在物理学上,任何一个伟大的发现的背后都有一位坚韧不拔的求知者,维拉·鲁宾就是这样的一位物理学家。她是暗物质研究领域的先驱者,她的科学成就让她获得了无数的科学奖项,这包括美国最高科学奖项—国家科学奖。
1928年7月23日,维拉·鲁宾出生于美国宾夕法尼亚州费城,她的父母都是犹太人,父亲是一位电气工程师,从小就培养她求知的自觉性,鼓励她观察天上的星星,她的父亲还亲自动手给她制作一个简易的望远镜用来观察星星的运行轨迹,因此,维拉从小就养成了观察流星雨、星星的习惯,这极大的培养了她的乐趣,对天文学的兴趣。
她还没有上高中时,经常冒充高中生去参加天文爱好者的聚会,了解天文方面的知识,以及如何学习天文知识。她从小就有一个理想,那就是成为一位杰出的天文学家,只是当时的大环境,天文学界对女性不是太友好。
当维拉上高中时,她的物理老师就常常用不平等的语气告诉她远离天文学,但是维拉对这些话从没有放在心上。她的物理老师在说这句话的时候不会想到,维拉在高中毕业后考入了瓦萨学院,并于1948年作为该学校唯一一名天文学专业的本科毕业生毕业。
从这所学校毕业后,维拉想进入普林斯顿大学攻读研究生,可是这所学校不收天文学专业方向的女性(这所大学直到1975年才特许可以招收女性天文学者)。维拉的丈夫是一位物理学家,在康奈尔大学任教,她的丈夫给予她很大的鼓励与信心,维拉后来回忆说,她的丈夫是她最伟大的盟友。维拉得以在康奈尔大学继续学习天文学,并获得了硕士学位,之后进入乔治敦大学攻读博士,在乔治敦大学上夜校期间,由于维拉本人不会开车,她的丈夫开车将她送到学校,然后在车里吃晚饭,等到下课后,天色已晚,他们俩在一同开车回家,几年的坚持,维拉获得了博士学位。
她的硕士论文分析研究一百多个星系的运动规律,她的博士论文研究星系分布的规律。1965年,维拉进入帕洛马天文台,她成为历史上第一位有权使用帕洛马天文台的女性天文学家。在天文台工作期间,她观察了数十个星系的情况,它发现影响星系运动的原因是可见物质之外的什么东西,由于这种不可见物质不发光,所以看不到它,但是却实实在在存在,并产生引力。
她之所以得出这样的结论是因为在此之前,她曾做过计算并推测:在一个星系中,越靠近星系中心的恒星其轨道速度越快,越远离星系中心的恒星轨道速度越慢。这就好比在太阳系中,水星的轨道速度(47.9 千米/秒)要比海王星的轨道速度(5.4千米/秒)快得多。
只不过星系内的恒星运动规律并不遵从我们太阳系这样的情况,在星系中,无论是距离星系中心近或是远的恒星,它们的轨道速度都大致相同,这让人们很不解。起初,维拉以为是自己的计算结果错了,可是反复计算都得出同样的结果,看似违背了牛顿的万有引力定律,维拉观测并计算了多个星系的运动情况,得出的都是违背她推测的那种情况。
维拉翻阅以往的资料,发现早在1933年就有天体物理学家提出类似的概念,这位天体物理学家就是弗里茨·兹威基(Fritz Zwicky),弗里茨·兹威基是一位很有名的物理学家,1942年成为加州理工学院天体物理学教授。当时,弗里茨·兹威基在后发座星系团中的一些星系中发现了这种现象,弗里茨·兹威基根据他的发现,在那时他就提出在星系周围可能存在不发光的物质。
维拉在得到这些资料之后,开始了更广泛地观测与计算,得出自己的结论并形成论文发表在天文学期刊上。维拉在论文中表明这些暗物质的质量是发光物质的5-10倍。只不过,在发表论文之后,引来的不是大家的关注与研究,而是冷嘲热讽。直到进入到上世纪八十年代,更多的证据被发现,人们才重视起来这项研究,暗物质成为热门的研究课题。
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1993年,时任美国总统的克林顿授予维拉国家科学奖章,她还成为美国历史上第二位入选美国国家科学院的女天文学家。2016年12月25日晚,维拉在普林斯顿去世,享年88岁。