世界欠她一个诺贝尔奖

来源 :大科技·科学之谜 | 被引量 : 0次 | 上传用户:michaelgang1
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  她是发现暗物质的天文学家,很多人认为她应该获得诺贝尔物理奖。
  暗物质的发现
  20世纪70年代末的一天,美国卡耐基科学研究所的薇拉·鲁宾和肯特·福特正在反复检查宇宙中仙女座星系的观测结果。
  但是很奇怪,这个巨大的螺旋状星系似乎出错了:星系边缘区上的物质和中心区的物质的旋转速度竟然一样快!按理说,位于中心区的物质的速度应该是最快的,就像我们的太阳系那样。显然,仙女座星系违反了这个规则。这是什么原因导致的呢?
  直到两年后,鲁宾才明白那“奇怪现象”背后的原因——原来是暗物质在搞鬼,而之前得到的观测结果是宇宙暗物质存在的直接证据。科学家现在知道,84%的宇宙物质由暗物质组成。它们是看不见的粒子构成的,分布在整个宇宙中。它们对星系内恒星的移动,星系之间的互相拉扯,以及所有物质聚集都有着很大的影响。
  暗物质与宇宙的关系,类似空气和人类的关系一样:它们是物质的,且无处不在,人们却看不见它们。暗物质的存在已经彻底改变了我们对宇宙的看法,而根据艾尔弗雷德·诺贝尔所言,诺贝尔物理学奖是奖励给“物理学领域中最重要的发现”。暗物质的发现非常符合这样的描述,很多人认为这种奇怪物质的发现者值得收获一枚诺贝尔奖。
  另一方面,在过去的十几年里,科学家们证明了中微子有质量,发明了高亮度更节能环保的蓝色发光二极管,还发现了宇宙中的暗能量。所有这些重大实验和思想值得被表彰,研究者们也纷纷拿到诺贝尔奖。
  相比之下,鲁宾对暗物质的研究是在20世纪70年代,几乎整个天体物理都能感觉她的影响,但40多年来,诺贝尔委员们似乎一直对她“视而不见”。
  尽管如此,很多人依然支持鲁宾,为她打抱不平。当然,还有许许多多的人对她的人生经历充满了好奇。
  兴趣的开始
  1928年,薇拉·鲁宾在美国费城出生。在她10岁的时候,鲁宾的家搬到美国华盛顿特区。当时她房间的床是紧挨着窗户的,晚上她常会躺在床上观察星星。她还发现如果在深夜张开眼睛,所有的星星们都绕着一个点进行了旋转。她觉得非常不可思议,被深深吸引住了。这是她第一次发现自己对天文学产生了兴趣。
  她开始观看流星雨,并在纸片上画出那些在天空中一闪而过,显现美丽光芒的流星。她还在爸爸的帮助下架起了一台望远镜,时常观察星星,还将星星作为课堂论文的主题。鲁宾利用生活和学习上的每个机会,深入了解神秘的宇宙。
  父母非常支持鲁宾的研究,但是她在学校却经常“受挫”,比如当她告诉物理老师自己已经收到了美国纽约州瓦萨学院的录取通知书时,老师却建议鲁宾学习其他专业,而非天文学。但是她没有听取物理老师的意见。
  从瓦萨学院毕业后,她试着申请美国普林斯顿大学天文系,却因女性身份而受到拒绝(该系一直到1975年才对女性开放)。不过她还申请了美国康乃尔大学天文学研究生学院,并被录取。入学后,鲁宾与天文学家玛莎·斯塔尔·卡彭特一起做研究。卡彭特当时非常痴迷于星系和星系内部恒星的运动情况,卡彭特的热情影响了鲁宾,也使鲁宾明确了自己的研究方向——星系动力学。
  旋转的宇宙
  不久后,她遇到了自己未来的丈夫——康奈尔大学物理化学专业的研究生罗伯特。有一天,罗伯特让她阅读一篇天文学文章。文章中提到一个问题:星系在宇宙中的移动是否与太阳系内行星的旋转方式一样。
  鲁宾想到,星系是怎么移动的?是在太空中成群穿梭,还是随机移动的?还是确实就像地球围绕着太阳旋转那样,绕着某一个点来旋转?这个想法一直萦绕在心头,于是她以此为硕士论文题目,展开研究,观测星系的移动情况。
  1951年,鲁宾完成了硕士论文。她认为星系们可能是绕着宇宙中未知的中心旋转。她还发现了一个平面,拥有比其他区域更为密集的星系。那时她还不知道这是为什么,但在论文中她将这个平面称为“超银河系平面”。
  导师威廉·肖建议鲁宾在美国天文学会会议上公布该研究结果,因为这有可能是非常重要的天文学成果。由于鲁宾刚刚初次怀孕,加上她并不是美国天文学学会的成员。于是她请求导师威廉·肖帮助自己公布研究结果,导师答应了鲁宾的请求。
  会议上,这场报告的主题叫做“旋转的宇宙”。在参会人员中,除了自己的导师,鲁宾一个人都不认识,她恍然生出自己是“异类”这样的念头,认为其他人都是专业的天文学家,非常资深的天文研究者,而她只是个研究生。这就使得她小心翼翼,担心自己的成果得不到他们的认可,担心人们觉得自己是个“天文学骗子”。
  结果不出意料,鲁宾的论文引发了相当激烈的讨论。但是因为她一个人都不认识,所以她当时并不知那些讨论者都有谁。唯一记得的是,几乎所有的评论都是批评性的。她的硕士论文没有发表,而是被尘封起来了。
  回归天文学
  她的第一个孩子出生之后的六个月,鲁宾仍旧呆在家里忙这忙那,陪着孩子。忙碌的家庭生活占据了她的生命和脑海,减轻了会议带来的伤害。
  可是每当不经意间看到天体物理学杂志时,她都会忍不住掉眼泪。鲁宾意识到自己对天文学的热爱程度,就像爱自己的孩子一般,她必须回归到天文学的研究中。
  于是鲁宾申请了美国乔治城大学攻读博士学位。在博士阶段,她发现星系确实是聚集在一起的,就像是被磁铁吸引的大量铁屑,并不是随机散布在宇宙中的,支持了硕士论文中出现的“超银河系平面”。这项研究结果仍旧没有得到人们的重视,直到20年后才成为天文学的一部分。
  1965年,鲁宾在乔治城大学担任教授,同时也作为美国卡耐基科学研究所的工作人员。在研究所里,她遇到了一位重要的合作伙伴——天文學家肯特·福特。
  当时,福特研发了一台非常先进的光谱仪,这台光谱仪比任何其他仪器都灵敏,使天文学家不仅能研究整个星系,还可以研究星系内的某一小片区域。有了这台设备,鲁宾和福特决定观测类星体。类星体一类遥远的星系,其中心有超大质量、处于活动期的黑洞。   但这项工作竞争非常激烈,因为类星体在1963年才刚刚被发现,它的真实身份仍旧是个谜,也是每一位天文学工作者都渴望解开的谜团。可是鲁宾逐渐感觉到她不适合、也不喜欢这样激烈的竞争。
  奇怪的速度
  于是她果断放弃了对类星体的研究,转向另一研究内容——星系旋转方式。鲁宾觉得,有人曾推断星系旋转会是什么样子,但没有人真的做过一份详细的研究来说明具体的情况。
  现在,凭借福特那台顶级的光谱仪,他们可以将推断变成观测。经过反复思考后,鲁宾和福特将目光定位在仙女座星系。
  研究的过程是一趟艰难的路程。因为除了光谱仪,观测星系还需要用到一流的望远镜,可是鲁宾和福特没有属于自己的望远镜,他们只有借用天文观测站的望远镜,而且只能在天文观测站对外开放的时间使用。他们经常要带着光谱仪辗转几地进行观测,该项目耗时好几年。
  当他们将望远镜指向仙女座星系時,希望看到它能像太阳系一样旋转:星系中心附近的物质运行的速度比边缘区域的物质快。因为离中心越近,引力越大,运动速度应该越快才能产生足够的离心力,抵消掉引力的影响。就像离太阳越近的行星,公转速度就越大。
  可是结果显示了奇怪的现象,就像故事刚开始时所讲的那样:离星系中心不同距离处的物质,围绕中心旋转的速度都差不多。数据出来后,鲁宾都要花了几个小时在一间小屋里分析,可结果还是一样。鲁宾和福特又观测了其他星系,发现也是同样的情况。
  数据并没有出错,可是结果和“理论”一直相矛盾,他们不明白问题出现在哪里。
  来自黑暗的答案
  直到有一天,当鲁宾面对这手中的资料,突然灵光乍现,想通了一切。她意识到,宇宙中可能存在着我们看不到的物质——暗物质,为弥散于星系各处的气体提供着引力,因此,引力不会只集中在星系中心上,星系内任何地方的物质的速度将是相似的。
  其实早在1932年,荷兰天文学家扬·奥尔特就率先提出暗物质这个概念。紧接着在1933年,瑞士天文学家弗里茨·兹威基也认同宇宙中存在暗物质。但他们的想法并没有得到广泛关注,有人甚至觉得他们的说法是一种怪谈,因为没有任何坚实的证据来支持这些理论,也没有人预测过暗物质的存在对星系运动有什么意义。
  而鲁宾和福特发现,这些“看不见的物质”不仅影响着星系的移动,还影响宇宙的样子。20世纪80年代,“暗物质”这个名称正式在天文学中安家落户。宇宙中,它几乎无处不在。人们认为在宇宙的婴儿期,首先是暗物质成群,然后它们会将普通物质拉到一起,才演变成星系和超星系团。
  到目前为止,科学家还没有捕捉到暗物质粒子,可是无论暗物质到底是什么,它都是在宇宙进化过程中不可缺少的成分。现在我们很难想象没有它的宇宙会变得怎样?
  作为暗物质的发现者,鲁宾却从未获得过诺贝尔奖,不过她在瓦萨尔学院女性科学名人堂上曾谦虚地表示:“名誉是短暂的,我的数据比我的名字更重要。如果天文学界多年后仍在引用我的数据,才是对我最大的恭维。”
  鲁宾在职业生涯中,总共观察了超过200个星系。而在2016年圣诞节的夜晚,鲁宾因年迈而辞世,享年88岁。
其他文献
论地球最咸的地方,许多人自然想到大海。大海的确是地球上非常咸的地方。地球表面超过三分之二被水覆盖,这些水中又有96%是海水(咸水),它里面溶解了数千亿吨的盐分。  但是海水溶解的盐分并不均匀。两极地区冰雪稀释了盐分,海水的含盐量有所下降。赤道附近水汽大量蒸发则使含盐量相对增加,海水变得更咸了。  但地球上某些地方,比海水咸得多。  死海  死海以高盐度而闻名于世。它位于约旦和以色列边境地区,这里的
期刊
实际上,自我维持的技术需要依靠植物才能够使空间繁荣,因为植物能够将二氧化碳转换成氧气,能为人们提供食物,甚至燃料。然而在没有外部干预的情况下,地球上的植物在太空中不能很好地生长,我们仍然需要更多地了解植物在微重力环境中的生长情况,然后才有可能生产出足够的食物来提供给宇航员。国际空间站已经在许多方面实现了可持续性。國际空间站中93%的水是循环使用的,能源由大型太阳能电池板提供。最近,宇航员甚至在太空
期刊
噪音已被证明会导致头痛。研究表明,每天听几个小时大音量的音乐,能让人头痛。此外,研究还发现,噪音也是偏头痛和紧张性头痛的触发因素。然而,目前我们不完全确定音量大的噪音为什么会引发这些症状。据科学家的推测,大音量噪音引发的头痛可能不是脑部痛,而是脸部难受,这可能是因为大音量的噪音会导致人面部血管扩张,使人脸变得敏感。另一方面,噪音性头痛患者也可能是耳道或者大脑抑制声音的方式出了问题,从而对噪声特别敏
期刊
如果我们注意的话,就会发现口腔中的伤口愈合速度远超过皮肤。这是因为唾液中含有一种促进凝血酶发挥作用的蛋白质,还含有溶菌酶、半胱氨酸蛋白酶抑制物、过氧化物酶等,这些物质具有抗菌作用。此外,唾液中还有一种被称为组胺素的蛋白质,这种蛋白质有助于创伤伤口和烧伤部位的愈合。所以唾液中确实有帮助伤口愈合的物质。  但是舔伤口也存在一些风险。因为人的口腔中有许多细菌,如果舔伤口,那么这些细菌有可能经伤口侵入人体
期刊
正常情况下,毛囊会自然产生有漂白作用的过氧化氢,但这通常会被过氧化氢酶去除,所以我们可以保持我们的发色。随着我们年龄的增长,过氧化氢酶的产生速度会变慢,头发会被漂白成白色或者灰色。從理论上说,严重的压力会影响免疫系统,导致黑色头发脱落,只留下白色的头发。尽管如此,但还没有科学记录显示,在经历一次恐怖事件之后人的头发会变白的病例。  英国牛津大学动物学硕士 路易斯·维拉宗
期刊
曾经,历史学家们都认为,非洲南部没有像样的古代文明,因为他们从未找到过能证明古代文明曾经存在的大型城市遗址。然而,生活在非洲南部卡拉哈里沙漠边缘的人们却相信,非洲南部曾有一个非常古老的文明,它甚至比古埃及文明还要古老——至少已有1.5万年的历史。这个文明的中心就在卡拉哈里沙漠的某处,在那里曾有一座繁华的城市,这座城市规模很大,有高大、坚固的城墙,城墙之内有大量的房屋,许多人生活在城市中,这座城市就
期刊
铀在自然条件下存在于土壤、岩石和水中,而提取出來的铀是一种核燃料,具有辐射性,想来是吃不了的。但是事实上,铀并不是只会储存在冷却塔中,在日常生活中,我们也会接触到铀,比如像土豆、芜菁等食物中就富含铀。很显然,我们平时会吃土豆,但并未因此出现什么健康的问题。这是因为我们每天从食物中摄取的铀量很少,而我们的身体又很难吸收铀,吃下的铀有95%到99%会随着粪便排出体外,而在24小时内,剩余铀的70%会随
期刊
一般人们认为细菌的耐药性问题始于人类发现了抗生素(即抗菌药物)后,对抗生素的过度使用。然而,对一具女性木乃伊的研究发现,为抗生素洗脱了不少罪名,因为细菌的耐药历史比我们想象得还要久。  这具女性木乃伊发现于寒冷而干燥的安第斯山脉附近,木乃伊埋下的年代在公元980至1170年之间,死时大概20岁左右。被发现时,她的身体蜷缩,用几层毛毯包裹,被放置在篮子中,只有脸和部分手部露出,样子像一个熟睡的“婴儿
期刊
移居火星是许多人长久以来的梦想,那么第一批火星移民将住在什么样的房子里呢?这还未知,不过3D打印或许能帮上忙。太空探索建筑/云端建筑工作室设计了一个名为“冰屋”的火星基地,它将以火星上的水作为原料,借助3D打印机器人打造,而这将大大节省从地球运送建筑材料的成本。  在這个设计中,冰屋的基础是一个4层的火星登陆器。在登陆器登陆火星之后,它所携带的机器人会在周边的土壤中提取水。然后3D打印机器人打印出
期刊
这其中有心理原因,也有生理原因。從心理原因上来说,与心理暗示有关。研究人员发现,患有关节炎的人在天气变化时,所感受到的疼痛感不同,那些相信天气变化使他们关节疼痛的人往往比不相信这种说法的人感觉更疼。而从生理上来说,天气确实让患有关节炎的人感觉疼痛。2007年的一项研究显示,气温下降确实会导致人的关节炎疼痛加剧。这可能是因为寒冷的天气导致在关节间起润滑作用的液体发生了变化。  英国牛津大学动物学硕士
期刊