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导  读

20世纪初,在女性被期望守在家里、照顾家庭的年代,赫莎·埃尔顿却集物理学家、数学家、工程师、发明家和妇女参政论者等身份于一身,而且她的才华大多时候得到了同时代的认可。一个重要原因是,她的丈夫不愿与她直接合作。

值得一提的是,赫莎是居里夫人的密友,并在英国多家报纸在皮埃尔·居里去世时宣称他发现了镭时,坚决纠正这一错误,捍卫了居里夫人的声誉。

撰文|Anita Chandran

翻译|赵金瑜审校|陈晓雪

图1 1906年,海伦娜·达梅斯特绘制的赫莎·埃尔顿肖像画 | 由剑桥大学格顿学院院长和同事提供

 

人类进入20世纪的标志,是工程、自动化和制造领域的昂首阔步。在这个时代,我们有了无线电传输、空调和柴油发动机等技术,尼古拉·特斯拉、托马斯·爱迪生和亚历山大·贝尔等人物站在了创新的最前沿。一个常常被忽视的名字是赫莎·埃尔顿。

埃尔顿推动了电力、数学以及液体和气体物理等多个领域的发展;她是科学史上公认的最高产的女性发明家之一。从提高灯泡和灯具的水平,到开发出对付第一次世界大战战壕中的化学气体的技术,她的工作影响到了很多人。

尽管埃尔顿在其职业生涯中因性别遭遇过很多敌意,但她坚持为追随她脚步的众多女性开辟了一条道路。事实上,她参与妇女选举权运动的经历,为她留给世人的丰富遗产又增添了一笔。正如她的密友、作家和女权主义者伊芙琳·夏普在一篇纪念埃尔顿的文章中所写:“她是物理学家、妇女参政论者、民主人士、人道主义者、充满人性的女性——她从不吝惜向人展现这些特质。”

 

“赫莎” 的出生

1854年4月28日,埃尔顿出生在英国的波特西,当时的名字是菲比·莎拉·马克斯。她是家中第三个孩子,也是长女。犹太人父亲利维·马克斯,是来自波兰的钟表匠,母亲爱丽丝·特丽莎则是波特西当地的裁缝。埃尔顿七岁时,她的父亲突然去世,留下母亲抚养七个孩子,还有一个孩子即将出生。

尽管家庭穷困,埃尔顿长得很好,从小就享受着当时女孩少有的自由,被鼓励自由思考、在街头玩耍。爱丽丝保护了女儿的独立性,她认为 “女人在这个世界上要打的仗更艰难”,因此需要比男性更好的教育。这一观点促使埃尔顿的母亲接受了她的姐妹们的提议,在埃尔顿9岁时将她送到伦敦的学校——这样的决定,与19世纪60年代长女应尽 “责任” 的传统观念形成了鲜明对比。

在学校里,埃尔顿凭借出色的头脑和坚毅的个性脱颖而出,但在家里所享有的自由,使得她对任何纪律、规则或年轻女孩 “应有的” 礼仪缺乏耐心。 “(她的成长经历)没有让她在9岁时成为听话的小女学生,”夏普写道。埃尔顿也无法容忍不公,有一次因为被错误地指控违反校规绝食两天。

尽管偶尔与老师发生冲突,但埃尔顿在学校表现出色,16岁时已能自给自足,通过做家庭教师来养家。在此期间,她遇到了许多有影响力的思想家,与早期妇女选举权运动有关的人士交往。她的一个新朋友奥蒂莉·布林德,为埃尔顿起了个昵称 “赫莎”,灵感来自阿尔杰农·斯温伯恩1869年的同名诗作。两人一起参加了妇女选举权运动的会议,后来还指导对方参加剑桥大学女子入学考试。

埃尔顿并不满足于为上层社会做家庭教师的生活,她想继续深造。1873年,她在布林德的介绍下结识了芭芭拉·莉·史密斯·博迪琼。博迪琼是著名的女权主义者、剑桥第一所女子学院格顿学院的联合创始人。她成为了埃尔顿的导师和知己,并鼓励埃尔顿申请剑桥。她还将埃尔顿介绍给了笔名乔治·艾略特的玛丽·安·埃文斯,即《米德尔马契》的作者。事实上,埃文斯深受埃尔顿的启发,她在1876年的小说《丹尼尔·德隆达》中以埃尔顿为原型塑造了米拉这一角色。

1874年,埃尔顿以优异的英语和数学成绩通过了剑桥大学女子入学考试,但直到1876年,在博迪琼和埃文斯等人的赞助下,她才开始在剑桥学习数学。

 

剑桥大学和芬斯伯里技术学院

在19世纪70年代,剑桥大学几乎没有对女性开放的课程。埃尔顿与为数不多的几位女学生密切合作,建立了一个小规模的独立学习小组。她得到了理查德·格拉兹布鲁克的指导,他是专攻航空和电力的物理学家,埃尔顿后来在这两个领域都表现出色。

埃尔顿在剑桥很受欢迎——人们不可能不认识她。夏普引用一位同学的话说,埃尔顿 “给一种印象,她是他们那届最有前途的学生之一”。她积极参与大学生活,建立了格顿学院消防队,领导了学院的合唱团,还组建了一个数学俱乐部。

图2 1880年的格顿学院消防队。创建该小组的埃尔顿站在最左边,手里拿着一个水桶 | 由剑桥大学格顿学院院长和同事提供

 

正是学习期间,埃尔顿开始了她的发明之旅,她研发出了血压计的一种早期原型——一种用于测量脉搏的装置。这个装置包括一个旧的手表弹簧,固定在手腕上,上面还连着一根画笔。通过匀速抽动画笔下面的纸张,心跳导致皮肤表面产生的微小振动就被画笔放大,并记录在纸上(译者注:这一巧妙的装置类似于中学物理中的打点计时器,只不过将垂直于纸面的振动换成了画笔尖平行于纸面的来回振动,心跳信息就以波的形式被记录下来,而且随着时间变化的信息也被记录下来)。如今的血压计被设计成充气袖套的样子,医生将其套在患者手臂上来测量血压。血压计的专利在1881年正式授予奥地利医生塞缪尔·西格弗里德·卡尔·冯·巴什在1881年,而埃尔顿本来也可以来申请这个专利,获得这一荣誉。

埃尔顿在剑桥的生活并不容易,在养家和对抗自己的不安全感这两个事情上,她常常不得不妥协。她常常仓促地去做数学功课,留给掌握基础知识的时间很少,支持也不够。她在剑桥的朋友经常说她是在自我毁灭,其实这是一种我们现在可能称之为 “冒充者综合征” 的症状。学习期间,她还遭受了丧亲之痛,并生了一场重病。

尽管经历了挣扎,埃尔顿还是努力完成了她的学位。1880年,她通过了剑桥大学的数学Tripos考试——世界上最难的数学考试之一——但在大学排名中相对落后,这让她失望了很多年。和当时剑桥大学的所有女性一样,她被禁止在考场参加期末考试,不得不在一个单独的教室进行非正式的考试,而且通过了考试,也不能获得学位。因此,她参加了伦敦大学——当时为数不多的授予女性学位的英国大学——的外部考试,并于1881年获得了数学学士学位。

获得学位后,埃尔顿开始在伦敦担任数学教师,先是在肯辛顿中学,然后在温布尔登学校。她很快转尔做数学私人辅导,并开始为学生设计和出版数学题,这些问题在教师中很受欢迎。

埃尔顿一边工作,一边继续自己的科学研究。1884年,她开发了一种新型的数学分线器,可以将一条线精确地分成任何数量的等份。经过数月的工作和无数次的失败,她在英国和国外为这项发明申请了专利。这一成果引发了大量的媒体报道——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月出版的法国《科学评论》中被引用。
 

图3 埃尔顿(菲比·莎拉·马克斯)的数学分线器在美国专利的封面。专利310,450 “绘图员的分割工具”,1884年5月3日提交专利,1885年1月6日获得授权。

 

该专利的成功不仅得到了女权主义者圈子的祝贺——包括妇女参政运动领导人米利森特·福西特——还让埃尔顿能够向物理学会(物理研究所的前身)提交一篇论文,并促使她考虑全职从事科学研究。在经济困难的情况下,埃尔顿在剑桥时期的赞助人博迪琼雪中送炭,向埃尔顿捐赠了一大笔钱,这样她就可以少教一些学生,而将精力集中在科学上。

1884年秋天,埃尔顿开始在芬斯伯里技术学院(后来并入伦敦帝国理工学院)每周上四个晚上的课,作为仅有的三名女性之一与118名男性同学一起学习电工技术(电学和物理)。她的老师是物理学家、英国皇家学会会员威廉·埃尔顿。威廉是女性教育的热心支持者,为埃尔顿努力争取机会。两人开始了深入的交流。威廉依赖赫莎在物理学和生活方面的专长。

二人的友谊很快变得浪漫起来,1885年5月他们结婚了,并在1886年有了女儿芭芭拉·博迪琼·埃尔顿,他们将她与威廉前妻所生的女儿伊迪丝一起抚养长大。

 

耀眼的电弧

结婚后,受健康状况不佳、家庭责任的影响,埃尔顿在科学上的工作受到了一些限制,但她坚持了下来。1888年,她在芬斯伯里技术学院为女学生们做了一系列关于电力的讲座。“女性应该给女性做这样的主题的讲座…… 这在当时被认为是惊人的创新。” 夏普在为埃尔顿写的回忆录中写道。

1891年6月,埃尔顿的导师、朋友博迪琼去世了。这对埃尔顿来说是个巨大的打击。博迪琼最后的慷慨之举,是留给她足够的钱来聘请一名管家,这样她就可以再次专注于科学。与此同时,她的丈夫决定让埃尔顿进行独立研究,因为他知道如果他们共享论文的署名,荣誉只归于他。因此,他确保她有自己的实验室空间,并注意不与她直接合作。

通过威廉,埃尔顿对碳弧灯产生了兴趣,这是第一种实用的电灯,由汉弗莱·戴维在19世纪初期发明。点燃这些灯,需要在两个接触的碳导电棒上施加电压。然后将导体拉开,发光的电弧由碳在加热时汽化来维持,充当电流的桥梁。

当丈夫访问美国时,埃尔顿到肯辛顿的中央技术学院(后来并入伦敦帝国理工学院)(威廉在这里担任教授)工作,接手威廉对弧光灯的研究工作。他们的论文是这对夫妇合作完成的为数不多的研究之一,但是当唯一的副本遭到意外破坏时,埃尔顿就完全拥有了该项目的所有权。

当时,弧光灯被广泛用于灯塔和公共场所的照明,但它们让科学家们感到困惑。弧光灯发出嘶嘶声和闪烁,似乎违反了电的规律,其使用的材料也无法应对产生的高温。埃尔顿发现,电弧不稳定的原因是氧气接触到了碳棒。通过排出灯中的氧气,获得稳定的电弧,她建立了与电弧长度、压力和电位差相关的 “埃尔顿方程”。这是一项革命性的工作,带来了更好、更高效、更明亮的照明。后来她还研究了弧光灯中使用的碳,开发出了使用寿命更长且更适合特定应用的导电棒。

埃尔顿在弧光灯方面的工作产出了一系列论文、一本专著和多项专利。她的研究不仅改进了通用弧光灯技术和街道照明,还改进了电影放映机和军用探照灯的设计。即使是她的批评者,也认为她的论文是杰出的,她成为了电弧领域的领军人物,在科学界的机会也增加了。埃尔顿被邀请在各种讨论会上报告她的成果,包括英国科学促进会,尽管在早年,她经常不得不在她丈夫之前或之后展示。

1899年3月,当时由3300名男性组成的电气工程师学会(IEE)打破先例,邀请埃尔顿宣读她广受好评的论文《电弧的嘶嘶声》——使她成为第一位向该协会展示自己工作的女性,并成为该机构的第一位女性成员。她在1900年国际电气大会上的呼吁,使得英国在历史上第一次允许女性在一般科学委员会任职。

 

帮助女性在科学领域流动

埃尔顿后来与诺奖得主科学家玛丽·居里建立起友谊。在随后的几年,她在公众中和媒体上大声捍卫居里夫人的声誉。例如,当皮埃尔·居里去世时,许多英国报纸宣称他发现了镭,而实际上这一壮举是由玛丽做出的。正如埃尔顿在纠正《威斯敏斯特公报》的一封信中所写:“众所周知,错误很难纠正,但把实际上是女人的工作归到男人头上的错误比猫的命还要多。”

埃和居里夫人关系非常密切,她甚至辅导了居里夫人的女儿伊蕾娜·约里奥·居里的数学。她还带居里夫人加入到妇女选举权运动,影响她签署了一份要求释放因绝食抗议运动遭到监禁的英国女权主义者的国际请愿书。

在职业生涯中,埃尔顿深刻感受到了当时对女性的敌意。例如,她遭到英国皇家学会的拒绝,因为当时已婚妇女没有资格入选,而她早期的工作必须由男性同事向学会展示。尽管遭到反对,埃尔顿还是在1904年成为第一位在英国皇家学会展示论文的女性,后来她被授予该学会著名的休斯奖章,此后只有另外两名女性获得该奖章。

埃尔顿也积极参与科学以外的妇女权利活动。正如夏普在埃尔顿回忆录中所描述的那样,她 “理所当然地一直是一名妇女参政论者…… 她对女性投票的原则从来没有任何改变”。

最初,埃尔顿认为她对这项事业的最好的贡献是通过她自己的科学成就表明女性适合投票。她对这项事业的参与,主要通过参加会议并以她的名义支持妇女参政运动。

后来,她又加入了运动中更激进的“妇女参政”机构,即妇女社会政治联盟(WSPU)。埃尔顿捐款并参加示威活动——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袭击了抗议的妇女。她甚至为那些曾经在监狱里绝食抗议的女权主义者提供庇护场所,这意味着她的家经常被警察包围。

 

从海滩到战场

在肯特郡度假期间,埃尔顿对海滩上沙子的波纹产生了兴趣,并开始了一项新的工作计划,用沙子和水来研究海岸侵蚀。1908年威廉·埃尔顿去世后,她越来越多地花时间在家进行研究。她将他们的家庭实验室从房子的顶层搬到了客厅,并配备了装满水和沙子的玻璃水箱。在这里,她对于波和振动的研究取得大步进展,虽然她的工作始于纯粹的好奇心,但在第一次世界大战爆发后,它具有了实际的意义。

图4 1910年,赫莎·埃尔顿在她的实验室,玻璃水箱里装满了水和沙子,用于研究波浪和振动 | 剑桥大学格顿学院院长和同事供图

 

1915年4月,毒气首次在战争中得到使用,埃尔顿立即开始利用她对水波纹的研究,设计出一种驱除毒气的方法。她甚至在沙缸中建造了一个带有战壕的假 “战场”,使用纸火产生的烟雾来模拟毒气。很快,埃尔顿发明了一种风扇装置,它能在撞击到坚硬的表面时释放出一股气流,排走行进中的毒气。1915年5月,她向军队提出了自己的设计,但政府并没有被说服,坚持认为埃尔顿的设计过于简单,并没有认真对待。这在很大程度上是因为,尽管她是发明家,但也是一名女性和妇女参政论者。但埃尔顿依然坚持,一年多后风扇的设计被采用了。

超过10万台 “埃尔顿风扇” 部署在法国和比利时,卷走了大量云团和有毒的气体。尽管如此,埃尔顿仍然感到困扰,她知道,如果早点用上这些风扇,可能会挽救更多人的生命。之后,她继续研究风扇,并对劳工运动产生了兴趣,她的设备后来被用来改善工厂里工人们的作业条件。

1923年8月26日,赫莎·埃尔顿因昆虫叮咬引发的败血症去世,时年 69岁。最后的岁月里,她将自己的智慧投入到推动她最关心的事业上:妇女选举权、劳动人民的权利和对儿童的保护。她继续从事科学工作,丝毫没有放缓的迹象,持续发表论文直到去世。她的最后一篇论文,是她去世后在皇家学会宣读的。她的一生,获得了26项专利,过早逝世,意味着还有未完成的研究。埃尔顿深受与周围人的喜爱,所有人都称赞她的机智和热情,以及她最爱的口头禅(经常写在她的笔记本上):“凡事要察验。善美需持守(prove all things; hold fast that which is good)”。

 

作者简介

Anita Chandran是一位居住在德国汉堡的科学作家,也是《Tamarind》的编辑,这是一本专注于科学与艺术交汇的文学杂志。”▲ 本文为 Physics World 专栏的第58篇文章。

原文标题为Hertha Ayrton: pioneering inventor and suffragette,首发于2022年9月出版的Physics World,英国物理学会出版社授权《知识分子》翻译。未经授权的翻译是侵权行为,版权方将保留追究法律责任的权利。登陆 Physics World,关注日常全球科学新闻、热点报道和评论。Physics World 帮助学界与产业界的研究人员走在世界重大科研突破与跨学科研究的前沿。

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

 

翻译对照表:

Hertha Ayrton 赫莎·埃尔顿

Suffragette 妇女参政论者

Helena Darmesteter 海伦娜·达梅斯

Girton College Cambridge 剑桥大学格顿学院

Nikola Tesla 尼古拉·特斯拉

Thomas Edison 托马斯·爱迪生

Alexander Bell 亚历山大·贝尔

Evelyn Sharp 伊芙琳·夏普

Portsea 波特西

Phoebe Sarah Marks 菲比·莎拉·马克斯

Levi Marks 利维·马克斯

Alice Theresa 爱丽丝·特丽莎

Ottilie Blind 奥蒂莉·布林德

Algernon Swinburne 阿尔杰农·斯温伯恩

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

Mary Ann Evans 玛丽·安·埃文斯

Middlemarch 《米德尔马契》

George Eliot 乔治·艾略特

Mirah 米拉

Daniel Daronda《丹尼尔·德隆达》

Finsbury 芬斯伯里技术学院

Richard Glazebrook 理查德·格拉兹布鲁克

Samuel Siegfried Karl von Basch 塞缪尔·西格弗里德·卡尔·冯·巴什

University of London 伦敦大学

Kensington High School 肯辛顿中学

Wimbledon School 温布尔登学校

Millicent Fawcett 米利森特·福西特

William Ayrton 威廉·埃尔顿

Barbara Bodichon Ayrton 芭芭拉·博迪琼·埃尔顿

Edith 伊迪丝

Humphry Davy 汉弗莱·戴维

British Association for the Advancement of Science 英国科学促进会

Institution of Electrical Engineers 电气工程师学会

The hissing of the electric arc 《电弧的嘶嘶声》

Marie Curie 玛丽·居里

Pierre Curie 皮埃尔·居里

Westminster Gazette《威斯敏斯特公报》

Irène Joliot-Curie 伊蕾娜·约里奥·居里

Women’s Social and Political Union 妇女社会政治联盟

Ayrton Flapper Fans 埃尔顿风扇

 

 

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由饶毅、鲁白、谢宇三位学者创办的移动新媒体平台,现任主编为周忠和、毛淑德、夏志宏。知识分子致力于关注科学、人文、思想。我们将兼容并包,时刻为渴望知识、独立思考的人努力,共享人类知识、共析现代思想、共建智趣中国。

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