Мария Гёпперт-Майер: женщина, взломавшая ядро без зарплаты

Почти тридцать лет она работала без зарплаты. Университеты, которые были рады видеть её мужа в штате, ссылались на правила против кумовства, чтобы не брать её на работу, ограничиваясь лишь предоставлением стола, вежливого звания и больше ничего. В 1963 году Нобелевский комитет в Стокгольме присудил ей часть премии по физике за открытия, касающиеся оболочечной структуры ядра, сделав её лишь второй женщиной в истории, удостоенной этой чести после Марии Кюри (Marie Curie) в 1903 году, и последней на более чем пятьдесят лет после этого.

Детство в Гёттингене

Она была единственным ребенком педиатра Фридриха Гёпперта (Friedrich Göppert) и Марии Вольф (Maria Wolff). Родилась 28 июня 1906 года в Катовице (тогдашняя Германия, сегодня Польша), ей было четыре года, когда семья переехала в Гёттинген, где её отец возглавил кафедру педиатрии.

По её собственным словам, именно отец сформировал её как личность: «Ну, мой отец был интереснее», — говорила она. «В конце концов, он был ученым». Его совет ей дошел в виде прямолинейной формулировки — не вырастай женщиной, что означало не соглашаться на роль только лишь домохозяйки. Она посещала Высшую техническую школу (Höhere Technische) в Гёттингене, затем подготовительную школу, которой управляли суфражистки, и сдала экзамен на аттестат зрелости (Abitur) в семнадцать лет, на год раньше срока. Из небольшой группы девушек, сдававших экзамен вместе с ней, сдали все. Из мальчиков — только один.

Диссертация, которую никто не мог проверить

В 1924 году она поступила в Гёттингенский университет изучать математику, провела год в Кембридже и вернулась. Победила физика. Её докторская диссертация, завершенная в 1931 году, была посвящена двухфотонному поглощению атомами — предсказание, опередившее технологию, необходимую для его подтверждения, на три десятилетия, поскольку только лазер сделал этот эффект наблюдаемым. Её экзаменаторами были Макс Борн (Max Born), Джеймс Франк (James Franck) и Адольф Виндаус (Adolf Windaus), каждый из которых позже сам стал нобелевским лауреатом. Юджин Вигнер (Eugene Wigner) позже назвал эту диссертацию «шедевром ясности и конкретности». Этот комплимент пережил забвение самой работы: единица, которую физики сейчас используют для измерения сечений двухфотонного поглощения, называется «гёпперт-майер» (Goeppert Mayer).

Тридцать лет без зарплаты

В январе 1930 года она вышла замуж за американского химика Джозефа Эдварда Майера (Joseph Edward Mayer) и последовала за ним в Университет Джонса Хопкинса, где он получил должность доцента. У них было двое детей, Мария Энн (Maria Ann) и Питер Конрад (Peter Conrad). В Университете Джонса Хопкинса действовали строгие правила против найма супругов сотрудников; ей дали должность ассистента с номинальной зарплатой, угол в офисе и доступ к зданиям. Она этим воспользовалась. Она преподавала, и в 1935 году опубликовала важную работу по двойному бета-распаду, одному из самых редких и труднонаблюдаемых процессов в природе.

Когда в 1937 году Джозефа уволили — многие винили в этом враждебность факультета к женщине в здании — пара переехала в Колумбийский университет, где она снова получила офис без оплаты, и снова продолжила работу, на этот раз в орбите Гарольда Юри (Harold Urey) и Энрико Ферми (Enrico Fermi). Американское физическое общество выбрало её членом в 1941 году. Только в декабре того же года, в тридцать пять лет, она получила свою первую оплачиваемую академическую должность: преподавание по совместительству в колледже Сары Лоуренс. После Перл-Харбора она также взяла на себя курсы Ферми в Колумбийском университете — бесплатно.

Годы бомбы

Весной 1942 года она присоединилась к лабораториям «Substitute Alloy Materials» Манхэттенского проекта в Колумбийском университете, работая над разделением урана-235 и свойствами гексафторида урана. Эдвард Теллер (Edward Teller) затем привлек её к «проекту непрозрачности» — исследованию того, как материя и излучение ведут себя при температурах термоядерного взрыва, и в феврале 1945 года она отправилась в Лос-Аламос работать в группе Теллера, вернувшись в Нью-Йорк в июле. Её вердикт по работе над непрозрачностью был характерно сухим: «Мы ничего не нашли, и нам повезло».

Вальсирующие в бальном зале

В феврале 1946 года Джозеф получил профессорскую должность в Институте ядерных исследований Чикагского университета. Она стала добровольным доцентом — опять без оплаты — и одновременно взяла работу старшего физика-совместителя в недавно основанной Аргоннской национальной лаборатории. Её первой фразой в Аргонне было то, что она ничего не знает о ядерной физике. Затем она запрограммировала ENIAC для проведения расчетов критичности реактора методом Монте-Карло.

В данных она заметила, что ядра, содержащие 2, 8, 20, 28, 50, 82 или 126 протонов или нейтронов, необычайно стабильны. Вигнер назвал их «магическими числами», и это название закрепилось. Она предположила, что нуклоны, подобно электронам в атоме, занимают оболочки с возрастающей энергией, и что ядро с полностью заполненными оболочками является наиболее прочно связанным. Первая статья, излагающая доказательства, появилась в журнале Physical Review в августе 1948 года.

Механизм отсутствовал до тех пор, пока Ферми, выходя из её кабинета, не спросил, есть ли какие-либо доказательства спин-орбитального взаимодействия — взаимодействия спина нуклона с его орбитальным движением. Она сразу поняла, что это ключ, порождающий именно ту последовательность чисел. «Это было похоже на головоломку», — сказала она. «Все стало ясно». Ферми, наблюдая, как она быстро объясняет это, улыбнулся и ушел: «Завтра, когда вы будете менее взволнованы, вы сможете объяснить мне это снова».

Ей нравилось описывать результат как бальный зал. Подумайте о комнате, полной танцующих вальс, говорила она, круг внутри круга: вы можете разместить в два раза больше танцоров, если одна пара вращается по часовой стрелке, а другая — против.

В Германии Отто Хаксель (Otto Haxel), Й. Ханс Д. Йенсен (J. Hans D. Jensen) и Ханс Зюсс (Hans Suess) независимо пришли к тому же выводу; их объявление появилось раньше, в июне 1949 года, хотя её работа была подана раньше, в феврале. Вместо того чтобы спорить из-за этого, она и Йенсен стали сотрудниками и друзьями, в 1950 году став соавторами книги «Элементарная теория ядерной оболочечной структуры» (Elementary Theory of Nuclear Shell Structure). Тринадцать лет спустя они разделили половину Нобелевской премии по физике 1963 года; Вигнер забрал вторую половину.

Почему Марию называют гением

Качество, проявляющееся в её лучших работах, — это распознавание образов, работающее с числами, которые видели все, но никто не мог прочитать. Магические числа не были скрыты; они лежали в опубликованных таблицах ядерной стабильности. Она дала уверенность в том, что нерегулярно выглядящий список — 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 — является подписью структуры, а затем разработала математический аппарат, чтобы вывести этот точный список из спин-орбитального взаимодействия, а не подгонять его. Её докторская диссертация демонстрирует ту же черту в другом ключе: верное предсказание физического эффекта за тридцать лет до того, как кто-то смог его измерить, что Вигнер счел «шедевром ясности и конкретности».

У честного контраргумента есть две части. Во-первых, приоритет: Хаксель, Йенсен и Зюсс пришли к этому независимо и почти одновременно, что является классическим признаком идеи, время которой пришло, а не прыжка, который мог совершить только один ум. Во-вторых, решающая подсказка пришла из вопроса Ферми о спин-орбитальном взаимодействии — она не породила его сама, хотя за секунды поняла, что он означает, что само по себе является способностью. В противовес этому: она проделала эту работу, не занимая никакой оплачиваемой должности, в области, в которую вошла поздно, самостоятельно выучив ядерную физику после того, как прямо заявила, что не знает её. Подходит ли слово «гений» или нет, но именно это сочетание упорства и скорости прозрения в конечном итоге и подтвердил Нобелевский комитет.

Послесловие

В 1960 году, после пятидесяти лет, она наконец стала профессором в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Инсульт вскоре после её прибытия не остановил её преподавание или исследования. Она умерла от сердечного приступа в Сан-Диего 20 февраля 1972 года в возрасте 65 лет.

Её имя теперь связано с вещами, в которых ей долгое время отказывали: единица гёпперт-майер в оптике, премия Американского физического общества для женщин-физиков в начале карьеры, учрежденная в 1986 году, Мейер-холл в Калифорнийском университете в Сан-Диего, премия в Аргонне, кратер на Венере, место в Национальном зале славы женщин 1996 года и почтовая марка США, выпущенная в 2011 году.