玛丽·萨默维尔的科学视野

编译 方陵生

玛丽•萨默维尔这位苏格兰数学家和作家塑造了我们对科学的思考方式，在19世纪的知识界拥有了自己的一席之地。

数学家和作家玛丽·萨默维尔（Mary Somerville）于1834年出版的《物理学联系论》（On the Connexion of the Physical Sciences，又译《论物质科学的关联》）一书，对于现代物理学的创立起到了极为重要的作用。此书对天文学、实验物理和化学的明晰阐述得到她同时代人的普遍赞誉，成为维多利亚时代科学作品中的经典之作。但在这个以男性为主导的科学知识迅速发展的时代，此书也引发了一个重要问题：女性也擅长科学研究吗？女性和男性所写的科学著作有什么内在的不同吗？“尽管理论家们有着各种各样的理论和观念，”剑桥哲学家威廉·惠威尔（William Whewell）在他对《物理学联系论》一书的书评中写道，“他们心中始终有一种性别情结。”换句话说，惠威尔认为，因萨默维尔的性别，她的作品总是与她同时代的男性作家的作品区别对待。

萨默维尔漫长的生命旅程在物质科学界始终占据重要地位。她的书让读者有机会纵览当时最新的科学学科，包括天文学、人类学、显微镜学和地质学等。她为以英语为母语的世界介绍了皮埃尔·拉普拉斯（Pierre Simon Laplace）的天体力学，在《自然地理学》中对地球地理进行了出色的概述，阐述了科学在被划分成不同学科时它们之间的共同的关联纽带。

就在不久之前，她成了迈克·李2014年拍摄的电影《透纳先生》中的主角人物，莱丝利·曼维尔成功地演绎了萨默维尔的形象。2017年10月，萨默维尔的形象被印在了苏格兰皇家银行新发行的10英镑纸币上，在与物理学家詹姆斯·麦克斯韦等候选人的竞争中赢得了这份殊荣。

然而尽管为世人所推崇，萨默维尔仍然是一个谜一样的人物。与她的朋友阿达·洛芙莱斯（Ada Lovelace）形成鲜明对比的是，萨默维尔几乎没有波折地度过了平静的一生。这无疑与她的自传体著作中刻意回避了任何涉及私人感情的持续影响有关，但我们如果在对萨默维尔早期奋斗和最终成功有所保留的描述的字里行间寻找蛛丝马迹，也许可以用来打开关于她生活和工作的一些谜团，例如，在18世纪的最后几十年里，苏格兰一位绅士的女儿是如何有机会成为一位著名数学家和作家的。

年轻时的玛丽·萨默维尔（1780—1872）

上天赐予的机遇

萨默维尔于1780年12月26日出生在苏格兰边境杰德堡一个家境不错的家庭中，母亲玛莎·费尔法克斯（Martha Charters Fairfax）出身于当地名门望族，父亲威廉·费尔法克斯（William George Fairfax）因在指挥海军作战取得胜利中所起作用获得国家荣誉，虽然没有经济上的奖励。这样的家庭拥有相当的社会地位，但除了作为军人的薪水之外，并没有任何其他收入。

小玛丽在苏格兰港口城市巴提斯兰德长大，在她生命的第一个10年里尽情地疯跑玩耍。她的父亲在离家远行很久返回家中后，震惊地发现女儿竟然都还没有掌握成为合格为人妻子的基本的读写算技能，于是他把玛丽送到寄宿学校学习一年，在那里进一步学习了舞蹈、绘画、烹饪、音乐、刺绣和基本的地理知识，拥有了适合她淑女身份的所有才学。

在父亲的安排督促下，加上她自己的毅力，玛丽·费尔法克斯有了学习更多知识的大量机会。例如，当她在一本时尚杂志上看到一道数学题时，第一次知道了代数这门学科的存在。只要她想学到更多东西，她的老师就会鼓励她并提供书籍，但除了成为淑女所必需的基础知识之外，其他课程的学习都必须在私底下进行。母亲对她狂热的学习劲头有些担心，她不希望女儿成为一名女学者，但在别人眼里，她始终是一个活泼聪明和要强的女孩。

1804年，23岁的玛丽嫁给了她的表哥、海军军官塞缪尔·格雷格（Samuel Greig），这对夫妇在伦敦有了自己的家。据她后来回忆，这是一段孤寂的婚姻，她很少有机会和朋友们见面，她在进行数学、语言和其他研究时也得不到任何鼓励和帮助。

1807年，格雷格突然离世，这时作为格雷格夫人的萨默维尔与3年前的费尔法克斯小姐已有了根本的不同。她回到苏格兰后系统地学习了数学，结识了爱丁堡知识界的一些知名人物，特别是天文学家约翰·普莱费尔（John Playfair），一位如今被公认为詹姆斯·赫顿（James Hutton）开拓性地质理论的诠释者。在普莱费尔的圈子里不乏一些自由激进的观点，如女性的地位和在商业社会的教育，这些观点与新近丧夫的年轻玛丽的想法不谋而合。普莱费尔圈子里的人认为应该普及和激励科学知识的学习，对科学有着明显兴趣的玛丽提供了一个用行动来展示他们观点的不同寻常的机会。

玛丽·格雷格很快就融入了这个有着浓厚数学氛围的非正式的社交网络，普莱费尔等改革者通过这样的一些网络来鼓励当代的数学家，并吸引新的数学人才加入。在18世纪的英国，一些数学题经常出现在大众感兴趣的期刊中，如《女士日记》和《绅士日记》等，包括一些有挑战性的难题和答案。19世纪初，改革者们创办了一份新的期刊《数学知识库新系列》，同样致力于探索一些具有挑战性的数学问题，但不包含以前那些杂志中其他的一些混杂信息。

1811年，玛丽·格雷格惊喜地获知自己因解答了1810年《知识库》杂志上的一个数学难题而获奖，这是数学物理中的一个有3个变量的丢番图问题，需要掌握高深的高等代数知识的解题能力。她的解题方案以优雅明晰的特点而获奖，这是她做每一件事的风格。这次获奖为她赢得了一枚银牌，上面刻着她的名字，并导致她的处女作作品出版。

这次的获奖和她作品的出版是她沿着不寻常之路一路走来的见证，然而她对数学的热情超越了获得认可的简单需求，在数学天地中，她感受到了最强烈的活力和完全的自我，家人和朋友注意到她在解题时会对外界的一切完全视而不见，数学为她提供了一种忽略家庭责任多重压力的方法，即使只是暂时性的。她娴熟地管理着自己的时间安排，孩子和来访者只能在一天中的某些时间中断她的工作。在以后的生活中，她养成了一个固定的时间安排模式，整个上午都在床上度过，这是保证她能够不受干扰地著书立说的最佳时间。

就像艾萨克·牛顿和麦克斯韦一样，对于萨默维尔来说，数学是与神学结合的一种形式。她曾受过苏格兰长老派主义强调原罪和诅咒的严厉的传统教育，但她在很早就开始反抗这种教义。萨默维尔认为，那些像她自己一样的人，通过对数学的语言理解，充分体验到上帝的神圣力量，正如她在《物理学联系论》一书中所阐述的那样。

她认为，数学公式以及凝结成宇宙永恒不变法则的几个符号是全知全能上帝的象征。这种代表了人类强大力量的工具本身在人类头脑中形成，体现于一些基本的数学公理，这些公理永恒存在于上帝身上，当上帝以自身的形象创造人类时，就将它们植入了人类的心中。

这是萨默维尔第一次在时尚杂志上看到代数符号时感受到的神圣火花，却是她周围的人试图扑灭的火花。她在教堂里从来没有找到过神，却在她发现的几个基本数学公理中追寻到了上帝之手的踪迹。她对数学的理解让她相信，女性也有充分发挥自身潜力的权利，甚至在她还很小的时候，她就想到“如果女性不应该获得知识，那为何要赋予她们求知欲呢？这是说不通的。”

“我们只是凡俗之人”

萨默维尔从她已故丈夫的财产中获得了一小部分财产，她不仅只是一位追求数学的年轻寡妇，她也可以在一群求婚者中挑挑拣拣，只要对方表露出一点反对女性学习的倾向，很快就会被她赶出门去。积极支持她特立独行的只有住在附近的托马斯·萨默维尔舅舅，1811年底，她接受了萨默维尔舅舅41岁儿子威廉的求婚。

她与威廉情投意合，双方都对政治、宗教和教育持开明态度，都对科学有着强烈的兴趣，威廉曾对好望角的自然史和民族学进行了开拓性的探索。婚后在威廉的支持鼓励下，他们购买了许多当时先进的（当然也非常昂贵）的数学书籍。“在我33岁的时候，我买下了这个美妙的小图书馆，”玛丽在她生命即将结束时回忆道，“我简直不敢相信，我能拥有这样一个宝藏。”

婚后这对夫妇先搬到爱丁堡，然后在1816年又迁居到伦敦，在这两个城市中他们都参加了知识分子活跃的文化团体举行的男女都可参加的非正式集会中的一些活动。萨默维尔夫妇一起收集和观察矿石，讨论新书，欢迎来访的友人。她回忆说，“我们讨论过各种各样的科学话题，我们还在屋子前面的一个小花园里做实验，进行天文观测。”

拿破仑战争后，威廉失去了军中职位，他和玛丽来到欧洲大陆，在巴黎和日内瓦最好的科学界集会中，他们同样受到了欢迎。萨默维尔夫妇不是热情的业余爱好者，也不是有潜在资助能力的有钱人，他们被看重的原因是共同的事业。科学的世界并不一定在万众瞩目的活跃中心，但它也有赖于其他形式的交流，包括书信、谈话与科学鉴定活动等。例如，在矿物学方面，萨默维尔夫妇将他们的努力重点集中于真正认真的实干家所认定的核心科学活动上，他们收集了整整一个柜子的珍贵矿物标本，有的是朋友赠送的，有的是他们在旅行途中购买收集到的。

在物理学领域，萨默维尔开始了一系列的实验研究。在1825年的漫长夏日里，在物理学家威廉·沃拉斯顿（William Wollaston）和约翰·弗里德里希（John Herschel）的提议下，她通过精密细致的实验显示了磁性与阳光之间的联系。与当时英国科学界的大多数实验一样，这些实验都依赖于手头现有的或从朋友那里借来的简单材料，而不是在配备有专门装备的昂贵实验室里进行的。

威廉·萨默维尔将妻子的实验结果送交给伦敦皇家学会，就像他为她处理其他对外事务一样，她的论文于1826年2月2日被审阅后不久，发表在皇家学会的哲学学报上。以她个人名义署名发表论文是她在科学事业上迈出的一大步，这是有史以来第一次由一名女性在上面发表实验论文。继汉斯·奥斯特（Hans Christian Oersted）发现了磁与电之间的联系之后，她所宣布的实验结果令人振奋。萨默维尔发现，长时间与阳光接触可令金属针产生感应磁性。萨默维尔提出的磁性和光线之间的联系在欧洲学者间引起了广泛的讨论，她的实验被成功复制，她甚至获得了议会授予的政府养老金，为那些对知识有所贡献的人预留的财政荣誉。

然而，3年后柏林的彼得·瑞斯（Peter Riess）和路德维格·莫塞尔（Ludwig Moser）得出了令人信服的另一个不同解释，通过更大的实验控制数量和不同的磁场强度测量方法，瑞斯和莫塞尔发现，即使是在强大的紫外线光线下暴晒数小时后，对磁性也不会产生实质性的影响。萨默维尔的结果和那些复制了她工作成果得出的结果看起来似乎是由于所用技术不够严谨造成的。这对于萨默维尔是一个毁灭性的结果，她烧掉了该论文所有的副本。批评家在议会中抱怨称，她无论有多博学，却“没能为人类知识库增加知识储备，也没能扩大科学的领域”。虽然萨默维尔之后也发表了一些实验论文，但她最大的追求被击得粉碎，在她生命的最后时刻，她回顾了自己的羞愧之意：

我意识到自己从来就没有发现过什么，我没有自己的创意，我有毅力和智慧，但不是天才。上天赐予的思想火花不授予我们女性，我们只是凡俗之人，无论我们是否能拥有另一种生存状态，科学创新和发现的天才至少在我们这个性别里已是没有希望了。

从以上这段话里可以明显看出她的情绪极为沮丧。萨默维尔曾立志成为一个伟大的发现者，就像奥斯特或拉普拉斯那样，但她失败了。而且由于她的失败，她觉得自己成了一个象征，一个将所有女性都一起拖倒带向失败的象征。

《物理学联系论》一书的扉页

萨默维尔的著述之路

在19世纪的第2个10年里，科学著作的创作开始发生了重大变化。萨默维尔的哲学论文创作得到越来越多重视的同时，现有科学知识的传播也在这些年里成为政治变革运动的中心之一，第一个改革法案也在1832年出台。因此，产生了多种类型的科学著述以及更多更广泛的科普书籍读者受众。这场变革和转型中的领军人物亨利·布鲁厄姆（Henry Brougham）提出，从阐述牛顿的科学原理，到将拉普拉斯的法文著作《天体力学》翻译成英文，到推动“传播有用知识协会（SDUK）”的出版计划，萨默维尔在科学知识的传播中做出了重要的贡献。SDUK是一个向公众传播科学知识的开拓性团体。

然而，作为著述科普著作的尝试，萨默维尔的《天体运行机制》（Mechanism of the Heavens）的出版并不顺利，SDUK认为，她的手稿并没有（或不可能）在数学知识的基础上完成向普通读者推介拉普拉斯《天体力学》的任务，但伦敦出版商约翰·默里公司还是同意出版她的手稿《天体运行机制》。19世纪30年代中期，她完成了两部关于高等数学的长篇巨著，其中包括《天体运行机制》的第2卷，但这两部书都只是手稿，默里公司不愿再次出版数学著作。

萨默维尔学院：玛丽·萨默维尔去世后，1879年在牛津建立的第一所女子学院以她的名字命名

这几部著作未能顺利出版是萨默维尔著述事业中的一个重要转折点。《天体运行机制》作为非精确数学专业著作的“初步传播”成为准备进入数学领域读者的入门书。萨默维尔还为《物理学联系论》一书编写了入门篇，《物理学联系论》一书成为她最著名的作品，出版了10次共17 500本，进入了学校、殖民地前哨站和专门的科学图书馆。麦克斯韦认为《物理学联系论》一书可归于那些“有启发性的”书籍之列，“以明确的、可理解的、可传播的形式，成为科学工作者的指南，并引导他们去追求更多的发现”。这些新的发现中包括海王星的发现，约翰·亚当斯（John Couch Adams）根据《联系论》一书中的预测进行计算后发现了海王星的运行轨道。

1838年，萨默维尔夫妇离开英国，在意大利辗转搬家，度过他们的余生。最直接的原因是医疗问题，因为威廉的健康状况不佳，在欧洲大陆收入减少的情况下生活也算过得不错，但由于理财不当导致他们收入大幅减少，虽然不至于一贫如洗，但他们自己觉得因贫困被放逐到上流社会之外而无法返回英国，他们认为应该以符合他们目前经济状况的方式去生活。

萨默维尔继续写作，1848年出版的《自然地理学》（Physical Geography）销量与《物理学联系论》几乎一样好，并得到了从天文学家赫歇尔到博物学者洪堡等名家的广泛赞誉。

到了19世纪70年代，随着地理学作为一门学科的崛起，《自然地理学》获得了新的生命力，在美国和英国被广泛采用为教科书。萨默维尔从不认为她著书的主要目的是获得经济利益，稿费虽然也是值得欣喜的生活补贴，但并不是维持生计的谋生之道。相反，萨默维尔认为，她著书立说是因为其作为自学成才、自由开放主义和妇女权利象征的重要性。

社会、性别和科学

在维多利亚时代复杂的英国社会生活里，萨默维尔介绍自己的方式适合她标志性的角色。私下里，她可能有敏锐的机智和很好的幽默感。在成长的过程中她几乎和父母所信仰的一切相悖，她会直率地表达自己非正统的宗教和政治观点，并热衷于讨论最新的科学发现。然而，对于那些不在她家庭圈子里的人，她通常却会保持沉默和谦逊的外表。那些期待与当代最伟大女性展开一场精彩绝伦谈话的人满怀希望而来，却往往失望而归。

萨默维尔意识到她传达信息最有效的途径是通过自己的自传故事，这是被认为女性影响历史的常用手段：通过个人的榜样来塑造他人的生活。早在19世纪20年代，关于萨默维尔的生活和早期奋斗的故事已被广泛口口相传。

萨默维尔一贯使用她的名人地位支持她所关心的一些问题，特别是提倡妇女权利和反对活体解剖。她于1868签署了第一份妇女参政请愿书，她对1870—1971年间普法战争中的暴行感到震惊，她指出科学常被过多用于军事的弊端，她还预见到人类活动将导致动物世界大部分物种的灭绝。

她在1848年时写道，“作为创造之主，人类有毁灭地球上最强大动物的力量，但人类本身最终也将成为尺蠖和飞蝇的奴隶。”在她即将走到生命尽头的日子里，萨默维尔更强烈地表达了人类应该努力维持自然环境和生存条件的平衡，从而拯救与我们共享这个美丽地球的无数生命免遭灭绝厄运的愿望。

她给读者带来的主要教益来自于她的大女儿玛莎编纂的自传体著作《玛丽·萨默维尔的一生》（from Early Life to Old Age,of Mary Somerville），这是一部很有教益的书，书中贯穿了她自我成才和努力奋斗的一生经历，她作为一名女性发挥的潜力以及她的人格特性所起的重要作用，书中充满了这位著名女性一生的奋斗故事和轶事。

这部个人回忆录成为维多利亚时代后期女性自传体著作中的经典之作，在学校中被广泛用于学业成绩优秀学生的奖品。萨默维尔呼吁妇女受教育的权利和公民投票的权利，给她的同时代人，特别是寻求获得教育机会的女性提供了一个有着崭新意义的人生故事。1872年她去世后，所珍藏的数学书籍都留赠给了剑桥大学的格顿学院，1879在牛津建立的第一所女子学院以萨默维尔的名字命名。

不“淑女”的行为

电话发明者亚历山大·贝尔是一位妇女权利倡导者，他于1875以浓浓的讽刺笔触写道，“玛丽·萨默维尔夫人敢于写下《物理学联系论》这样的书，是犯下了最不淑女行为之罪……为什么会被如此雄心勃勃的女子闯入了男人的神圣领域？”

像阿达·洛芙莱斯等其他许多为科学事业做出杰出贡献的女性一样，萨默维尔的事迹往往被认为是一个个例，而不是结合当时的社会背景进行分析，如物理学作为一门学科的形成或科学的社会角色的转变。在关于这些问题的大多数讨论中，只是出于对个别女性传奇经历的好奇心而偶尔被提到一两次，认为女性作家在一个以男性为主的世界里和在“属于男人的学科里”只是一种特殊的异常存在。这样的解释往往将女性从历史主流中剥离出来，她们所产生实际影响的意义往往被扭曲或淡化，甚至在一些她们本应是故事中心人物并起到主要作用的领域内。

这种情况是我们在编写科学史中经常遇到的。萨默维尔自己坦承，她从未做出过某项重大发现，无法满足作为重要发现唯一衡量标准的新颖性和独创性要求。她的一些最著名的作品在“大众科学”的标题下不断被边缘化，而以“大众科学”来指萨默维尔的作品显然是不恰当的，她的《物理学联系论》和《自然地理学》显然不适合于“大众科学”这个词在今天所代表的含义。她的著述是严肃的，引人深思的，可比肩哲学家惠威尔、地质学家查尔斯·莱伊尔（Charles Lyell）和天文学家艾格尼丝·克拉克（Agnes Clerke）的作品。萨默维尔的一生事业和著作表明，我们需要对19世纪及19世纪之后科学写作和探索的发展图景进行重新评估。

如今，萨默维尔在科学和数学教育中仍然是一个重要的行为榜样。她的著作对科学界中的性别关系、物理学的统一以及科学、宗教和国家之间的关系所起到的重要作用仍然是争议的焦点。但在科学作为通向真理之路的地位受到挑战，妇女参与科学研究和探索的可能性受到质疑的当时，她的书受到了广泛的承认和赞誉，虽然笔者很希望不久之后麦斯斯韦的头像也能够出现在苏格兰银行发行的钱币上，但萨默维尔的形象出现在10元英镑纸币上亦是她当之无愧的荣耀。

苏格兰皇家银行发行的印有玛丽·萨默维尔头像的纸币