“暗物质”不存在？
星系的大部分质量集中在星系中心。如果只是这样，那么星系外围的恒星运行速度一定要比内侧恒星慢，就像太阳系外围行星的轨道速度要比内侧行星慢一样。但是实际观测结果却表明两者的速度差异并不大。似乎有一些看不见的东西在提供额外的引力维持着这种“异常”行为。这些看不见的东西就是所谓的“暗物质”。
(相关资料图)
支持者认为几乎每一个星系都“浸泡”在一个看不见的巨型“暗物质”“晕”中。尽管时至今日也没有人知道“暗物质”究竟是什么，寻找“暗物质”粒子的努力无一不以白费而告终。但是“暗物质”已然成了主流宇宙学模型的核心。
“暗物质”假说有其很强的合理性，也有大量的观测证据支持这个理论。但是仍然有不少科学家并不相信宇宙中存在“暗物质”。他们试图寻找某种替代方案，比如通过修改牛顿万有引力定律来解释星系的“异常”。
在星际空间的尺度上，使用牛顿经典力学来解释恒星之间的引力作用，比用爱因斯坦广义相对论更简便。因此一些致力于寻找“暗物质”替代品的科学家选择了牛顿的万有引力定律来做文章。
1983年，科学家Mordehai Milgrom认为引力的强度不仅仅是与距离的平方呈反比那么简单。他认为无论相距多远，天体之间都有引力的“残留”。这种“残留”极弱，但足以解释星系自转的“异常”。
仅仅增加一个概念是不够的，引力方程也需要进行修改，否则就不成立。所以后来这一理论发展出了多个版本。其中一个版本叫“拉格朗日四边形（Quadradic Lagrangian）”，简写为AQUAL。
AQUAL和主流的“暗物质”模型都能解释星系自转的“异常”，但有一些不同。“暗物质”模型认为星系的自转受星系质量分布的支配，因此内侧恒星和外围恒星的轨道运行速度曲线是光滑过渡的；而AQUAL模型推导出来的曲线不是那么光滑。
这种“不光滑”的幅度非常小，在单一星系身上不明显，但是如果观测一大批星系，然后使用统计学的方法，我们可能就会发现这种偏差。 最近一些科学家对“斯皮策光度测量和精确自转曲线”数据库中的152个星系进行了研究，结果发现这些星系的表现似乎更加符合AQUAL模型的预言。
这是一个非常有趣的结论。虽然不足以撼动“暗物质”理论，AQUAL模型本身也还存在许多缺陷——比如它无法解释引力透镜现象，但对于这种小众理论而言，也算是一个小小的胜利吧。
参考
Distinguishing Dark Matter, Modified Gravity, and Modified Inertia with the Inner and Outer Parts of Galactic Rotation Curves
https://arxiv.org/abs/2207.11069
