维拉·鲁宾-发现暗物质

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 维拉鲁宾:发现暗物质 导语：维拉是一个了不起的科学 家和一个令人赞叹的人，一个开拓性的 天文学家，平面旋转曲线和暗物质之母， 女性在科学性研究方面的先驱，世代天 文学家的导师和榜样。 中国论文网 /1/view-13043377.htm 圣诞节似乎在天文学界具有特殊 意义，这么说不是因为圣经中说的 “伯利恒之星 ”指引东方三贤士找到耶稣 的出生地，而是因为伟大的天文学家的 生活，或者在那天开始，或者在那天结 束。艾萨克牛顿出生于 1642 年 12 月 25 日，另一个天文学巨星维拉鲁宾于 2016 年圣诞节去世，维拉对星空的观测， 改变了我们看待宇宙的方式。 艰难的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 求学生涯 维拉佛罗伦萨库珀 1928 年 7 月 23 日出生在费城。她十岁时与家人 一起搬到A 盛顿。她的父亲是一名电 气工程师，从小鼓励她观察星星，小维 拉养成了观察流星雨的习惯，斜倚在卧 室的窗前，记住它们划过天际的轨道。 爸爸帮助小维拉用纸筒制作了她的第一 台望远镜，小维拉还自己制作万花筒， 虽然她从未见过一个天文学家，但从来 她从没想过自己不能成为一个天文学家。 维拉说她的父母非常支持她的职业选择， 但她在 1995 年接受美国物理学会采访 时说，她的父亲曾建议她成为一名数学 家，担心她难以以天文学家的身份谋生。 1945 年维拉进入大学时，女性在 科学领域仍然不受欢迎。尽管在维拉之 前，有些女性进入了天文学领域，但她 们的工作往往局限于全女性空间，而且 男性同事几乎不信任不重视她们的工作。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 但是，有些女性仍然脱颖而出。比如说 19 世纪的天文学家玛丽亚米切尔，2 岁的时候，玛丽亚米切尔跟爸爸一道 记录了一次日蚀。到 29 岁时，她发现 以自己名字命名的彗星（米切尔小姐彗 星） ，后来米切尔成了瓦萨学院第一批 聘请的教授之一。维拉知道了米切尔的 故事后，她决定去瓦萨学院。她回忆说， 因为米切尔， “我知道有一所学校，女子 可以学习天文学，所以我从来没有 想到我不能成为天文学家。 ” 但是她的整个职业生涯都将与跟 性别歧视作斗争。维拉小时候从未预料 到过会碰到这样的问题。虽然从 10 岁 起维拉就对天文学充满热情。她从没想 过要进入一个男性统治的世界，随着职 业生涯的发展，女性在天文学领域的稀 缺性越来越明显。 高中的时候，当维拉告诉她那受 人尊敬的科学老师她获得了瓦萨学院的 奖学金时，他说：“ 只要远离科学，你 做什么都行。 ” 维拉回忆说， “听到这样 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 的话而不会被击倒，需要强大的自尊心。 ” 1947 年，她要求看看普林斯顿大 学的研究生目录，院长告诉她不用麻烦 了：物理学和天文学不招收女生。普林 斯顿直到 1975 年才准许招收天文学专 业的女生。1948 年维拉作为唯一一名天 文学专业本科生从瓦萨学院毕业。这样 的事情并没有结束，再后来她的博士生 导师大爆炸理论的提出者乔治加莫说， 她不能参加他在约翰霍普金斯大学应用 物理实验室的讲座， “因为妻子不被允许 参加”。 维拉确实是一位教授的妻子。她 在 19 岁时与罗伯特鲁宾结婚，为了 跟随身为物理学家的丈夫到康奈尔大学， 她牺牲了在哈佛的学位。在康奈尔大学， 维拉跟随理查德费曼和汉斯贝特 （两人后来都获得了诺贝尔物理学奖） 等物理学界的巨人学习。 20 世纪 70 年 代，维拉鲁宾在使用一台测量仪。 维拉说，他的丈夫是她最伟大的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 盟友。从康奈尔大学获得硕士学位之后， 因为丈夫的工作调动，维拉选择去乔治 敦大学攻读博士，因为这是附近唯一授 予天文学博士学位的学校。那段时间她 在乔治敦大学上夜校，他的丈夫开车把 她送到学校，然后在车里吃晚餐，等维 拉上完课他再开车送她回家，因为维拉 自己不会开车。与此同时，维拉的父母 在家中充当临时保姆照料他们的孩子。 尽管有亲人相帮，但是维拉还是发现养 育四个孩子几乎把她压垮了。 在乔治敦大学开始博士学习的时 候，维拉 23 岁，已经生了一个孩子， 肚子里还怀着一个。她称停止学业生涯 的六个月是她一生中最糟糕的时期，每 当美国天体物理学期刊寄到的时候 她都忍不住哭泣。 早期发现 维拉从乔治敦大学获得博士学位， 为了养育 4 个孩子，贴补家用，她在蒙 哥马利县社区学院和乔治敦大学兼职， 最终于 1962 年成为乔治敦大学的员工。 在此工作期间，她获得了业内的认可， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 1965 年成为第一位允许使用帕洛马天文 台的女性，并于同年搬到华盛顿，在华 盛顿的卡内基研究所，一个非营利科学 研究中心工作，维拉余生的职业生涯都 在此度过。 维拉博士在 2002 年告诉发现 杂志， “在职业生涯的早期，我几乎都是 兼职工作，这样我在 3 点钟就回家，当 孩子们从学校回来时，我必须确保自己 在家。这几乎雷打不动。所以我在家里 做了很多工作。 ”她说她从来不检查孩子 的房间，但他们都有很好的发展，四个 孩子都有科学方面的博士学位，两个成 了地质学家，一个天文学家，一个数学 家。 在维拉职业生涯的初期，她的一 些发现挑战了已有的天文学理论，但她 不被重视。维拉的博士论文发表在美国 科学院院报上，标题是“Fluctuations in the Space Distribution of the Galaxies” （星系空间分布的涨落） 。她发现星系 在宇宙中并不是随机分布的，而是呈现 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 斑块状分布。这个观点直到二十年之后 才被广泛注意，逐渐形成了今天我们所 普遍接受的冷暗物质等级成团宇宙学模 型。 维拉的硕士论文的课题发现了宇 宙膨胀之外的星系运动，星系有可能像 恒星一样绕着一个未知的公转中心旋转。 她在的康奈尔大学的指导老师说，这篇 论文值得提交给美国天文学会，但是鉴 于她即将分娩，所以，他建议，由他来 提交但是要以他的名字提交。 维拉拒绝了。她的父母从华盛顿赶来， 带着他们 22 岁的女儿，帮助护理新出 生的婴儿，开始了从纽约州北部到费城 的一场艰难的雪地旅行。在天文学年会 上，维拉向满屋子的陌生人，讲述了十 几分钟的星系旋转问题，得到了一些屈 尊附就的批评和一丝赞美，然后离开了。 她的这次经历还被华盛顿邮报给调侃了 一番： 报道的标题是 “年轻的妈妈数星 星发现了宇宙创生的中心”。 这趟旅程不愉快，遭受挫折更感 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 糟糕。但是在整个职业生涯中维拉坚持 抗议全男性的会议，全男性的部门，全 男性的平台。维拉在天文学领域的名声 日隆，1963 年，她被邀请成为第一位合 法地将手放在帕洛马尔望远镜上的女人。 1964 年，她成为第一位获得正式批准使 用南加州帕洛马天文台的女性。在维拉 的时代，使用帕洛玛天文台的望远镜不 仅仅是看星星，还是一个进入天文学研 究前沿的机会。帕洛马尔望远镜的观测 有助于研究者发现从类星体到超新星爆 炸等一系列的宇宙现象。尽管天文台处 于天文学研究的前沿，在某种意义上却 落后于时代：那里禁止女性使用。尽管 女性在科学界越来越普遍，但长期以来 一直由男性把持的野外考察的工作却依 旧对女性大门紧闭。比如说地质学家玛 丽萨普就被禁止参加在海上和陆地上 进行实地勘测。 1965 年，当维拉来到拥有世界闻 名的五米口径海尔反射望远镜的帕洛马 天文台观测时，她发现那里没有女性洗 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 手间，当时帕洛马天文台被戏称为修道 院，在维拉之前没有女性天文学家在那 里工作过。在帕洛玛天文台，维拉在男 士洗手间的一个门上贴上了一个她亲手 剪出来的裙子标志，来制造一个女士房 间（一年后她再回来：标志不见了） 。 维拉后来说，在帕洛玛天文台，我“清 楚地表明，我知道如何使用望远镜”。 发现暗物质 在与地球上的性别歧视进行战斗 的同时，维拉博士还凝视宇宙并观测 200 多个星系的旋转。 1965 年维拉 鲁宾在洛厄尔天文台工作。 在其他热门工作中，男性天文学 家将维拉挤到一边。受够了歧视之后， 维拉决定寻找了一个“ 人们会感兴趣的 问题，但是没有那么感兴趣，没人会在 我研究结束之前打扰我” 。这样的问题， 很快就被她找到了。1968 年维拉经过一 番思考之后，做出了一个不同寻常的决 定，从热门的类星体研究中抽身走开， 重新回到了星系旋转曲线的测量中。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 20 世纪 60 年代末期，维拉和她 的同事肯特福特一起工作，肯特是一 位天文仪器专家，维拉来到卡内基研究 所后，他刚刚从威尔逊山天文台测试他 的光电倍增光谱仪回来，这比普通的胶 片成像效率提高了近十倍。维拉和肯特 相见如故，肯特急需人手帮忙处理光谱 以测试倍增管的灵敏度极限，而维拉需 要光谱来测量恒星速度，以便继续研究 她感兴趣的课题。 他们一起研究银河旋转的难题。 维拉发现，像仙女座这拥穆菪 星系 旋转得非常快，以这样的速度，外围的 星球早就应该被甩出银河系之外了，而 事实并非如此，在接下来的几年中，维 拉和福特又测量了另外 60 个星系中恒 星的旋转速率，得到的结果是一样的， 这表明要么爱因斯坦关于重力的理论是 错的，要么就是还有来自大量不可见物 质暗物质的引力将这些恒星吸引在 一起。 在 20 世纪 30 年代，一个性格孤 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 僻的瑞士天体物理学家弗里茨扎维奇 提出，闪闪发亮的恒星只是整个宇宙的 一部分，还一定存在“ 暗物质 ”，虽然看 不见但可通过引力的影响间接显示。这 种天才猜想几乎湮没无闻，但通过维拉 的这一系列工作，暗物质才逐渐从幕后 走向了历史舞台的中心，慢慢被人信服 的广泛接受，如今成为天文学中最基本 的问题。就在维拉和福特挂测仙女座星 系的同时，澳大利亚天文学家肯弗里 曼观测其他螺旋星系也发现了类似的异 常。 维拉的发现重塑了宇宙学，尽管 最初她的同事们接受起来很不情愿。暗 物质的发现彻底改变了科学家观察，测 量和理解宇宙的方式，被认为是 20 世 纪天文学最重要和最根本的进展。1998 年维拉在科学美国人杂志上写道： “暗物质对我们理解宇宙的大小，形状 和最终命运非常重要，在未来的几十年 里，寻找它很可能将主宰天文学研究。 ” 诺贝尔物理学奖到今天已经颁发了 100 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 多次了，基本上都是授予了在 5%里面 做出贡献的科学家。 直到今天，暗物质还没有被直接 观察到，其精确成分仍然未知，但科学 家认为未被直接观测到的暗物质占宇宙 的 25%，而宇宙的 5%是恒星，地球， 人类等可见的物质，另外的 75%是暗能 量。许多宇宙的深层秘密仍然有待被眼 睛和大脑发现。 “在螺旋星系中，暗物质 是普通物质的十倍， ”维拉说。 “这一比 例也适用于未知和我们已经了解的宇宙 知识。 ”鲁宾女士认为，人类的天文学研 究“刚刚走出幼儿园，大约处于三年级 的水平”。 暗物质不为人所见，这是因为除 了通过重力之外，暗物质不与正常物质 相互作用。几十年来，大量实验试图发 现和识别暗物质粒子，但结果证明暗物 质是一个狡猾的，难以捉摸的野兽。有 天体物理学家将暗物质比喻为恐怖电影 中的幽灵，你看不到它，但是你知道它 就在你附近，因为它会让可见的东西变 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 得混乱。 不过也有相反的猜想，20 世纪 80 年代，以色列物理学家提出了一种改 进的牛顿动力学，简称 MOND，这种 理论认为，引力强度的衰减与距离呈线 性关系，而不是牛顿力学所认为的与距 离平方成比例，因此漩涡星系的外围， 质点间的吸引较之牛顿力学所预见的强 得多，故改进的牛顿力学说可以取代暗 物质说，解释漩涡星系外围的稳定性。 普林斯顿高级研究院的宇宙学家尼玛 阿卡尼哈米德曾经对纽约客杂志 说， 。 “我还是孩子的时候，每月三十 个夜晚总有一个晚上，我醒来想一想， 哦，我的上帝！有可能是 MOND，其 他的二十九个夜晚，我会很高兴心想有 暗物质。后来我成了一名科学家，现在 每年里有一天我都会仰望星空，感叹， 我的上帝，也许是 MOND。但我不认 为这是事实。 ” 对科学家来说， 最糟糕的情况是在未来的十年或一百年 内，暗物质仍然是一个谜。暗物质是将 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 人类聚集在一起的大问题，但是要花费 一生的时间寻找某种可能找不到的东西， 会令天文学感到沮丧。芝加哥费米国家 加速器实验室的休利平科特说。 “问题 是，我们不知道我们在找什么， 而且 有超过百分之五十的几率，我们永远不 会找到它。这才是真正可怕的地方。 ” 可以说，维拉发现了一个宇宙的 持久的谜团，此外，她还表达了对宇宙 未知的一切深切的理解， “没有人承诺我 们会生活在一个可以揭开宇宙奥秘的时 代，宇宙的边缘远远超出我们的把握， ” 她在书的序言中写道。 “我们已经窥见到 了一个新世界，并且已经知道，它远比 我们想象的更神秘更复杂，宇宙中仍然 隐藏着非常多的奥秘，它们在发现等待 着未来具有冒险精神的科学家去发现， 我很高兴是这样。 名声如浮云 维拉曾经写道：“ 我生活和工作 有三个基本原则，1）没有任何一个科 学问题是必须由男人来解开，而女人是 解决不了。2）全世界范围内，一半的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 15 大脑长在女性身上。3）我们都需要获 得进行科学研究的许可，但是，由于历 史根深蒂固的影响，这种许可证经常给 予男性而不是女性。 ” 维拉博士积极推动女性进入天文 学和其他科学领域，在接受华盛顿邮 报采访时，她说，问题不是是否有女 性想进行科学研究或能否做好科学研究， 而是她们是否有这样的机会。1976 年， 史密森航空航天博天文馆首次公开展示 美国天文学发展史，维拉发现这次展览 上都是在展示白人男性的成就后，她游 说了好几个月的时间，要求增加女性的 内容（她的努力是不成功的） 。 维拉还是迫使华盛顿那个排外的 宇宙俱乐部允许女性成员加入的科学家 群体中的一员。 “宇宙俱乐部 ”是美国主 流社会中的精英聚会场所。历史上，这 一俱乐部成员的私密聚会曾促成了美国 国家地理学会的诞生，也曾在二战中萌 生出研发和制造原子弹的曼哈顿计划。 然而，只有到了 1988 年，通过诉讼程 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 16 序和威胁召开公开听证会之后，这个俱 乐部才开始接纳女会员。维拉并不是第 一批加入该俱乐部的女性，但在允许女 性加入的十年后，她获得了宇宙俱乐部 颁发的奖章。 维拉还主张普遍的科学素养。 “我 们需要研究物理学的参议员和了解生态 学的代表， ”她在 1996 年的一个公开演 讲中说。维拉还公开批评美国国家科学 院缺少女性成员。她还会见政治家，讨 论为女孩创造更多机会的必要性。 70 多年前维拉刚进入天文学研究 领域的时候，清一水全是男性。 但是 到了