统治学术界的暗物质，真的存在吗？新兴理论正向它发起挑战！

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暗物质——我们的观测表明，是时候抛弃它，而应支持另一个新兴引力理论了。

标准宇宙学模型如此受欢迎，可能是因为：我们的计算出现了错误或我们对其失败的了解有限

图注：含有旋臂的螺旋星系UGC12158（图源 Wikimedia , CC BY-SA）

这篇文章最早发表在《谈话》上，出版社将这篇文章投稿给了空间网站。

尹卓尼·班尼柯，是圣安德鲁斯大学地博士后研究员。

根据牛顿的力学定律，我们可以精确地模拟出太阳系内的行星运动。

但是在19世纪70年代初期，科学家发现我们不能很好地拟合出整个星系的运动——在星系的边缘地带，星系中心天体的引力影响极其微弱，星体却运动得很快，远超过牛顿定理所估计的速度。

这让科学家提出了暗物质的概念。

这是一种隐形的物质，提供了额外的重力导致附近的天体加速运动。

这是当前极为流行的理论。

在最近的观察中，我和我的同事发现，在最近几次大规模的观测中，这些现象可能用以色列物理学家摩登海·米尔格在1982年提出的米尔格罗米动力学（MOND）来解释更好——这就避免了使用看不见的物质。

MOND的主要假设是当引力减弱，比如像星系边缘一样，力的作用开始不遵循牛顿定律。

这有可能解释为什么恒星，行星，以及超过150个星系的边缘气体，会比预测值快。

但MOND也不止适用于旋转的体系，在很多方面，它都给出了预测。

已经有科学家认为这些预测的力量让MOND比标准宇宙模型所提出的暗物质比可见物质多的理论更优。

这是因为，根据暗物质理论，星系是高度不确定的，有不定量的暗物质，取决于星系形成的细节，这是我们无法求证的。

那我们就无法预测星系的旋转。

但是MOND的预测却会是确定的。

假设我们已知星系中可见物质在星系中的分布，但不知它的旋转速度。

在标准宇宙模型中，我们只能大概推测出旋转速度为100~300km/h,而MOND却可以推测出速度为180~190km/h。

图注：星系群Abell520以及猜测的标蓝的暗物质（图源：NASA）

如果在后续的观测中我们发现边缘旋转速度为188km/h，那么两种模拟都是对的，但显然，MOND更胜一筹。

这是当代的奥卡姆剃刀理论——简单的理论比复杂的理论更优。

在这种情况下，我们需要用越少越好的自由参数去解释观测值。

自由参数是一些让理论模型运行的必要的常数。

但是理论本身不会确定这些自由参数，理论没有理由去规定这些常数，我们只能通过观测计算得到它们的值。

引力常数G，标准宇宙模型就是典型例子。

我们介绍了关于理论的灵活性的概念来理解奥卡姆剃刀理论：自由参数越多，取值范围越广，理论就越复杂。

在我们看来，我们用奥卡姆剃刀理论来检验MOND和标准宇宙模型在天文观测上应用，例如星系旋转，星系群的运动。

每一次我们有一个理论上灵活性的分数在-2到+2之间。

-2分意味着这个模型在没有偷看数据的情况下做出了准确的预测。

+2意味着缺少了某些东西——理论家可通过此来拟合任何一个可信的测量值（因为它有太多变量了）。

同时，我们还测评拟合的质量——+2为佳，-2为差。

然后我们用拟合质量分数减去理论灵活性分数，因为符合真实数据是好事，但能符合所有数据是坏事。

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