世界欠她一個諾貝爾獎

暗物質的發現

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·福特正在反覆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：星系邊緣區上的物質和中心區的物質的旋轉速度竟然一樣快！按理說，位於中心區的物質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則。這是什麼原因導致的呢？

直到兩年後，魯賓才明白那「奇怪現象」背後的原因——原來是暗物質在搞鬼，而之前得到的觀測結果是宇宙暗物質存在的直接證據。科學家現在知道，84%的宇宙物質由暗物質組成。它們是看不見的粒子構成的，分布在整個宇宙中。它們對星系內恆星的移動，星系之間的互相拉扯，以及所有物質聚集都有著很大的影響。

暗物質與宇宙的關係，類似空氣和人類的關係一樣：它們是物質的，且無處不在，人們卻看不見它們。暗物質的存在已經徹底改變了我們對宇宙的看法，而根據艾爾弗雷德·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現」。暗物質的發現非常符合這樣的描述，很多人認為這種奇怪物質的發現者值得收穫一枚諾貝爾獎。

另一方面，在過去的十幾年裡，科學家們證明了中微子有質量，發明了高亮度更節能環保的藍色發光二極體，還發現了宇宙中的暗能量。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」。

儘管如此，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。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。她還發現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。這是她第一次發現自己對天文學產生了興趣。

她開始觀看流星雨，並在紙片上畫出那些在天空中一閃而過，顯現美麗光芒的流星。她還在爸爸的幫助下架起了一台望遠鏡，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，但是她在學校卻經常「受挫」，比如當她告訴物理老師自己已經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，而非天文學。但是她沒有聽取物理老師的意見。

從瓦薩學院畢業後，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，並被錄取。入學後，魯賓與天文學家瑪莎·斯塔爾·卡彭特一起做研究。卡彭特當時非常痴迷於星系和星系內部恆星的運動情況，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

不久後，她遇到了自己未來的丈夫——康奈爾大學物理化學專業的研究生羅伯特。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行星的旋轉方式一樣。

魯賓想到，星系是怎麼移動的？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，於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。她還發現了一個平面，擁有比其他區域更為密集的星系。那時她還不知道這是為什麼，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。由於魯賓剛剛初次懷孕，加上她並不是美國天文學學會的成員。於是她請求導師威廉·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，所以她當時並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表，而是被塵封起來了。

回歸天文學

她的第一個孩子出生之後的六個月，魯賓仍舊呆在家裡忙這忙那，陪著孩子。忙碌的家庭生活佔據了她的生命和腦海，減輕了會議帶來的傷害。

可是每當不經意間看到天體物理學雜誌時，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。

於是魯賓申請了美國喬治城大學攻讀博士學位。在博士階段，她發現星系確實是聚集在一起的，就像是被磁鐵吸引的大量鐵屑，並不是隨機散布在宇宙中的，支持了碩士論文中出現的「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年後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夥伴——天文學家肯特·福特。

當時，福特研發了一台非常先進的光譜儀，這台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，還可以研究星系內的某一小片區域。有了這台設備，魯賓和福特決定觀測類星體。類星體一類遙遠的星系，其中心有超大質量、處於活動期的黑洞。

但這項工作競爭非常激烈，因為類星體在1963年才剛剛被發現，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。可是魯賓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

於是她果斷放棄了對類星體的研究，轉向另一研究內容——星系旋轉方式。魯賓覺得，有人曾推斷星系旋轉會是什麼樣子，但沒有人真的做過一份詳細的研究來說明具體的情況。

現在，憑藉福特那台頂級的光譜儀，他們可以將推斷變成觀測。經過反覆思考後，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於自己的望遠鏡，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運行的速度比邊緣區域的物質快。因為離中心越近，引力越大，運動速度應該越快才能產生足夠的離心力，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，圍繞中心旋轉的速度都差不多。數據出來後，魯賓都要花了幾個小時在一間小屋裡分析，可結果還是一樣。魯賓和福特又觀測了其他星系，發現也是同樣的情況。

數據並沒有出錯，可是結果和「理論」一直相矛盾，他們不明白問題出現在哪裡。

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，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——暗物質，為彌散於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，星系內任何地方的物質的速度將是相似的。

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。但他們的想法並沒有得到廣泛關注，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來支持這些理論，也沒有人預測過暗物質的存在對星系運動有什麼意義。

而魯賓和福特發現，這些「看不見的物質」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」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，首先是暗物質成群，然後它們會將普通物質拉到一起，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粒子，可是無論暗物質到底是什麼，它都是在宇宙進化過程中不可缺少的成分。現在我們很難想像沒有它的宇宙會變得怎樣？

作為暗物質的發現者，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，我的數據比我的名字更重要。如果天文學界多年後仍在引用我的數據，才是對我最大的恭維。」

魯賓在職業生涯中，總共觀察了超過200個星系。而在2016年聖誕節的夜晚，魯賓因年邁而辭世，享年88歲。

本文源自大科技 2017年第2期雜誌

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