暗物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)
20世紀70年代末的一天，美國卡耐基科學研究所的薇拉·魯賓和肯特·福特正在反復檢查宇宙中仙女座星系的觀測結果。
但是很奇怪，這個巨大的螺旋狀星系似乎出錯了：星系邊緣區(qū)上的物質(zhì)和中心區(qū)的物質(zhì)的旋轉速度竟然一樣快！按理說，位于中心區(qū)的物質(zhì)的速度應該是最快的，就像我們的太陽系那樣。顯然，仙女座星系違反了這個規(guī)則。這是什么原因導致的呢？
直到兩年后，魯賓才明白那“奇怪現(xiàn)象”背后的原因——原來是暗物質(zhì)在搞鬼，而之前得到的觀測結果是宇宙暗物質(zhì)存在的直接證據(jù)�？茖W家現(xiàn)在知道，84%的宇宙物質(zhì)由暗物質(zhì)組成。它們是看不見的粒子構成的，分布在整個宇宙中。它們對星系內(nèi)恒星的移動，星系之間的互相拉扯，以及所有物質(zhì)聚集都有著很大的影響。
暗物質(zhì)與宇宙的關系，類似空氣和人類的關系一樣：它們是物質(zhì)的，且無處不在，人們卻看不見它們。暗物質(zhì)的存在已經(jīng)徹底改變了我們對宇宙的看法，而根據(jù)艾爾弗雷德·諾貝爾所言，諾貝爾物理學獎是獎勵給“物理學領域中最重要的發(fā)現(xiàn)”。暗物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)非常符合這樣的描述，很多人認為這種奇怪物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)者值得收獲一枚諾貝爾獎。
另一方面，在過去的十幾年里，科學家們證明了中微子有質(zhì)量，發(fā)明了高亮度更節(jié)能環(huán)保的藍色發(fā)光二極管，還發(fā)現(xiàn)了宇宙中的暗能量。所有這些重大實驗和思想值得被表彰，研究者們也紛紛拿到諾貝爾獎。
相比之下，魯賓對暗物質(zhì)的研究是在20世紀70年代，幾乎整個天體物理都能感覺她的影響，但40多年來，諾貝爾委員們似乎一直對她“視而不見”。
盡管如此，很多人依然支持魯賓，為她打抱不平。當然，還有許許多多的人對她的人生經(jīng)歷充滿了好奇。
興趣的開始
1928年，薇拉·魯賓在美國費城出生。在她10歲的時候，魯賓的家搬到美國華盛頓特區(qū)。當時她房間的床是緊挨著窗戶的，晚上她常會躺在床上觀察星星。她還發(fā)現(xiàn)如果在深夜張開眼睛，所有的星星們都繞著一個點進行了旋轉。她覺得非常不可思議，被深深吸引住了。這是她第一次發(fā)現(xiàn)自己對天文學產(chǎn)生了興趣。
她開始觀看流星雨，并在紙片上畫出那些在天空中一閃而過，顯現(xiàn)美麗光芒的流星。她還在爸爸的幫助下架起了一臺望遠鏡，時常觀察星星，還將星星作為課堂論文的主題。魯賓利用生活和學習上的每個機會，深入了解神秘的宇宙。
父母非常支持魯賓的研究，但是她在學校卻經(jīng)常“受挫”，比如當她告訴物理老師自己已經(jīng)收到了美國紐約州瓦薩學院的錄取通知書時，老師卻建議魯賓學習其他專業(yè)，而非天文學。但是她沒有聽取物理老師的意見。
從瓦薩學院畢業(yè)后，她試著申請美國普林斯頓大學天文系，卻因女性身份而受到拒絕（該系一直到1975年才對女性開放）。不過她還申請了美國康乃爾大學天文學研究生學院，并被錄取。入學后，魯賓與天文學家瑪莎·斯塔爾·卡彭特一起做研究�？ㄅ硖禺敃r非常癡迷于星系和星系內(nèi)部恒星的運動情況，卡彭特的熱情影響了魯賓，也使魯賓明確了自己的研究方向——星系動力學。
旋轉的宇宙
不久后，她遇到了自己未來的丈夫——康奈爾大學物理化學專業(yè)的研究生羅伯特。有一天，羅伯特讓她閱讀一篇天文學文章。文章中提到一個問題：星系在宇宙中的移動是否與太陽系內(nèi)行星的旋轉方式一樣。
魯賓想到，星系是怎么移動的？是在太空中成群穿梭，還是隨機移動的？還是確實就像地球圍繞著太陽旋轉那樣，繞著某一個點來旋轉？這個想法一直縈繞在心頭，于是她以此為碩士論文題目，展開研究，觀測星系的移動情況。
1951年，魯賓完成了碩士論文。她認為星系們可能是繞著宇宙中未知的中心旋轉。她還發(fā)現(xiàn)了一個平面，擁有比其他區(qū)域更為密集的星系。那時她還不知道這是為什么，但在論文中她將這個平面稱為“超銀河系平面”。
導師威廉·肖建議魯賓在美國天文學會會議上公布該研究結果，因為這有可能是非常重要的天文學成果。由于魯賓剛剛初次懷孕，加上她并不是美國天文學學會的成員。于是她請求導師威廉·肖幫助自己公布研究結果，導師答應了魯賓的請求。
會議上，這場報告的主題叫做“旋轉的宇宙”。在參會人員中，除了自己的導師，魯賓一個人都不認識，她恍然生出自己是“異類”這樣的念頭，認為其他人都是專業(yè)的天文學家，非常資深的天文研究者，而她只是個研究生。這就使得她小心翼翼，擔心自己的成果得不到他們的認可，擔心人們覺得自己是個“天文學騙子”。
結果不出意料，魯賓的論文引發(fā)了相當激烈的討論。但是因為她一個人都不認識，所以她當時并不知那些討論者都有誰。唯一記得的是，幾乎所有的評論都是批評性的。她的碩士論文沒有發(fā)表，而是被塵封起來了。
回歸天文學
她的第一個孩子出生之后的六個月，魯賓仍舊呆在家里忙這忙那，陪著孩子。忙碌的家庭生活占據(jù)了她的生命和腦海，減輕了會議帶來的傷害。
可是每當不經(jīng)意間看到天體物理學雜志時，她都會忍不住掉眼淚。魯賓意識到自己對天文學的熱愛程度，就像愛自己的孩子一般，她必須回歸到天文學的研究中。
于是魯賓申請了美國喬治城大學攻讀博士學位。在博士階段，她發(fā)現(xiàn)星系確實是聚集在一起的，就像是被磁鐵吸引的大量鐵屑，并不是隨機散布在宇宙中的，支持了碩士論文中出現(xiàn)的“超銀河系平面”。這項研究結果仍舊沒有得到人們的重視，直到20年后才成為天文學的一部分。
1965年，魯賓在喬治城大學擔任教授，同時也作為美國卡耐基科學研究所的工作人員。在研究所里，她遇到了一位重要的合作伙伴——天文學家肯特·福特。
當時，福特研發(fā)了一臺非常先進的光譜儀，這臺光譜儀比任何其他儀器都靈敏，使天文學家不僅能研究整個星系，還可以研究星系內(nèi)的某一小片區(qū)域。有了這臺設備，魯賓和福特決定觀測類星體。類星體一類遙遠的星系，其中心有超大質(zhì)量、處于活動期的黑洞。
但這項工作競爭非常激烈，因為類星體在1963年才剛剛被發(fā)現(xiàn)，它的真實身份仍舊是個謎，也是每一位天文學工作者都渴望解開的謎團�？墒囚斮e逐漸感覺到她不適合、也不喜歡這樣激烈的競爭。
奇怪的速度
于是她果斷放棄了對類星體的研究，轉向另一研究內(nèi)容——星系旋轉方式。魯賓覺得，有人曾推斷星系旋轉會是什么樣子，但沒有人真的做過一份詳細的研究來說明具體的情況。
現(xiàn)在，憑借福特那臺頂級的光譜儀，他們可以將推斷變成觀測。經(jīng)過反復思考后，魯賓和福特將目光定位在仙女座星系。
研究的過程是一趟艱難的路程。因為除了光譜儀，觀測星系還需要用到一流的望遠鏡，可是魯賓和福特沒有屬于自己的望遠鏡，他們只有借用天文觀測站的望遠鏡，而且只能在天文觀測站對外開放的時間使用。他們經(jīng)常要帶著光譜儀輾轉幾地進行觀測，該項目耗時好幾年。
當他們將望遠鏡指向仙女座星系時，希望看到它能像太陽系一樣旋轉：星系中心附近的物質(zhì)運行的速度比邊緣區(qū)域的物質(zhì)快。因為離中心越近，引力越大，運動速度應該越快才能產(chǎn)生足夠的離心力，抵消掉引力的影響。就像離太陽越近的行星，公轉速度就越大。
可是結果顯示了奇怪的現(xiàn)象，就像故事剛開始時所講的那樣：離星系中心不同距離處的物質(zhì)，圍繞中心旋轉的速度都差不多。數(shù)據(jù)出來后，魯賓都要花了幾個小時在一間小屋里分析，可結果還是一樣。魯賓和福特又觀測了其他星系，發(fā)現(xiàn)也是同樣的情況。
數(shù)據(jù)并沒有出錯，可是結果和“理論”一直相矛盾，他們不明白問題出現(xiàn)在哪里。
來自黑暗的答案
直到有一天，當魯賓面對這手中的資料，突然靈光乍現(xiàn)，想通了一切。她意識到，宇宙中可能存在著我們看不到的物質(zhì)——暗物質(zhì)，為彌散于星系各處的氣體提供著引力，因此，引力不會只集中在星系中心上，星系內(nèi)任何地方的物質(zhì)的速度將是相似的。
其實早在1932年，荷蘭天文學家揚·奧爾特就率先提出暗物質(zhì)這個概念。緊接著在1933年，瑞士天文學家弗里茨·茲威基也認同宇宙中存在暗物質(zhì)。但他們的想法并沒有得到廣泛關注，有人甚至覺得他們的說法是一種怪談，因為沒有任何堅實的證據(jù)來支持這些理論，也沒有人預測過暗物質(zhì)的存在對星系運動有什么意義。
而魯賓和福特發(fā)現(xiàn)，這些“看不見的物質(zhì)”不僅影響著星系的移動，還影響宇宙的樣子。20世紀80年代，“暗物質(zhì)”這個名稱正式在天文學中安家落戶。宇宙中，它幾乎無處不在。人們認為在宇宙的嬰兒期，首先是暗物質(zhì)成群，然后它們會將普通物質(zhì)拉到一起，才演變成星系和超星系團。
到目前為止，科學家還沒有捕捉到暗物質(zhì)粒子，可是無論暗物質(zhì)到底是什么，它都是在宇宙進化過程中不可缺少的成分�，F(xiàn)在我們很難想象沒有它的宇宙會變得怎樣？
作為暗物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)者，魯賓卻從未獲得過諾貝爾獎，不過她在瓦薩爾學院女性科學名人堂上曾謙虛地表示：“名譽是短暫的，我的數(shù)據(jù)比我的名字更重要。如果天文學界多年后仍在引用我的數(shù)據(jù)，才是對我最大的恭維。”
魯賓在職業(yè)生涯中，總共觀察了超過200個星系。而在2016年圣誕節(jié)的夜晚，魯賓因年邁而辭世，享年88歲。
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