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暗物质发现第一人去世，诺贝尔物理学奖或憾失第3位女性得主

知识分子 · 公众号 · 科学 · 2016-12-29 06:52

正文

► 天文学家罗宾及其亲笔签名，图片来自dighist.org

编者按：

在宇宙中，我们熟知的原子、分子构成的普通物质，如太阳、月亮、地球，只占宇宙的5%，而其他的95%则由暗物质和暗能量所组成。暗物质的最早发现来自于一位美国杰出女性天文学家维拉·罗宾的工作。令人遗憾的是，罗宾数次与诺贝尔奖失之交臂，近日离世。“她的去世就象华裔女物理学家吴健雄未得诺贝尔奖一样，留下了诺奖史上的一大遗憾。”上海交通大学鸿文讲席教授季向东特地撰文以为纪念。

撰文 | 季向东（上海交通大学鸿文讲席教授）

责编 | 叶水送

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2016年12日25日，世界著名的美国女天文学家维拉·罗宾（Vera Rubin），在美国新泽西州普林斯顿去世，终年88岁。

1928年7月23日，罗宾出生在美国一个犹太家庭里，她的父亲是一名电气工程师，从小鼓励她热爱天文，并经常带着她和她的姐姐去参加业余的天文学会议。在罗宾14岁那年，她跟父亲亲手完成了一架自制的望远镜。由此，将她带入天文学领域。

然而在上世纪四五十年代，女性进入天文领域会受到不公正的待遇。罗宾原本打算在普林斯顿大学攻读她的研究生学位，但是由于该校不允许女性进入这一领域，她不得不辗转至康奈尔大学。在研究生阶段，她发现了星系背离哈勃流运动规律的现象，并认为星系也许在围绕着一个未知的中心运动。读博士阶段，她发现宇宙中的星系并非随机分布，而是呈现斑块状分布。令人遗憾的是，这两个观点当时不被广泛接受。

► 工作中的罗宾，图片来自learnerlog.org

► 1993年，罗宾从总统克林顿和副总统戈尔手上接过国家科学奖章，图片来自imgarcade.com

1965年，她成为美国帕洛马山天文台（Palomar Observatory）第一个女性工作者，在此之前，女性是不被允许来这里工作的。1970年，她和肯特·福特（W. Kent Ford）证实宇宙中存在暗物质。尽管如今我们对暗物质的自然属性仍不甚了解，但它们能够帮我们更好地了解宇宙。

维拉曾经是2015年诺贝尔物理学奖的热门人选，也多年被提名，可以说，她是发现星系中暗物质的第一人。可惜那年的诺贝尔物理学奖给予了中微子振荡的发现。她的去世就象华裔女物理学家吴健雄未得诺贝尔奖一样，留下了诺奖史上的一大遗憾。

维拉和合作者福特曾发现，在仙女座星系中，远离中心的恒星和在中心附近的恒星转动的速度一样快。他们详细测量了恒星的速度与到星系中心的距离的关系，称为星系转动曲线。这个转动曲线包含了一个巨大的秘密: 它与牛顿和爱因思坦的引力理论预言不符合，可称为天文学领域的世纪发现。后来人们用暗物质来解释这个转动曲线，认为是暗物质存在的最有力的天文学证据。

随后，天文学家据此认为，每一个星系都有一个巨大的暗物质晕，就像雾霾一样把可见物质包围其中，暗物质占整个星系的95%以上的质量。我国四川锦屏地下室的PandaX 和CEDEX实验都是通过直接探测的办法来探测银河系中在太阳轨道附近的暗物质。PandaX 500公斤级的实验于2016年达到世界最好的探测灵敏度，但未发现暗物质踪迹。丁肇中先生领导的AMS-2空间站实验和由南京紫金山天文台主导的暗物质卫星实验主要是探测银河系中心暗物质的湮灭信号。

也有理论家提出，也许牛顿和爱因斯坦理论在星系或更大的尺度上必须进行修正。但不管是哪种可能，维拉的发现是毫无疑问是诺贝尔级的。历史上有两百多位物理学家获得过诺贝尔物理学奖，但其中只有两位女性。一位是众所周知的居里夫人，另一位是玛丽亚·格佩特-梅耶（Maria Goeppert-Mayer）。后者得诺贝尔奖还是在1963年，距今已整整53年了。

► 罗宾在2009年NASA女天文学家会议上，左二为罗宾。