因此，物理學家們提出，一種被稱為 “暗物質 ”的無形物質提供了額外的引力，導致恒星加速--這一理論已被廣泛接受。然而，在最近的一篇評論中，圣安德魯斯大學天體物理學博士后研究員 Indranil Banik及其同事們提出，在廣泛的尺度上的觀察結果在另一種引力理論中得到了更好的解釋，這種理論稱為Milgromian dynamics或Mond--不需要看不見的物質。它是由以色列物理學家Mordehai Milgrom在1982年首次提出的。

Mond的主要假設是，當引力變得非常弱時，就像在星系的邊緣那樣，它開始表現(xiàn)得與牛頓物理學不同。這樣一來，就有可能解釋為什么150多個星系外圍的恒星、行星和氣體的旋轉速度比僅僅基于其可見質量的預期快。然而，Mond不僅僅解釋了這種旋轉曲線，在許多情況下，它還預測了它們。

(相關資料圖)

科學哲學家們認為，這種預測能力使Mond優(yōu)于標準宇宙學模型，后者提出宇宙中的暗物質多于可見物質。這是因為，根據(jù)這個模型，星系有一個高度不確定的暗物質數(shù)量，這取決于星系如何形成的細節(jié)--物理學家們并不總是知道這些。這使得科學家們可能預測星系應該旋轉多快。但是這樣的預測通常是用Mond來做的，而且到目前為止，這些預測已經(jīng)得到了證實。

想象一下，物理學家們知道一個星系中可見質量的分布，但還不知道其旋轉速度。在標準的宇宙學模型中，物理學家們只能有把握地說，旋轉速度將在外圍的100km/s 和300km/s 之間出來。Mond做出了一個更明確的預測，即旋轉速度必須在180-190km/s之間。

如果后來的觀測發(fā)現(xiàn)旋轉速度為188km/s，那么這與兩種理論都是一致的--但顯然，Mond更受歡迎。這是“奧卡姆剃刀定律”（Occam's Razor）的一個現(xiàn)代版本--最簡單的解決方案比更復雜的解決方案更可取，在這種情況下，物理學家們應該用盡可能少的“自由參數(shù)”來解釋觀測。自由參數(shù)是常數(shù)--物理學家們必須將某些數(shù)字插入方程以使其發(fā)揮作用。但它們不是由理論本身給出的--沒有理由它們應該有任何特定的值--所以物理學家們必須通過觀察來測量它們。一個例子是牛頓引力理論中的引力常數(shù)G，或者標準宇宙學模型中星系中的暗物質數(shù)量。

在Banik及其同事引入了一個被稱為“理論靈活性 ”的概念，以捕捉“奧卡姆剃刀定律”的基本思想，即一個具有更多自由參數(shù)的理論與更廣泛的數(shù)據(jù)一致--使其更加復雜。在Banik及其同事的評論中，他們在測試標準宇宙學模型和Mond與各種天文觀測數(shù)據(jù)（如星系的旋轉和星系團內(nèi)的運動）時使用了這個概念。

每一次，他們都給“理論靈活性 ”打分，分值在-2和+2之間。-2分表示一個模型在不偷看數(shù)據(jù)的情況下做出了明確、精確的預測。相反，+2意味著“什么都可以”--理論家們將能夠適應幾乎任何合理的觀測結果（因為有這么多自由參數(shù)）。他們還對每個模型與觀測結果的吻合程度進行了評分，+2表示非常吻合，-2則保留給那些明顯表明理論是錯誤的觀測結果。然后他們從與觀測結果的吻合度中減去理論靈活性的分數(shù)，因為與數(shù)據(jù)的吻合度很好--但能夠適應任何東西就不好了。

一個好的理論會做出后來被證實的明確預測，最好在許多不同的測試中得到+4的綜合分數(shù) (+2 -(-2) = +4).。一個壞的理論會得到0到4的分數(shù) (-2 -(+2)= -4)。精確的預測在這種情況下會失敗--這些在錯誤的物理學中不太可能起作用。

研究人員發(fā)現(xiàn)標準宇宙學模型在32次測試中的平均得分是-0.25分，而Mond在29次測試中取得的平均得分是+1.69分。每個理論在許多不同測試中的得分分別顯示在下面的兩張圖中，是標準宇宙學模型和Mond的得分。

暗物質的問題

標準宇宙學模型最引人注目的失敗之一與 “星系棒”有關--由恒星組成的棒狀明亮區(qū)域--螺旋星系在其中心區(qū)域經(jīng)常有這種情況。這些星系棒會隨著時間的推移而旋轉。如果星系被嵌入大規(guī)模的暗物質光環(huán)中，它們的星系條就會慢下來。然而，大多數(shù)，如果不是全部，觀察到的星系條形圖都是快速的。這就以非常高的置信度否定了標準宇宙學模型。

另一個問題是，最初提出星系有暗物質光環(huán)的模型犯了一個大錯--他們假設暗物質粒子為它周圍的物質提供引力，但不受正常物質引力的影響。這簡化了計算，但它并沒有反映現(xiàn)實。當在隨后的模擬中考慮到這一點時，很明顯，星系周圍的暗物質光環(huán)并不能可靠地解釋它們的特性。

研究人員在評論中調查了標準宇宙學模型的許多其他失敗之處，Mond往往能夠自然地解釋觀測結果。標準宇宙學模型之所以如此受歡迎，可能是由于計算上的錯誤或對其失敗的認識有限，其中一些是最近才發(fā)現(xiàn)的。這也可能是由于人們不愿意調整一個在許多其他物理學領域都非常成功的引力理論。

在Banik及其同事的研究中，Mond對標準宇宙學模型的巨大領先優(yōu)勢使他們得出結論：Mond受到現(xiàn)有觀測結果的強烈青睞。雖然他們并不聲稱Mond是完美的，但仍然認為它得到了正確的大畫面--星系確實缺乏暗物質。