世界欠她一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)

萬仁新

興趣的開始

20世紀(jì)70年代末的一天，美國卡耐基科學(xué)研究所的薇拉·魯賓和肯特·福特正在反復(fù)檢查宇宙中仙女座星系的觀測結(jié)果。

但是很奇怪，這個(gè)巨大的螺旋狀星系似乎出錯(cuò)了：星系邊緣區(qū)上的物質(zhì)和中心區(qū)的物質(zhì)的旋轉(zhuǎn)速度竟然一樣快！按理說，位于中心區(qū)的物質(zhì)的速度應(yīng)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(gè)規(guī)則。這是什么原因?qū)е碌哪兀?/p>

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(jié)果是宇宙暗物質(zhì)存在的直接證據(jù)?？茖W(xué)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(gòu)成的，分布在整個(gè)宇宙中。它們對星系內(nèi)恒星的移動(dòng)、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(guān)系，類似空氣和人類的關(guān)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。

另一方面，在過去的十幾年里，科學(xué)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(lán)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(shí)驗(yàn)和思想值得被表彰，研究者也紛紛拿到諾貝爾獎(jiǎng)。

相比之下，魯賓對暗物質(zhì)的研究是在20世紀(jì)70年代，幾乎整個(gè)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”。

1928年，薇拉·魯賓在美國費(fèi)城出生。在她10歲的時(shí)候，魯賓的家搬到美國華盛頓特區(qū)。當(dāng)時(shí)她房間的床是緊挨著窗戶的，晚上她常會(huì)躺在床上觀察星星。她還發(fā)現(xiàn)如果在深夜張開眼睛，所有的星星都繞著一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，她覺得非常不可思議。

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(yuǎn)鏡，時(shí)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(xué)習(xí)上的每個(gè)機(jī)會(huì)，深入了解神秘的宇宙。

從瓦薩學(xué)院畢業(yè)后，魯賓試著申請美國普林斯頓大學(xué)天文系，卻因女性身份被拒絕（該系一直到1975年才對女性開放）。不過她還申請了美國康奈爾大學(xué)天文學(xué)研究生學(xué)院，并被錄取。入學(xué)后，魯賓與天文學(xué)家瑪莎·斯塔爾·卡彭特一起做研究。卡彭特當(dāng)時(shí)非常癡迷于星系和星系內(nèi)部恒星的運(yùn)動(dòng)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(dòng)力學(xué)。

旋轉(zhuǎn)的宇宙

不久后，魯賓遇到了自己未來的丈夫———康奈爾大學(xué)物理化學(xué)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(xué)文章。文章中提到一個(gè)問題：星系在宇宙中的移動(dòng)是否與太陽系內(nèi)行星的旋轉(zhuǎn)方式一樣。

魯賓想到，星系是怎么移動(dòng)的？是在太空中成群穿梭，還是隨機(jī)移動(dòng)的？還是確實(shí)就像地球圍繞著太陽旋轉(zhuǎn)那樣，繞著某一個(gè)點(diǎn)來旋轉(zhuǎn)？這個(gè)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(dòng)情況。

1951年，魯賓完成了碩士論文。她認(rèn)為星系們可能是繞著宇宙中未知的中心旋轉(zhuǎn)。她還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)平面，擁有比其他區(qū)域更為密集的星系。那時(shí)她還不知道這是為什么，但在論文中她將這個(gè)平面稱為“超銀河系平面”。

導(dǎo)師威廉·肖建議魯賓在美國天文學(xué)會(huì)會(huì)議上公布該研究結(jié)果，因?yàn)檫@有可能是非常重要的天文學(xué)成果。由于魯賓剛剛懷孕，加上她并不是美國天文學(xué)學(xué)會(huì)的成員。于是她請求導(dǎo)師威廉·肖幫助自己公布研究結(jié)果，導(dǎo)師答應(yīng)了魯賓的請求。會(huì)議上，這場報(bào)告的主題叫做“旋轉(zhuǎn)的宇宙”。在參會(huì)人員中，除了自己的導(dǎo)師，魯賓一個(gè)人都不認(rèn)識，她恍然生出自己是“異類”這樣的念頭，認(rèn)為其他人都是專業(yè)的天文學(xué)家，非常資深的天文研究者，而她只是個(gè)研究生。這就使得她小心翼翼，擔(dān)心自己的成果得不到他們的認(rèn)可，擔(dān)心人們覺得自己是個(gè)“天文學(xué)騙子”。

結(jié)果不出意料，魯賓的論文引發(fā)了相當(dāng)激烈的討論。但是因?yàn)樗粋€(gè)人都不認(rèn)識，所以她當(dāng)時(shí)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(xué)

魯賓的第一個(gè)孩子出生之后的六個(gè)月，她仍舊待在家里忙這忙那，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(huì)議帶來的傷害。

可是每當(dāng)不經(jīng)意間看到天體物理學(xué)雜志時(shí)，她都會(huì)忍不住掉眼淚。魯賓意識到自己對天文學(xué)的熱愛程度，就像愛自己的孩子一般，她必須回歸到天文學(xué)的研究中。

于是魯賓申請到美國喬治城大學(xué)攻讀博士學(xué)位。在博士階段，她發(fā)現(xiàn)星系確實(shí)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(jī)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(xiàng)研究結(jié)果仍舊沒有得到人們的重視，直到20年后才成為天文學(xué)的一部分。

1965年，魯賓在喬治城大學(xué)擔(dān)任教授，同時(shí)成為美國卡耐基科學(xué)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(xué)家肯特·福特。

當(dāng)時(shí)，福特研發(fā)了一臺非常先進(jìn)的光譜儀，這臺光譜儀比任何其他儀器都靈敏，使天文學(xué)家不僅能研究整個(gè)星系，還可以研究星系內(nèi)的某一小片區(qū)域。有了這臺設(shè)備，魯賓和福特決定觀測類星體。

但這項(xiàng)工作競爭非常激烈，因?yàn)轭愋求w在1963年才剛剛被發(fā)現(xiàn)，它的真實(shí)身份仍舊是個(gè)謎，也是每一位天文學(xué)工作者都渴望解開的謎團(tuán)。可是魯賓逐漸感覺到她不適合、也不喜歡這樣激烈的競爭。

來自黑暗的答案

于是魯賓果斷放棄了對類星體的研究，轉(zhuǎn)向另一研究內(nèi)容———星系旋轉(zhuǎn)方式。魯賓覺得，有人曾推斷星系旋轉(zhuǎn)會(huì)是什么樣子，但沒有人真的做過一份詳細(xì)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(fù)思考后，魯賓和福特將目光定位在仙女座星系。

可是結(jié)果顯示了奇怪的現(xiàn)象，就像故事剛開始時(shí)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(zhuǎn)的速度都差不多。數(shù)據(jù)出來后，魯賓都要花幾個(gè)小時(shí)在一間小屋里分析，可結(jié)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(cuò)，可是結(jié)果和“理論”一直相矛盾，他們不明白問題出現(xiàn)在哪里。

直到有一天，當(dāng)魯賓面對著手中的資料，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(huì)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(shí)早在1932年，荷蘭天文學(xué)家揚(yáng)·奧爾特就率先提出暗物質(zhì)這個(gè)概念。緊接著在1933年，瑞士天文學(xué)家弗里茨·茲威基也認(rèn)同宇宙中存在暗物質(zhì)。但他們的想法并沒有得到廣泛關(guān)注，有人甚至覺得他們的說法是一種怪談，因?yàn)闆]有任何堅(jiān)實(shí)的證據(jù)來支持這些理論，也沒有人預(yù)測過暗物質(zhì)的存在對星系運(yùn)動(dòng)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(dòng)，還影響宇宙的樣子。20世紀(jì)80年代，“暗物質(zhì)”這個(gè)名稱正式在天文學(xué)中安家落戶。宇宙中，它幾乎無處不在。人們認(rèn)為在宇宙的嬰兒期，首先是暗物質(zhì)成群，然后它們會(huì)將普通物質(zhì)拉到一起，才演變成星系和超星系團(tuán)。

作為暗物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)者，魯賓卻從未獲得過諾貝爾獎(jiǎng)，不過她在瓦薩爾學(xué)院女性科學(xué)名人堂上曾謙虛地表示：“名譽(yù)是短暫的，我的數(shù)據(jù)比我的名字更重要。如果天文學(xué)界多年后仍在引用我的數(shù)據(jù)，才是對我最大的恭維?！?/p>

2016年圣誕節(jié)的夜晚，魯賓因年邁而辭世，享年88歲。endprint