另一个费曼

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：Takeko，题图来自：电影《异次元骇客》

费曼是谁？这个问题看起来好像是道“送分题”。理查德·费曼（Richard Feynman）是诺贝尔物理学奖得主，是20世纪最著名的物理学家之一，是出色的邦戈鼓爱好者，是……

不不不，不是这个费曼。

物理学界还有另一位费曼博士，她就是天体物理学家乔安·费曼（Joan Feynman）。她在太阳风粒子和太阳风场、地日系统以及磁层物理学的研究上做出了重要贡献，尤其是，她的研究为理解极光起源奠定了基础。

乔安建立了一个模型，能够预测航天器在其生命周期内可能遭遇的高能粒子的数量，并发现了一种预测太阳黑子周期的方法。在整个科学生涯中，她参与发表了近200篇科学论文。她是首位当选美国地球物理联合会（AGU）官员的女性，并被NASA授予杰出科学成就奖章。乔安有一个比她大9岁的哥哥，就是理查德·费曼。

一

能培养出两位杰出的物理学家的家庭，一定有着不同寻常之处。

乔安的父亲梅尔维尔（Melville）是纽约的一位犹太商人，他对科学有着浓厚的兴趣。和当时的大多数人一样，梅尔维尔并没有接受过正规的大学教育，但他愿意阅读研究手边的任何材料。母亲露西尔（Lucille）是一位家庭主妇，也是一位开明的民权活动家。露西尔年轻时曾参与游行，积极争取妇女的选举权。

在乔安还很小的时候，父亲给她讲的睡前故事是大陆漂移，那时魏格纳（Alfred Wegener）刚提出他的大陆漂移学说不久。在散步时，他们一家喜欢玩一个游戏，名叫“注意有趣的事情”。比如，父亲会让他们观察一片叶子，叶子上刚刚孵出的小虫，小虫会慢慢吃下叶子的边缘，然后逐渐长大。这就是理查德后来经常提到的“发现事物的乐趣”。

 理查德与乔安

费曼一家总是充满欢笑。露西尔知道生活不易，而对抗这种艰难的方法是发现其中的乐趣。理查德和露西尔经常开玩笑逗乐乔安和梅尔维尔，直到乔安笑着倒在地板上。

但即使生活在这样一个欢乐而开明的家庭中，在8岁那一年，乔安还是得到了一个“噩耗”——“女人不能研究科学，因为她们的大脑不适合。”露西尔对她的女儿说道。

对于一个对科学充满好奇的小女孩来说，听到自己的梦想永远无法实现，无疑是一个毁灭性的打击。这句话甚至对她日后产生了不可磨灭的影响，她回忆说，从那之后，她总是不由自主地怀疑自己的能力。

但露西尔说出这样的话并非是刻薄，而是她相信这个事实，毕竟任何人都无法脱离生活的时代背景。那是1935年，在那个时候，甚至连剑桥大学都尚未开始向女性学生正式颁发学位。科学界更是一个男性占据绝对主导地位的领域。用乔安的话说，“居里夫人似乎是一个神话人物，而不是一个可以努力效仿的真实的人”。

二

尽管如此，家中有一位成员却始终在鼓励乔安，那就是理查德。

乔安出生时，哥哥理查德已经9岁。天生好奇的理查德喜欢质疑一切，在父母的鼓励下，他的生活似乎是进行一系列实验的机会。乔安刚刚会说话时，理查德就开始对她进行数学训练。乔安回忆过，她最早的一段记忆来自两岁的时候，理查德做着鬼脸逗她开心来奖励她，因为她答对了哥哥出的简单的数字问题。

理查德对科学的热爱感染着乔安。或许也可以说，理查德演示和解释事物的能力似乎也是在乔安那里最早发展出来的。晚上，当乔安喊着要喝水的时候，理查德会把装着水的玻璃杯转来转去，展示离心力的“魔法”。理查德还喜欢教她一些事情，比如他会说，所有东西是由原子组成的。他看见画框上的直角，就会让乔安跟着念出毕达哥拉斯定理。等乔安大一些，理查德还会“雇佣”乔安在家中自己的电子实验室工作，成为“实验助理”。

乔安自己觉得，或许有一个晚上改变了她一生的轨迹。那晚，理查德把她从床上叫起来，带着她到了一个空旷的地方，她第一次在天空中看见了极光。理查德告诉她，还没有人知道极光到底是如何形成的。

后来，理查德离开家前往MIT继续求学，但他向妹妹保证，有任何科学问题都可以问他。那时，兄妹俩经常来回邮寄一本笔记本，理查德也会出一些数学题让妹妹回答。直到乔安14岁生日的时候，理查德给她带回了一本罗伯特·贺拉斯·贝克编写的《天文学》教材，那是当时的大学天文学教材。

她反反复复地阅读，一点一点理解，直到有一天她读到：“根据塞西莉·佩恩-加波施金（Cecilia Payne-Gaposchkin）的研究……”这句话看似没什么特别之处，但让乔安眼前一亮。因为“塞西莉”显然是一位女性的名字。塞西莉·佩恩-加波施金是20世纪著名天文学家，她在自己的博士论文《恒星大气》中提出了恒星主要由氢和氦组成的理论。起初，这与主流科学界的理论并不相符，但后来却被观测证实是正确的。

这让乔安开始相信，女性可以研究科学。1944年，乔安进入欧柏林学院开始本科学习，那是美国最早录取非裔学生和女性学生的学院之一。

三

即使在这样思想相对开放的学校中，事情仍然没那么顺利。物理课上，加上乔安一共只有3位女性学生。在大一的实验中，乔安的一位男性实验搭档非常糟糕，几乎所有实验只能靠乔安自己完成，但最后这位男同学的期末成绩却是A，而乔安只拿到了D。

从欧柏林学院毕业后，她前往雪城大学，选择固态物理学作为博士研究方向。博士毕业后，她已经是一位妻子，也是一位母亲，这样的身份在当时对她在科学界谋得一职毫无益处。在短暂的工作和几年的家庭主妇生活后，1962年，她在哥伦比亚大学拉蒙特地球观测站找到了一份兼职，正式踏入地球磁场的研究领域。

乔安的研究主要集中在地球的磁层上。磁层就好像一个地磁“泡”，包裹着地球，让它免受太阳风的侵扰。太阳风主要由带正电的质子和带负电的电子组成，它会以极高的速度从太阳中冲出来，产生所谓的星际磁场。

 太阳风与磁层的艺术构想图。图片来源：NASA

在20世纪60年代初，人们对太阳风和磁层的相互作用不甚了解。乔安的研究表明，这种星际磁场相对于地球磁场的方向，在太阳风与地球的相互作用中起着重要作用。她的开创性研究让人们开始认识到极光的产生机制。

她对极光这一领域非常感兴趣，迫不及待地想把这些和哥哥分享，因为很多年前，是理查德第一次向她介绍了这种美丽而神秘的现象。但她转念一想，理查德太聪明了。于是她对哥哥说：“我不想我们之间产生竞争，所以让我们在物理学里‘分分蛋糕’吧。我负责极光，你负责宇宙剩下的部分。”理查德爽快地答应了。

后来一个有趣的传闻说，理查德在阿拉斯加一个极光研究中心参观时，实验室负责人介绍了很多地球物理现象，并表示这些现象尚未得到解释。负责人问理查德是否有兴趣进行这些研究，理查德回答说，他必须征得妹妹的同意——但乔安没有同意。这个故事传开后，许多人见到乔安都想向她求证这是不是真的。也曾有地球物理学家开玩笑：“让我们感谢理查德·费曼，他没有闯入这个领域，让我们才有机会在这里尽情玩耍。”

四

然而在当时，即使和哥哥“约法三章”，但乔安自己的职业生涯并没有就此顺利地走下去。1963年，她随当时的丈夫搬去了加州，不得不离开哥伦比亚大学的实验室。而后，乔安辗转了许多科研机构，换了很多次工作，她和丈夫也在几年后分开，生活和工作都不顺利。但她始终不愿意放弃工作，她喜欢科研，也无法忍受完全成为家庭主妇的生活。这样不稳定的生活直到1985年才结束，那一年，她接受了NASA喷气推进实验室（JPL）的一个职位，并在JPL一直工作到退休。

即便如此，她仍然在科学上做出了不可忽视的贡献。1971年，在NASA艾姆斯实验室短暂工作的期间，她发现被称为日冕物质抛射（CME）的太阳周期性喷发现象，可以通过太阳风中氢的存在来确认。这非常关键，虽然人们在当时已经知道了CME，但一直很难探测到它。

在JPL，乔安还开发出一个统计模型，能够计算出航天器在生命周期内会遭遇的高能粒子数量。她一直对太阳物理学和地磁学领域非常感兴趣，无论是耀斑、太阳黑子还是极光，都深深吸引着她。后来，她甚至开创性地将这些研究应用到人类学中。她和天体物理学家亚历山大·鲁茨迈金（Alexander Ruzmaikin，也是她的第二任丈夫）合作研究了太阳周期和气候变化的之间的关系。

乔安几十年的科学生涯，正好也是社会对女性的科学贡献的看法产生巨大转变的时代。这样的斗争对于身处其中的人来说并非易事，但她始终没有放弃。即使到了90多岁高龄时，她仍然在研究“太阳的一些疯狂的现象”。

2020年7月21日，乔安·费曼去世，享年93岁。她把一生的热情献给了太阳。

参考来源：

https://findingada.com/shop/a-passion-for-science-stories-of-discovery-and-invention/joan-feynman-from-auroras-to-anthropology/

https://hackaday.com/2017/11/21/joan-feynman-found-her-place-in-the-sun/

https://sunearthday.nasa.gov/podcasts/transcripts/SWLH-BIO_Joan_Feynman.pdf

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