爾頓憑借出色的頭腦和堅毅的個性脫穎而出，但在家里所享有的自由，使得她對任何紀律、規(guī)則或年輕女孩 “應(yīng)有的” 禮儀缺乏耐心。 “（她的成長經(jīng)歷）沒有讓她在9歲時成為聽話的小女學(xué)生，”夏普寫道。埃爾頓也無法容忍不公，有一次因為被錯誤地指控違反校規(guī)絕食兩天。


盡管偶爾與老師發(fā)生沖突，但埃爾頓在學(xué)校表現(xiàn)出色，16歲時已能自給自足，通過做家庭教師來養(yǎng)家。在此期間，她遇到了許多有影響力的思想家，與早期婦女選舉權(quán)運動有關(guān)的人士交往。她的一個新朋友奧蒂莉·布林德，為埃爾頓起了個昵稱 “赫莎”，靈感來自阿爾杰農(nóng)·斯溫伯恩1869年的同名詩作。兩人一起參加了婦女選舉權(quán)運動的會議，后來還指導(dǎo)對方參加劍橋大學(xué)女子入學(xué)考試。


埃爾頓并不滿足于為上層社會做家庭教師的生活，她想繼續(xù)深造。1873年，她在布林德的介紹下結(jié)識了芭芭拉·莉·史密斯·博迪瓊。博迪瓊是著名的女權(quán)主義者、劍橋第一所女子學(xué)院格頓學(xué)院的聯(lián)合創(chuàng)始人。她成為了埃爾頓的導(dǎo)師和知己，并鼓勵埃爾頓申請劍橋。她還將埃爾頓介紹給了筆名喬治·艾略特的瑪麗·安·埃文斯，即《米德爾馬契》的作者。事實上，埃文斯深受埃爾頓的啟發(fā)，她在1876年的小說《丹尼爾·德隆達》中以埃爾頓為原型塑造了米拉這一角色。


1874年，埃爾頓以優(yōu)異的英語和數(shù)學(xué)成績通過了劍橋大學(xué)女子入學(xué)考試，但直到1876年，在博迪瓊和埃文斯等人的贊助下，她才開始在劍橋?qū)W習(xí)數(shù)學(xué)。




劍橋大學(xué)和芬斯伯里技術(shù)學(xué)院

在19世紀70年代，劍橋大學(xué)幾乎沒有對女性開放的課程。埃爾頓與為數(shù)不多的幾位女學(xué)生密切合作，建立了一個小規(guī)模的獨立學(xué)習(xí)小組。她得到了理查德·格拉茲布魯克的指導(dǎo)，他是專攻航空和電力的物理學(xué)家，埃爾頓后來在這兩個領(lǐng)域都表現(xiàn)出色。


埃爾頓在劍橋很受歡迎——人們不可能不認識她。夏普引用一位同學(xué)的話說，埃爾頓 “給一種印象，她是他們那屆最有前途的學(xué)生之一”。她積極參與大學(xué)生活，建立了格頓學(xué)院消防隊，領(lǐng)導(dǎo)了學(xué)院的合唱團，還組建了一個數(shù)學(xué)俱樂部。


圖2 1880年的格頓學(xué)院消防隊。創(chuàng)建該小組的埃爾頓站在最左邊，手里拿著一個水桶 | 由劍橋大學(xué)格頓學(xué)院院長和同事提供


正是學(xué)習(xí)期間，埃爾頓開始了她的發(fā)明之旅，她研發(fā)出了血壓計的一種早期原型——一種用于測量脈搏的裝置。這個裝置包括一個舊的手表彈簧，固定在手腕上，上面還連著一根畫筆。通過勻速抽動畫筆下面的紙張，心跳導(dǎo)致皮膚表面產(chǎn)生的微小振動就被畫筆放大，并記錄在紙上（譯者注：這一巧妙的裝置類似于中學(xué)物理中的打點計時器，只不過將垂直于紙面的振動換成了畫筆尖平行于紙面的來回振動，心跳信息就以波的形式被記錄下來，而且隨著時間變化的信息也被記錄下來）。如今的血壓計被設(shè)計成充氣袖套的樣子，醫(yī)生將其套在患者手臂上來測量血壓。血壓計的專利在1881年正式授予奧地利醫(yī)生塞繆爾·西格弗里德·卡爾·馮·巴什在1881年，而埃爾頓本來也可以來申請這個專利，獲得這一榮譽。


埃爾頓在劍橋的生活并不容易，在養(yǎng)家和對抗自己的不安全感這兩個事情上，她常常不得不妥協(xié)。她常常倉促地去做數(shù)學(xué)功課，留給掌握基礎(chǔ)知識的時間很少，支持也不夠。她在劍橋的朋友經(jīng)常說她是在自我毀滅，其實這是一種我們現(xiàn)在可能稱之為 “冒充者綜合征” 的癥狀。學(xué)習(xí)期間，她還遭受了喪親之痛，并生了一場重病。


盡管經(jīng)歷了掙扎，埃爾頓還是努力完成了她的學(xué)位。1880年，她通過了劍橋大學(xué)的數(shù)學(xué)Tripos考試——世界上最難的數(shù)學(xué)考試之一——但在大學(xué)排名中相對落后，這讓她失望了很多年。和當(dāng)時劍橋大學(xué)的所有女性一樣，她被禁止在考場參加期末考試，不得不在一個單獨的教室進行非正式的考試，而且通過了考試，也不能獲得學(xué)位。因此，她參加了倫敦大學(xué)——當(dāng)時為數(shù)不多的授予女性學(xué)位的英國大學(xué)——的外部考試，并于1881年獲得了數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位。


獲得學(xué)位后，埃爾頓開始在倫敦擔(dān)任數(shù)學(xué)教師，先是在肯辛頓中學(xué)，然后在溫布爾登學(xué)校。她很快轉(zhuǎn)爾做數(shù)學(xué)私人輔導(dǎo)，并開始為學(xué)生設(shè)計和出版數(shù)學(xué)題，這些問題在教師中很受歡迎。


埃爾頓一邊工作，一邊繼續(xù)自己的科學(xué)研究。1884年，她開發(fā)了一種新型的數(shù)學(xué)分線器，可以將一條線精確地分成任何數(shù)量的等份。經(jīng)過數(shù)月的工作和無數(shù)次的失敗，她在英國和國外為這項發(fā)明申請了專利。這一成果引發(fā)了大量的媒體報道——部分原因是她是一名女性——并在1885年1月的《自然》（31 275）和同年5月出版的法國《科學(xué)評論》中被引用。


圖3 埃爾頓（菲比·莎拉·馬克斯）的數(shù)學(xué)分線器在美國專利的封面。專利310，450 “繪圖員的分割工具”，1884年5月3日提交專利，1885年1月6日獲得授權(quán)。


該專利的成功不僅得到了女權(quán)主義者圈子的祝賀——包括婦女參政運動領(lǐng)導(dǎo)人米利森特·福西特——還讓埃爾頓能夠向物理學(xué)會（物理研究所的前身）提交一篇論文，并促使她考慮全職從事科學(xué)研究。在經(jīng)濟困難的情況下，埃爾頓在劍橋時期的贊助人博迪瓊雪中送炭，向埃爾頓捐贈了一大筆錢，這樣她就可以少教一些學(xué)生，而將精力集中在科學(xué)上。


1884年秋天，埃爾頓開始在芬斯伯里技術(shù)學(xué)院（后來并入倫敦帝國理工學(xué)院）每周上四個晚上的課，作為僅有的三名女性之一與118名男性同學(xué)一起學(xué)習(xí)電工技術(shù)（電學(xué)和物理）。她的老師是物理學(xué)家、英國皇家學(xué)會會員威廉·埃爾頓。威廉是女性教育的熱心支持者，為埃爾頓努力爭取機會。兩人開始了深入的交流。威廉依賴赫莎在物理學(xué)和生活方面的專長。

二人的友誼很快變得浪漫起來，1885年5月他們結(jié)婚了，并在1886年有了女兒芭芭拉·博迪瓊·埃爾頓，他們將她與威廉前妻所生的女兒伊迪絲一起撫養(yǎng)長大。




耀眼的電弧

結(jié)婚后，受健康狀況不佳、家庭責(zé)任的影響，埃爾頓在科學(xué)上的工作受到了一些限制，但她堅持了下來。1888年，她在芬斯伯里技術(shù)學(xué)院為女學(xué)生們做了一系列關(guān)于電力的講座。“女性應(yīng)該給女性做這樣的主題的講座…… 這在當(dāng)時被認為是驚人的創(chuàng)新?！?/strong> 夏普在為埃爾頓寫的回憶錄中寫道。


1891年6月，埃爾頓的導(dǎo)師、朋友博迪瓊?cè)ナ懒?。這對埃爾頓來說是個巨大的打擊。博迪瓊最后的慷慨之舉，是留給她足夠的錢來聘請一名管家，這樣她就可以再次專注于科學(xué)。與此同時，她的丈夫決定讓埃爾頓進行獨立研究，因為他知道如果他們共享論文的署名，榮譽只歸于他。因此，他確保她有自己的實驗室空間，并注意不與她直接合作。


通過威廉，埃爾頓對碳弧燈產(chǎn)生了興趣，這是第一種實用的電燈，由漢弗萊·戴維在19世紀初期發(fā)明。點燃這些燈，需要在兩個接觸的碳導(dǎo)電棒上施加電壓。然后將導(dǎo)體拉開，發(fā)光的電弧由碳在加熱時汽化來維持，充當(dāng)電流的橋梁。


當(dāng)丈夫訪問美國時，埃爾頓到肯辛頓的中央技術(shù)學(xué)院（后來并入倫敦帝國理工學(xué)院）（威廉在這里擔(dān)任教授）工作，接手威廉對弧光燈的研究工作。他們的論文是這對夫婦合作完成的為數(shù)不多的研究之一，但是當(dāng)唯一的副本遭到意外破壞時，埃爾頓就完全擁有了該項目的所有權(quán)。


當(dāng)時，弧光燈被廣泛用于燈塔和公共場所的照明，但它們讓科學(xué)家們感到困惑?；」鉄舭l(fā)出嘶嘶聲和閃爍，似乎違反了電的規(guī)律，其使用的材料也無法應(yīng)對產(chǎn)生的高溫。埃爾頓發(fā)現(xiàn)，電弧不穩(wěn)定的原因是氧氣接觸到了碳棒。通過排出燈中的氧氣，獲得穩(wěn)定的電弧，她建立了與電弧長度、壓力和電位差相關(guān)的 “埃爾頓方程”。這是一項革命性的工作，帶來了更好、更高效、更明亮的照明。后來她還研究了弧光燈中使用的碳，開發(fā)出了使用壽命更長且更適合特定應(yīng)用的導(dǎo)電棒。


埃爾頓在弧光燈方面的工作產(chǎn)出了一系列論文、一本專著和多項專利。她的研究不僅改進了通用弧光燈技術(shù)和街道照明，還改進了電影放映機和軍用探照燈的設(shè)計。即使是她的批評者，也認為她的論文是杰出的，她成為了電弧領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，在科學(xué)界的機會也增加了。埃爾頓被邀請在各種討論會上報告她的成果，包括英國科學(xué)促進會，盡管在早年，她經(jīng)常不得不在她丈夫之前或之后展示。


1899年3月，當(dāng)時由3300名男性組成的電氣工程師學(xué)會（IEE）打破先例，邀請埃爾頓宣讀她廣受好評的論文《電弧的嘶嘶聲》——使她成為第一位向該協(xié)會展示自己工作的女性，并成為該機構(gòu)的第一位女性成員。她在1900年國際電氣大會上的呼吁，使得英國在歷史上第一次允許女性在一般科學(xué)委員會任職。




幫助女性在科學(xué)領(lǐng)域流動

埃爾頓后來與諾獎得主科學(xué)家瑪麗·居里建立起友誼。在隨后的幾年，她在公眾中和媒體上大聲捍衛(wèi)居里夫人的聲譽。例如，當(dāng)皮埃爾·居里去世時，許多英國報紙宣稱他發(fā)現(xiàn)了鐳，而實際上這一壯舉是由瑪麗做出的。正如埃爾頓在糾正《威斯敏斯特公報》的一封信中所寫：“眾所周知，錯誤很難糾正，但把實際上是女人的工作歸到男人頭上的錯誤比貓的命還要多。”


埃和居里夫人關(guān)系非常密切，她甚至輔導(dǎo)了居里夫人的女兒伊蕾娜·約里奧·居里的數(shù)學(xué)。她還帶居里夫人加入到婦女選舉權(quán)運動，影響她簽署了一份要求釋放因絕食抗議運動遭到監(jiān)禁的英國女權(quán)主義者的國際請愿書。


在職業(yè)生涯中，埃爾頓深刻感受到了當(dāng)時對女性的敵意。例如，她遭到英國皇家學(xué)會的拒絕，因為當(dāng)時已婚婦女沒有資格入選，而她早期的工作必須由男性同事向?qū)W會展示。盡管遭到反對，埃爾頓還是在1904年成為第一位在英國皇家學(xué)會展示論文的女性，后來她被授予該學(xué)會著名的休斯獎?wù)?，此后只有另外兩名女性獲得該獎?wù)隆?/span>


埃爾頓也積極參與科學(xué)以外的婦女權(quán)利活動。正如夏普在埃爾頓回憶錄中所描述的那樣，她 “理所當(dāng)然地一直是一名婦女參政論者…… 她對女性投票的原則從來沒有任何改變”。


最初，埃爾頓認為她對這項事業(yè)的最好的貢獻是通過她自己的科學(xué)成就表明女性適合投票。她對這項事業(yè)的參與，主要通過參加會議并以她的名義支持婦女參政運動。


后來，她又加入了運動中更激進的“婦女參政”機構(gòu)，即婦女社會政治聯(lián)盟（WSPU）。埃爾頓捐款并參加示威活動——包括1910年11月18日的 “黑色星期五” 游行，警察和男性路人暴力襲擊了抗議的婦女。她甚至為那些曾經(jīng)在監(jiān)獄里絕食抗議的女權(quán)主義者提供庇護場所，這意味著她的家經(jīng)常被警察包圍。




從海灘到戰(zhàn)場

在肯特郡度假期間，埃爾頓對海灘上沙子的波紋產(chǎn)生了興趣，并開始了一項新的工作計劃，用沙子和水來研究海岸侵蝕。1908年威廉·埃爾頓去世后，她越來越多地花時間在家進行研究。她將他們的家庭實驗室從房子的頂層搬到了客廳，并配備了裝滿水和沙子的玻璃水箱。在這里，她對于波和振動的研究取得大步進展，雖然她的工作始于純粹的好奇心，但在第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，它具有了實際的意義。


圖4 1910年，赫莎·埃爾頓在她的實驗室，玻璃水箱里裝滿了水和沙子，用于研究波浪和振動 | 劍橋大學(xué)格頓學(xué)院院長和同事供圖


1915年4月，毒氣首次在戰(zhàn)爭中得到使用，埃爾頓立即開始利用她對水波紋的研究，設(shè)計出一種驅(qū)除毒氣的方法。她甚至在沙缸中建造了一個帶有戰(zhàn)壕的假 “戰(zhàn)場”，使用紙火產(chǎn)生的煙霧來模擬毒氣。很快，埃爾頓發(fā)明了一種風(fēng)扇裝置，它能在撞擊到堅硬的表面時釋放出一股氣流，排走行進中的毒氣。1915年5月，她向軍隊提出了自己的設(shè)計，但政府并沒有被說服，堅持認為埃爾頓的設(shè)計過于簡單，并沒有認真對待。這在很大程度上是因為，盡管她是發(fā)明家，但也是一名女性和婦女參政論者。但埃爾頓依然堅持，一年多后風(fēng)扇的設(shè)計被采用了。


超過10萬臺 “埃爾頓風(fēng)扇” 部署在法國和比利時，卷走了大量云團和有毒的氣體。盡管如此，埃爾頓仍然感到困擾，她知道，如果早點用上這些風(fēng)扇，可能會挽救更多人的生命。之后，她繼續(xù)研究風(fēng)扇，并對勞工運動產(chǎn)生了興趣，她的設(shè)備后來被用來改善工廠里工人們的作業(yè)條件。


1923年8月26日，赫莎·埃爾頓因昆蟲叮咬引發(fā)的敗血癥去世，時年 69歲。最后的歲月里，她將自己的智慧投入到推動她最關(guān)心的事業(yè)上：婦女選舉權(quán)、勞動人民的權(quán)利和對兒童的保護。她繼續(xù)從事科學(xué)工作，絲毫沒有放緩的跡象，持續(xù)發(fā)表論文直到去世。她的最后一篇論文，是她去世后在皇家學(xué)會宣讀的。她的一生，獲得了26項專利，過早逝世，意味著還有未完成的研究。埃爾頓深受與周圍人的喜愛，所有人都稱贊她的機智和熱情，以及她最愛的口頭禪（經(jīng)常寫在她的筆記本上）：“凡事要察驗。善美需持守（prove all things; hold fast that which is good）”。

“

作者簡介

Anita Chandran是一位居住在德國漢堡的科學(xué)作家，也是《Tamarind》的編輯，這是一本專注于科學(xué)與藝術(shù)交匯的文學(xué)雜志。
”
▲ 本文為 Physics World 專欄的第58篇文章。


原文標題為Hertha Ayrton: pioneering inventor and suffragette，首發(fā)于2022年9月出版的Physics World，英國物理學(xué)會出版社授權(quán)《知識分子》翻譯。未經(jīng)授權(quán)的翻譯是侵權(quán)行為，版權(quán)方將保留追究法律責(zé)任的權(quán)利。登陸 Physics World，關(guān)注日常全球科學(xué)新聞、熱點報道和評論。Physics World 幫助學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界的研究人員走在世界重大科研突破與跨學(xué)科研究的前沿。

原文鏈接：

https://physicsworld.com/a/hertha-ayrton-pioneering-inventor-and-suffragette/

 翻譯對照表：（上下滑動可瀏覽）

Hertha Ayrton 赫莎·埃爾頓

Suffragette 婦女參政論者

Helena Darmesteter 海倫娜·達梅斯

Girton College Cambridge 劍橋大學(xué)格頓學(xué)院

Nikola Tesla 尼古拉·特斯拉

Thomas Edison 托馬斯·愛迪生

Alexander Bell 亞歷山大·貝爾

Evelyn Sharp 伊芙琳·夏普

Portsea 波特西

Phoebe Sarah Marks 菲比·莎拉·馬克斯

Levi Marks 利維·馬克斯

Alice Theresa 愛麗絲·特麗莎

Ottilie Blind 奧蒂莉·布林德

Algernon Swinburne 阿爾杰農(nóng)·斯溫伯恩

Barbara Leigh Smith Bodichon 芭芭拉·莉·史密斯·博迪瓊

Mary Ann Evans 瑪麗·安·埃文斯

Middlemarch 《米德爾馬契》

George Eliot 喬治·艾略特

Mirah 米拉

Daniel Daronda《丹尼爾·德隆達》

Finsbury 芬斯伯里技術(shù)學(xué)院

Richard Glazebrook 理查德·格拉茲布魯克

Samuel Siegfried Karl von Basch 塞繆爾·西格弗里德·卡爾·馮·巴什

University of London 倫敦大學(xué)

Kensington High School 肯辛頓中學(xué)

Wimbledon School 溫布爾登學(xué)校

Millicent Fawcett 米利森特·福西特

William Ayrton 威廉·埃爾頓

Barbara Bodichon Ayrton 芭芭拉·博迪瓊·埃爾頓

Edith 伊迪絲

Humphry Davy 漢弗萊·戴維

British Association for the Advancement of Science 英國科學(xué)促進會

Institution of Electrical Engineers 電氣工程師學(xué)會

The hissing of the electric arc 《電弧的嘶嘶聲》

Marie Curie 瑪麗·居里

Pierre Curie 皮埃爾·居里

Westminster Gazette《威斯敏斯特公報》

Irène Joliot-Curie 伊蕾娜·約里奧·居里

Women’s Social and Political Union 婦女社會政治聯(lián)盟

Ayrton Flapper Fans 埃爾頓風(fēng)扇


制版編輯 | 姜絲鴨


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