暗物质|为何科学家们对暗物质不持怀疑态度？( 二 ) 科学家|行星|天王星

与此同时，水星的轨道也不太符合牛顿的预测，许多天文学家正在搜索一颗内部行星——名叫伏尔甘（Vulcan）行星。但这个名叫伏尔甘（Vulcan）行星实际上不存在！相反，爱因斯坦的广义相对论的表述，一种取代牛顿的新引力理论，在1915年出版，为前进的方向。这一次，修改引力定律是正确的解决办法。
【暗物质|为何科学家们对暗物质不持怀疑态度？】
图注：根据两种不同的引力理论，当减去其他行星和地球运动的影响时，牛顿的预测是红色（封闭）椭圆形，这与爱因斯坦关于水星轨道的蓝色（进动）椭圆形的预测背道而驰。观测结果偏爱爱因斯坦，这是广义相对论比牛顿引力更正确的早期指标。
那么，为什么我们如此确定修改引力定律是假设宇宙中一种新形式的质量的次等方法呢？表面上似乎是一种偏见选择，因为面对我们的宇宙无知，我们应该同等地接受所有可能性。
从某种意义上说是正确的：如果只考虑一个问题或难题，那么这两种选择与潜在的解决方案一样合理。如果您考虑一个像单个星系这样的系统，并且测量存在的物质（恒星、气体、尘埃、等离子等），那么您将得出一个预测，即该星系中的各种物体应如何围绕其中心旋转。
同样，我们发现理论预测和实际观测之间不匹配。我们离银河系中心越远，旋转速度就应该越慢。但是，当我们测量实际观察到的结果时，我们发现旋转速度不遵守该规则，并且在星系边缘处旋转速度更快。一般而言，螺旋星系（以及许多非螺旋星系）也是如此，这是一个观察性事实，通常被用作暗物质的证据。
但是，就暗物质而言，这本身并不是特别好的证据。原因是：对于这种类型的系统，
宇宙中缺少这种额外引力影响的成分，并且它不与光或（正常）物质相互作用，这解释了为什么它不可见，或宇宙中没有缺少的成分，相反，在实验室，地面和太阳系尺度上已经过充分测试的引力定律可能会在更大的宇宙尺度上崩溃。如果这是我们唯一拥有的证据，那将是脆弱的。星系具有不同的质量，旋转速度，形成历史，恒星形成的数量等。这两种选择中的任何一种都提供了一个很好的概念框架，使人们可以了解正在发生的事情，每种选择都对这一特定问题提出了独特的量化挑战。
如果我们想成为负责任的科学家，我们要做的就是检查这些潜在解决方案对宇宙其余部分的影响和后果。
如果足够聪明，我们可以设计引力的修改形式，使其表现出爱因斯坦在太阳系大小及以下尺度上的引力定律，但在更大的尺度上出现额外的行为，以解释我们对星系的观察。因此，这种修改需要应用于宇宙的其余部分，并且必须解释星系团的动力学、形成的宇宙网以及所有在更大范围内出现的现象。
同样，我们可以假设添加其他成分（某种形式的暗物质与光，正常物质及其自身之间不会相互作用），并以此方式解释星系的动力学。这种额外的成分分散得太厉害，不会影响太阳系大小及以下的天体结构，但可能会对大尺度天体结构产生显着影响。同样，我们必须将其应用于宇宙的其余部分，来寻找宇宙的奥秘。
传统上（近40年），尝试改变引力的尝试都失败了，但暗物质的成功却是真正闪耀的地方。
您可以对引重力定律进行的最简单修改——MOND（用于修正的牛顿动力学）——使您能够正确预测各种星系的旋转曲线，所有这些都对引力进行了相同的通用修改。但是，当您将该修改应用于更大的宇宙尺度时，成功就停止了。您为单个星系在一个星系团中移动所预测的速度都是错误的。需要进行其他修改才能使这些正确。宇宙网中结构的预测还遥遥无期，宇宙微波背景中的波动光谱完全具有错误的峰谷数。