没有质量的引力是未能找到暗物质的新解释

对于一些物理学家来说，寻找暗物质的失败变得越来越绝望，从而导致了激进的提议。

星系团 RCS2 032727-132623 中的引力透镜的强度使物理学家相信暗物质的存在，但也可以用一种新理论来解释。

图片来源：NASA、ESA、J. Rigby（NASA 戈达德太空飞行中心）、K. Sharon（芝加哥大学科维理宇宙物理研究所）、M. Gladders 和 E. Wuyts（芝加哥大学）以及哈勃遗产团队（STScI/AURA）

关于为什么我们没有发现暗物质的新解释表明它不存在。相反，作者认为我们一直在误解重力。他并不是第一个提出这一点的人，但新的提议，即没有由时空拓扑缺陷产生的质量的引力，是特别新颖的。

暗物质最早于 1932 年提出，基于对星系运动方式的观察，星系的质量大于恒星和气体的总和。最初的一些令人惊讶的测量结果已经开花结果。简单的解释，例如恒星数量被低估，肯定是失败的。 

对于暗物质可能由什么组成，从原始黑洞到亚原子粒子，人们提出了各种各样的选择。到目前为止，除了流氓行星和恒星质量黑洞 之外，我们还没有发现其中任何一个，它们只能占失踪总量的百分之一的一小部分。

这让一些物理学家怀疑我们是否都错了。也许并不存在暗物质，相反，引力在更大尺度上的作用与我们想象的不同。其中一个版本，称为修正牛顿动力学（MOND），已经引起了相当多的关注，但事实证明，它更受在线评论员的欢迎，而不是物理学家的欢迎，物理学家通常认为这是非常不可能的。

阿拉巴马大学亨茨维尔分校的理查德·刘（Richard Lieu）教授用他自己对引力的解释介入了这种情况，他认为引力可以在没有质量的情况下存在。如果他是对的，这将颠覆宇宙学的大部分内容，并使对暗物质的探索成为科学前进中令人尴尬的转移，就像燃素一样。然而，要让它被广泛认为是合理的，还有很长的路要走，更不用说有可能了。

刘提出拓扑缺陷是在大爆炸后不久在时空中产生的。 

刘在一份声明中说：“拓扑效应是非常紧凑的空间区域，具有非常高的物质密度，通常以被称为宇宙弦的线性结构的形式存在，尽管球壳等二维结构也是可能的。”

“我论文中的壳由一层薄薄的正质量内层和一层薄薄的负质量外层组成；这两层的总质量——这是人们可以测量的所有质量——恰好为零，但是当一颗恒星躺在这个壳上，它会受到很大的引力，将它拉向壳的中心。” 

这里的力的强度等于距离的倒数，而不是牛顿万有引力定律中距离平方的倒数。这在物理上是否可能尚未得到证实，但刘声称证明它在数学上是有效的。

刘提出，当光穿过引力透镜中的星系等物体时，它会因穿过这些壳而稍微向内弯曲。这种弯曲与受到更多质量拉动时所发生的弯曲几乎没有区别。恒星围绕银河质心的运动也是如此。 

正如刘指出的，由于这两种现象是我们相信暗物质存在的基础，因此这两种现象的替代过程将使暗物质变得不必要。

另一方面，壳两侧具有正质量和负质量的想法同样未经证实，而且要解释它们为什么存在要困难得多。

刘提出，这些缺陷的产生与早期宇宙中的“宇宙相变”有关，在整个宇宙中，物质经历了状态的变化。

刘说：“我自己的灵感来自于我对广义相对论引力场方程另一种解的追求。这可以在没有任何可检测质量的情况下给出有限的引力。”

刘的提议需要一些我们没有直接证据的东西，而不是像暗物质的情况那样只有一种。研究人员本人也承认：“目前尚不清楚宇宙中何种精确的相变形式会导致此类拓扑缺陷。” 

他提出了一些可能的步骤，例如，炮弹曾经是飞机或卷起来的直弦。然而，目前这一切听起来几乎和托勒密天文学家用来解释行星轨道的本轮一样临时。

然而，为了捍卫他的假设，刘可以指出，这个想法足够新，以至于没有人一直在寻找合适的证据。另一方面，我们这一代人投入了数十亿美元和一些最优秀的人才来寻找暗物质，但没有成功。

“这一举措反过来又是由我对现状的沮丧推动的，即尽管整整一个世纪都缺乏任何直接证据，但暗物质存在的概念，”刘补充道。

“当然，第二个解决方案的可用性，即使它具有很强的启发性，本身也不足以质疑暗物质假说——它最多可能是一个有趣的数学练习，”刘总结道。“但它是第一个。证明重力可以在没有质量的情况下存在。”

该提案发表在《皇家天文学会月刊》上。