暗物质根本不存在？一个新的量子引力理论

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爱因斯坦将引力定义为物质引起的时空弯曲效应。而 Verlinde 采用了一种时髦的观点： 引力是种“诱导现象”（也译作“演生现象”） 。时空和其中的物质只是全息图，它们背后是由量子比特构成的网络。这就好比电脑游戏由硅片上的经典比特编码而成。在诱导引力的框架下，Verlinde 认为暗能量源于量子比特的某种性质。 在时空全息图的大尺度上，暗能量和普通物质相互作用，产生了存在“暗物质”的假象 。

通过计算，Verlinde 重新得到了 “修正牛顿动力学（modified Newtonian dynamics，MOND）”方程 。拥有30年历史的 MOND 在对经典的平方反比律（即牛顿定律及相对论）进行修正后，能够解释一些原本被认为由暗物质引起的现象。这个丑陋的“补丁”居然管用！长期以来，物理学家对此感到不可思议。而这回，Verlinde 从更基本的层面解释了 MOND 成功的原因。

星系轨道之谜

暗物质和引力修正理论能够解释牛顿和爱因斯坦的理论都无能为力的星系轨道之谜。

在牛顿和爱因斯坦的理论中，引力遵循平方反比律：两个有质量物体间的引力与它们之间距离的平方成反比。 这就意味着离星系中心越远的恒星受到的引力越弱，公转也越慢。在星系内部，情况的确如此，但当两者的距离达到某个临界值后，恒星的公转速度趋于平稳。Vera Rubin 在上世纪七十年代首次发现星系旋转曲线“平坦化”，这被公认为暗物质存在的铁证：星系周围的暗物质“晕”对外围恒星施加了额外的引力，使公转速度增加。

星系旋转曲线问题： 根据平方反比律，恒星 B 比恒星 A 受到的引力弱，公转更慢；而实际观测到情况是当半径大于某个临界值时，恒星的公转速度不再下降。（图片来源：Quanta Magazine）

大量实验致力于寻找暗物质粒子——主要候选者有弱相互作用大质量粒子（weakly interacting massive particle，WIMP）和稍轻一些的轴子——然而至今一无所获。

与此同时，在上世纪七八十年代，包括 Milgrom 在内的一些研究人员另辟蹊径：对引力理论进行修正。早期的很多尝试被轻易排除，但 Milgrom 发现了制胜之道：当恒星的向心加速度（受引力作用而产生）低于某个值时，引力不再遵循平方反比律，而是与距离近似成反比关系。这个临界值等于0.00000000012 m/s ² ，相当于我们在地球表面感受到的重力加速度的千亿分之一。“引力修正理论中存在‘魔法’尺度，” McGaugh 说道，“高于这个尺度时，一切都很正常；低于这个尺度时，引力的行为出现异常。但现有理论无法解释这种突变如何产生。”

破解星系轨道之谜的两种理论：暗物质理论认为，巨大的暗物质“晕”对外围恒星施加额外的引力作用，使星系旋转曲线变得平坦；引力修正理论认为当半径大于临界值时，引力不再遵循平方反比律。（图片来源：Quanta Magazine）

然而物理学家并不喜欢这种“魔法”——用暗物质解释宇宙学观测结果容易得多。大家因此渐渐抛弃了 MOND。但 Verlinde 的理论试图揭示“魔法”背后的原因，使得 MOND 东山再起。

新理论的旁证

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