唯一的方法是改变引力定律，但是我们最好的观察已经注意到了这种改变。

多年来，期望值与观察值之间的差异不断扩大，我们越来越趋于填补这一空白。
-耶利米（Jeremiah P. Ostriker）

如果您对宇宙，宇宙及其中的内容感兴趣，那么您应该已经听说过暗物质-或至少是关于暗物质的问题。让我们简要介绍一下，如果您借助人类能够创造的最伟大的望远镜技术来观察宇宙，那将是什么。

不，不是这张图片。您可以用非常有武装的眼睛看到这一点：一个很小的空间区域，在我们的银河系中只有几颗昏暗的恒星，仅此而已。

我们不仅使用了非常敏感的工具，还检查了这个特定区域，还检查了许多其他类似区域。即使在这样一个没有明亮的恒星，星系或著名的星团和群的区域，我们也只需将相机对准它相当长的一段时间。如果经过了很多时间，我们将开始从难以置信的昏暗和遥远的源头收集光子。这个称为XDF的小区域是哈勃极限深空实验中观测到的结果，该区域是如此之小，以至于需要花费3200万才能覆盖此类区域的整个夜空，但他们仍然在那里看到了望远镜。哈勃

在这张照片中，发现了5500个独特的星系，这意味着在宇宙中至少有2000亿个星系。但是，尽管如此数量给人留下了深刻的印象，但这仍然不是我们在研究数量众多，种类繁多的星系，星团和星团时对宇宙产生的最深刻的发现。

想想这些星系发光的原因是什么，无论它们距离我们很近还是处于数百亿光年。

银河系中闪耀的星星！在过去的150年中，天文学和天体物理学的主要成就之一就是对恒星如何形成，生活，死亡和发光的理解。当我们从任何可见星系中测量星光时，我们可以立即分辨出其中存在着哪些恒星以及它们的总质量。

请记住以下事实：我们前进：来自星系，星团和星团的光告诉我们星系，星团或星团中包含的恒星质量。但是我们不仅可以测量星光！

我们可以测量星系的运动，它们的旋转速度，它们的相对速度等等。这给了我们很多，因为根据重力定律，如果我们测量它们的速度，我们就可以计算出其中应该有多少质量和物质！

考虑一下：万有引力定律是普遍的，这意味着它们在整个宇宙中都是相同的。控制太阳系的法律应与管理银河系的法律相同。事实证明，我们有两种不同的方法来测量宇宙中最大结构的质量：

我们可以测量从它们发出的星光，并且由于我们知道恒星功能的原理，因此我们可以假设它们包含多少质量。
我们可以测量它们的运动，知道它们是否通过重力连接，以及精确度如何。基于重力，我们可以假设这些物体中包含多少质量。

我们问一个重要的问题：这两种含义会融合吗？

他们不仅不收敛，甚至不站在附近！如果以星为单位计算质量，则将得到一个数字，如果根据重力来计算质量，则将得到一个大50倍的数字。无论您是研究小型星系，大型星系，还是研究银河系和星团，都将发生这种情况。

事实证明，这是一件相当重要的事情：要么宇宙中98％的事物都不包含在恒星中，要么我们的引力概念不正确。让我们看一下第一个选项，因为上面有很多数据。

除了恒星本身以外，可能还有很多其他东西，它们构成了星系和星团的质量，其中包括：

非发光物质块，例如行星，卫星，小卫星，小行星，冰块等；
中性和离子化星际气体，尘埃和等离子体；
黑洞;
诸如白矮星和中子星等恒星的残余；
非常昏暗的星星和矮星。

事实是，我们通过各种独立的观测，包括光元素的丰度，宇宙微波背景辐射，宇宙的大尺度结构等，通过天体物理测量了宇宙中的大量此类物体和正常物质（由质子，中子和电子组成）的总量。观察。我们甚至相当准确地限制了中微子的贡献。这就是我们学到的

宇宙中约15-16％的物质由质子，中子和电子组成，并且大部分存在于星际（和星系间）气体和等离子体中。中微子的形式可能还会有1％，其余的是质量，其中不包括标准模型中存在的颗粒。

这是暗物质的问题。可能无法添加某种看不见的新形式的物质，而仅仅是大规模的引力定律不能那样工作。让我告诉您有关暗物质问题的简要历史，以及随着时间的推移我们所学到的知识。

最初并未很好地设想大型结构的形成。但是从1930年代开始，弗里茨·兹维克（Fritz Zwicky）开始测量来自星团中星系的星光，以及单个星系相对于彼此的速度。他指出，上述恒星中存在的质量与将星团彼此连接所必须存在的质量之间存在巨大差异。

这项工作大体被忽略了近40年。

当我们在1970年代开始进行大规模宇宙学观测时，例如PSCz，他们的结果表明，除了Zwicky团簇的动力学问题之外，我们观察到的结构还需要一个不可见的非重子质量源才能使这些结构存在。（此结果已经通过诸如2dF以上和SDSS的观察得到了改善。）

同样在1970年代，维拉·鲁宾的著作具有原创性并且非常有影响力，引起了人们对银河系自转以及它们生动形象地证明的暗物质问题的新关注。

根据已知的有关万有引力定律的数据和对星系中正常物质密度的观察，人们可以预期，远离旋转的螺旋星系的中心，绕其中心旋转的恒星会降低其速度。这应该让人想起我们太阳系中的一种现象，当水星的轨道速度更高时，金星的速度会更低，火星的速度甚至更低，等等。但是相反，在旋转的星系中，事实证明，如果您离中心越来越远，恒星的旋转速度将保持恒定，这表明它包含的质量大于正常物质的质量，或者引力定律要求改进。

暗物质是该问题建议解决方案中的领导者，但没人知道它是否为重质物质，它具有什么温度特性以及它是否与自身以及与正常物质相互作用。我们在她无法做的事情上有局限性，还有一些有希望的早期模拟，但没有什么特别令人信服的。然后替代方案开始出现。

MOND或改良牛顿动力学，一种修正的牛顿动力学，是在1980年代初期提出的，作为对星系自转的实验和经验解释。对于银河规模的小型结构，它运作良好，但无法应对大型规模。她无法解释银河星团，大型结构和轻元素的丰富等等。

尽管星系动力学专家之所以掌握MOND是因为MOND可以比暗物质更好地解释星系的旋转曲线，但其他所有人对此都持怀疑态度，但并非徒劳。

双类星体，第一个受到引力透镜作用的物体

除了结构大于单个星系的故障外，该理论还被证明是不可靠的引力理论。它不是相对论的，不能解释质量影响下星光的弯曲，时间的引力变化和红移，双脉冲星的行为或所有其他相对论的引力现象，这些都符合爱因斯坦的预言。 MOND的圣杯-包括我在内的暗物质拥护者所要求的东西-是这样一种相对论的版本，可以解释银河系的旋转曲线以及当今引力理论的所有其他成就。

最近，美国宇航局发布了望远镜的一组图像。哈勃因爱因斯坦引力理论的结果而产生的引力透镜现象，对宇宙的过去有了更深的了解。 MOND无法从观察到的角度解释这种现象：对于没有透镜的星系来说，没有多重图像，拉伸或光的弯曲程度。

所有这些都需要暗物质或一些不可见的质量源，而不是由任何已知的标准粒子模型组成。但这不是我们仅有的证据，可以驳斥爱因斯坦理论的替代方案，甚至还可以驳斥尚未发现的假设性变化，这将使我们能够再现MOND。

多年来，暗物质取得了许多宇宙学成就。随着人们对宇宙大尺度结构的理解从坏变到好，并出现了对物质功率谱（上）和宇宙微波背景辐射波动（下）的精确测量，发现暗物质在大尺度上可以很好地工作。

换句话说，新的观测结果（就像对大爆炸核合成所做的观测一样）对应于宇宙，宇宙中的暗物质（非重子）比普通物质多五倍。

然后在2005年发现了证据。我们在碰撞过程中看到了两个银河星团，这意味着当我们确认暗物质理论时，我们将看到重星物质-星际气体和星系间气体-碰撞并变热，并且暗物质和引力信号必须通过它不要放慢脚步在下面，您可以看到粉红色的Bullet群集在X射线范围内的观测结果，上面叠加了以蓝色表示的重力透镜。

对于暗物质来说，这是一个巨大的胜利，而且对所有引力变化模型都面临着巨大的挑战：如果暗物质不存在，那么在碰撞之后而不是在碰撞之前，该星团将如何猜测“分离质量和气体”？

但是，小尺度仍然是暗物质的问题；它们仍然无法解释单个星系以及MOND的旋转。得益于已故的雅各布·贝肯斯坦（Jacob Bekenstein）提出的相对论版本TeVeS，一切似乎MOND都有机会。

引力透镜（由普通物质进行）和一些相对论现象可以借助其解释，最后，一种可以理解的方式似乎可以区分两种理论：有必要找到一种可观察到的现象，其中TeVeS的预测将与广义相对论的预测有所不同。令人惊讶的是，这种情况自然存在。

旋转的中子星-超质量恒星的残余物变成了超新星，并留下了太阳质量的原子核-微小的物体，直径只有几公里。想象一个物体比我们的星球重300,000倍，被压缩到地球的百分之一！可以想象，在这些家伙附近，引力场变得非常强烈，并给了我们一些在强场和相对论领域最令人信服的检验。

碰巧，在中子星中，其轴向“射线”直接指向我们，并且每当恒星完成旋转时它们就会“脉动”-这样的小物体每秒可以做到766次！（在这种脉动的情况下，中子星称为脉冲星）。 2004年，发现了一个更罕见的系统：双脉冲星！

在过去的十年中，已经观察到该系统的引力起舞，而爱因斯坦的GRT经受了前所未有的考验。您会看到，当大质量的物体在非常强的引力场中绕轨道运行时，它们必须发出非常特定数量的引力辐射。尽管我们没有直接测量这些波的技术，但我们有能力测量由于这种辐射而导致的轨道减少！射电天文研究所的Michael Kramer。马克斯·普朗克（Max Planck）是研究此案的科学家之一，这就是他对这个系统中的轨道的评价：

我们发现，这导致每年减少7.12毫米的轨道，误差为千分之九毫米。

TeVeS和GTR对这一观察能说些什么？

它与相对论相符99.95％（误差为0.1％），并且-准备-丢弃了Bekenstein TeVeS的所有对身体有意义的化身。正如科学家Norbert Wex前所未有地简短地说：

从我们的角度来看，这反驳了TeVeS。

实际上，最近已经发布了历史上最精确的结构形成模拟（使用GR和暗物质），它与与我们的技术能力兼容的所有观测结果一致。观看Mark Vogelsberger的精彩视频，惊叹不已！

而且，考虑到所有这些，这就是为什么暗物质的主要竞争对手退出竞争的原因。他不是被教条，共识或政治意愿杀害，而是被观察本身杀害：脉冲星，碰撞星团，宇宙微波辐射，大型结构，引力透镜。尚不清楚为什么MOND在银河系的尺度上表现更好，但是直到她能够解释所有其他观察到的现象之前，她仍将是理论上的鬼魂。

暗物质的主要竞争对手如何死亡

唯一的方法是改变引力定律，但是我们最好的观察已经注意到了这种改变。

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