暗物質(zhì)來了，薇拉·魯賓走了

香農(nóng)·霍爾

譯/晨飛

天文學(xué)家薇拉·魯賓于2016年12月25日去世，享年88歲。她的革命性研究證實(shí)了暗物質(zhì)的存在，使她聞名全球。

薇拉在童年時代就對天體運(yùn)動產(chǎn)生了濃厚的興趣。1938年，她才10歲，她家從費(fèi)城搬到了華盛頓特區(qū)。在這個新家，她臥室的窗口仍然向北，晚上，她一如既往地仰望夜空的星移斗轉(zhuǎn)，陶醉于地球的運(yùn)轉(zhuǎn)。4年后，她在爸爸的幫助之下架起了自己的天文望遠(yuǎn)鏡，開始參加業(yè)余天文學(xué)愛好者的活動。

1965年，薇拉·魯賓在洛威爾天文臺。

但是，這并不意味著這位富于開拓精神的女科學(xué)家一路坦途。雖然父母都支持她，但其他人幾乎都不鼓勵她追求天文學(xué)。高中的物理老師告訴她上大學(xué)千萬別學(xué)科技;一家大學(xué)的招生負(fù)責(zé)人建議她別學(xué)天文學(xué)，實(shí)在喜歡可以去搞天文藝術(shù)。

然而，薇拉還是下定了決心。她效法女天文學(xué)家瑪麗亞·米切爾，去上紐約州波基普西市的瓦薩學(xué)院。有一年暑假，她遇到康奈爾大學(xué)的一名研究生，名叫鮑勃·魯賓，畢業(yè)后他倆就結(jié)了婚。

薇拉·魯賓在康奈爾大學(xué)讀完碩士（她本來夢想上普林斯頓大學(xué)，但是當(dāng)時這所大學(xué)不接受女性參加天體物理學(xué)培訓(xùn)項目），同時也陪她丈夫讀完博士學(xué)位。她丈夫在應(yīng)用物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室謀到一份工作，然后兩人都搬到了馬里蘭州。由于一次偶然的辦公室安排，當(dāng)時著名的物理學(xué)家喬治· 伽莫夫了解到她的碩士論文是關(guān)于星系研究的，就讓她談了一下自己的情況。對她來說，這簡直是時來運(yùn)轉(zhuǎn)，最終，在這位物理學(xué)家的指導(dǎo)下，她在喬治城大學(xué)完成了博士學(xué)位。她1954年的畢業(yè)論文開辟了星系空間分布這片新天地。

隨后，她留校任職，但是工作一直沒有太大的起色。她一心撲在4個孩子身上，養(yǎng)育了后來的4位科學(xué)家。2002年，她跟《科學(xué)》雜志講：“在很長一段時間里，我都沒覺得自己是一位真正的天文學(xué)家?！?/p>

加州大學(xué)圣地亞哥分校的瑪格麗特和杰弗里·伯比奇夫婦邀請薇拉·魯賓合作搞研究，這給她帶來了轉(zhuǎn)機(jī)。她與丈夫和這個夫妻團(tuán)隊共事一年，在觀念上，她受到了一再鼓勵，最終讓她獲得了新的職業(yè)成就感。

回到馬里蘭后，她變成了另一個人：強(qiáng)烈的渴望使她步入卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的地磁學(xué)系去找工作。在隨后的幾年里，她參加了肯特·福特組織的多次考察活動，去亞利桑那州的基特峰和智利的托洛洛山美洲天文臺觀測。1965年，她甚至成為南加州帕洛馬天文臺第一位女性合法用戶。

這項新的工作讓薇拉·魯賓重新萌發(fā)了她最初對星系內(nèi)星球運(yùn)動的好奇心。隨著科技的新發(fā)展，她能夠研究星系外部的旋轉(zhuǎn)，就像她童年時期通過自己臥室窗口看到的那樣。她對恒星環(huán)繞星系外圍運(yùn)行的觀察催生了驚人的發(fā)現(xiàn)：絕大多數(shù)物質(zhì)都是看不見的。

星系中充溢著暗物質(zhì)

1933年，瑞士天文學(xué)家弗里茨·茲維基觀察到直徑大約5000萬光年的后發(fā)星系團(tuán)，里面有成千上萬的星系。他發(fā)現(xiàn)這些星系在后發(fā)星系團(tuán)內(nèi)飛速移動，大有飛離之勢。能夠看見的物質(zhì)絕對不足以將該星系團(tuán)里的所有成分捆綁在一起，并且在如此迅速地運(yùn)行的前提下保持星系穩(wěn)定不散架。

弗里茨·茲維基認(rèn)為那里面肯定有一種隱藏的成分，他稱其為暗物質(zhì)，是這種暗物質(zhì)將該星系團(tuán)聚攏在一起。

這個話題在此后的30年里沒有再怎么被討論過。薇拉·魯賓、肯特·福特及其同事進(jìn)一步收集證據(jù)，想看看個體星系是否不是如此運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)榇蠖鄶?shù)星系在其中央都有一個明亮的凸出部分，里面是密集的恒星，相比之下，在外部由于恒星少得多，所以也相對昏暗，天文學(xué)家一般都認(rèn)為星系的質(zhì)量主要集中在這個中心，因而結(jié)論自然而然就是一般的星系就和我們的太陽系一樣旋轉(zhuǎn)，在圍繞恒星旋轉(zhuǎn)時，內(nèi)側(cè)的行星速度要比外側(cè)的行星快。

但是，該團(tuán)隊的研究表明，不是這么一回事。1978年，《天體物理學(xué)報》刊登了他們的論文。在文中，他們展示了一組表示恒星公轉(zhuǎn)速度與其相對星系中心距離關(guān)系的曲線（總共10個星系，這里展示的是其中的7個）。如果這些星系中的物質(zhì)只有可視物質(zhì)，那么這些曲線就會在較遠(yuǎn)處垂下，就像在我們的太陽系里那樣。

然而，所有這些旋轉(zhuǎn)曲線都相對平緩。遠(yuǎn)離星系中心、稀疏地分布在星系邊緣的恒星的運(yùn)轉(zhuǎn)速度跟距離中心較近的恒星同樣快。計算表明，星系中含有的暗物質(zhì)和光物質(zhì)比例大約是10∶1。

薇拉·魯賓曾經(jīng)說過這樣的話：“在螺旋星系中，暗物質(zhì)大約是光物質(zhì)的10倍;拿這個比例來形容我們的知識很可能非常合適，我們的無知遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于知識：我們只是離開了幼兒園，可充其量才是個三年級。”這話一下子讓她出了名。

之后的10年里，薇拉·魯賓又研究了幾百個星系，收集了更多關(guān)于暗物質(zhì)的證據(jù)。雖然暗物質(zhì)的性質(zhì)至今仍然是一個不解之謎，但是這已成為天文學(xué)界的一個熱門詞語。天文學(xué)家仍然在研究它，就跟薇拉·魯賓當(dāng)年一樣;理論家也在拼命地解釋它。

薇拉·魯賓的遺產(chǎn)

薇拉·魯賓對科學(xué)的熱愛影響了她全家人，她的孩子長大后都成了科學(xué)家：女兒朱迪思·楊原來是美國麻省大學(xué)安姆斯特分校的天文學(xué)家，因患癌癥不幸于2014年去世;3個兒子大衛(wèi)、卡爾和艾倫分別是美國地質(zhì)調(diào)查局的地質(zhì)學(xué)家、加州大學(xué)歐文分校的數(shù)學(xué)家和普林斯頓大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家。

她丈夫是數(shù)學(xué)家兼物理學(xué)家，對她的研究給予了極大的支持。他于2008年去世。

薇拉·魯賓的成就使她于1981年當(dāng)選為美國國家科學(xué)院院士。1996年，她成為自卡羅琳·赫歇爾（1828年獲獎）之后第二位獲得皇家天文學(xué)會金質(zhì)獎?wù)碌呐茖W(xué)家。她不斷呼吁更多的女性參加科學(xué)研究，鼓勵人們跟科學(xué)難題做斗爭。不幸的是，她一直未能獲得諾貝爾獎，盡管許多人都覺得值得授予她這個獎項。

許多人稱贊薇拉·魯賓的杰出發(fā)現(xiàn)、推動婦女參與科學(xué)研究和她的事業(yè)家庭兩不誤，但是她最為突出的成就還是對天文學(xué)的毫不畏懼的熱愛，她為人們樹立了光輝的榜樣。她一生當(dāng)中那種天真爛漫的好奇心將會鼓舞更多的人。