她在光明中寻找黑暗

作者: 二宗主

来源: 新原理研究所

发布日期: 2019-03-09

本文讲述了薇拉·鲁宾如何从童年对星空的兴趣出发,最终成为一名天文学家,并在星系动力学和暗物质研究中取得重大发现的故事。她的研究不仅改变了人们对宇宙的理解,也激励了她的孩子们成为科学家。

薇拉·鲁宾出生于美国宾夕法尼亚州的费城。童年的时候,她便与家人搬到华盛顿,并且拥有一间床靠在窗户的卧室。每到夜晚,她喜欢透过窗户观察星空。那些遥不可及的恒星,深深地使她着迷,这激发了她的天文学的兴趣。她开始观测流星雨、建造望远镜、为论文选择天文学话题、参与天文学聚会,从不放过任何窥探宇宙奥秘的机会。在一次采访中她说到:“一个人身处在地球上,怎么可能会不想研究这些东西呢?

” 薇拉的志向得到了父母的支持,但学校里的老师却不以为然。当她告诉物理老师自己获得了瓦萨学院的奖学金时,老师说:“只要你远离科学,你就可以做得很好。” 幸运的是,她并没有听从老师的建议。

在瓦萨学院获得天文学学士学位后,鲁宾进入康奈尔大学天文学研究生院学习。在这里,她与天文学家卡彭特一起工作,并开始寻找硕士论文的灵感。卡彭特对星系及其内部的运动痴迷不已,她开设的星系动力学课程让鲁宾真正走上了研究星系的道路,并持续了整个职业生涯。

1965年,在乔治城大学做了一段时间教授之后,鲁宾开始在卡内基研究所的地磁学系工作,在这里,她遇到了天文学家福特和他壮观的光谱仪——那是当时灵敏度最高的光谱仪。光谱仪接收光线,并将其分解为组成它的各个波长的光线。福特的光谱仪采用了当时最先进的光电倍增管,这使得研究人员可以研究星系里的小区域,而不单是整个星系。经过一两年后,鲁宾清楚地意识到,这不是她想要的工作方式。

于是,她决定选择去研究一个可以直接观测并不断推进的问题,它最好是一个人们会感兴趣、但又不是那么感兴趣的问题,这样就没有人在她完成之前过来打扰她了。鲁宾和福特选择专注研究临近的仙女座星系。这样,她再次回到了自己感兴趣的星系动力学上。人们曾经推断过星系自转应该是什么样子,但从来没有人做过详细的研究来证明这一点,有了福特的光谱仪,他们可以将这些推断转变成观测结果。

几个月的时间里,鲁宾一直苦苦思索。有一天,她决定一定要弄明白观测到的这种复杂性到底是什么,她在一张纸上画着草图,突然间,她明白了一切:如果每个星系中都存在着大量看不见的物质——暗物质,那么质量就会分散在整个星系,而不只是集中在星系中心。这样一来,就可以解释星系自转曲线的平坦问题了。

尽管有许多天文观测都支持暗物质,但至今没有任何探测器直接捕捉到暗物质,因此没有人知道暗物质究竟是一种粒子,还是多种粒子,或是其他的可能性。因此,有许多理论学家在思考另一种可能,他们认为或许是广义相对论需要在大尺度范围进行修正。然而,当我们研究宇宙的演化时,我们总是会考虑暗物质。暗物质对于我们理解宇宙是如此基本,以至于我们很难想象没有暗物质的宇宙会是什么样子的。

无论以何种方式来衡量,鲁宾所作出的都是一项巨大的发现。

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