“所有的理論都是空洞的大腦練習，因此是在浪費時間，除非有人首先確定宇宙的真正組成。”——弗裡茨·茲威基
暗物質已經提出了數十年，至今我們都不知其為何物，為什麼我們就非要堅信暗物質存在呢？難道科學家都沒懷疑引力理論在大尺度上出了問題，也就是說<strong>目前我們所指的引力理論在小尺度上確實沒問題，但用在像星系、星系團這樣超大結構上就存在缺陷！
其實我們想到的科學家肯定都想到了，不僅想到了，還著手實施了修改牛頓動力學，也就是MOND理論。今天，我們就說下什麼是MOND？這是一個合理的理論嗎？我們的引力在大尺度上到底有沒有問題？
首先我們回到19世紀，先談一個在暗物質和MOND試圖解決的“質量缺失”問題之前，就存在的問題：天王星和水星的問題。
引力理論的第一次危機
左邊的是天王星，右邊的是水星。
早在17世紀，牛頓就提出了萬有引力定律，這是一個劃時代的理論，在當時看來，萬有引力定律適用於一切事物。從炮彈的運動到滾動的物體；從物體的重量到時鐘的鐘擺；從一艘船的浮力到繞地球運行的月球軌道，牛頓的引力從未失效。
事實上，開普勒三大定律，牛頓引力公式的一個特例，同樣適用於所有已知的行星：
- 行星圍繞著太陽的一個焦點在封閉的橢圓裡運行。
- 在任何給定的時間段內，每顆行星繞太陽公轉時掃過的面積都是相同的。
- 行星軌道週期的平方與其半長軸的立方體成正比。
太陽系已知的內部和外部世界都驚人地服從著這些法則，以至於人們在幾百年來都沒有發現任何偏差。但隨著1781年天王星的發現，情況發生了變化。雖然這顆新行星也在繞著太陽的橢圓軌道上運行，但與萬有引力定律的預測相比，它的運行速度似乎是錯誤的。
在它被發現後的頭20年左右，它的移動速度，都比定律顯示的要快。然而，在接下來的20-25年裡，似乎又以定律預測的速度運行。但隨後它又進一步減速，其速度低於萬有引力的預測。
難道萬有引力定律是錯誤的？有可能，但也許只是在天王星附近有其他物質（某種看不見的物質，或者是暗物質）吸引著天王星，造成了以上軌道速度的偏差。
海王星是藍色，天王星是綠色，木星和土星分別是青色和橙色。
事實證明確實如此。勒威瑞爾和約翰·庫奇·亞當斯分別獨立計算，預測了天王星以外新行星的位置。在這場理論戰之後，勒威瑞爾的預測在1846年9月23日得到了約翰·加勒和他的助手海因裡希·迪賽因的證實。海王星至此被發現，這是第一個由於其質量的影響，即引力的影響而預測其存在的天體。
第二次危機
另一方面，由於人們觀測精度的提高，再加上幾個世紀的數據積累，最裡面的行星水星，開始顯示出一種更奇怪的違反引力定律的現象。雖然開普勒定律預測行星應該以太陽為焦點，在完美封閉的橢圓軌道上運行，但前提是這個系統沒有其他質量的干擾或影響。但是水星周圍還有其他質量，並不是在一個完美封閉的橢圓軌道中運動。相反，水星的橢圓軌道在發生進動。
上圖中，軌道的進動是因為這個橢圓軌道不是閉合的軌道，才造成軌道在旋轉。
根據牛頓的萬有引力定律，我們考慮了所有其他已知行星（包括海王星）對水星的影響，以及地球的歲差對觀測的影響。在做了所有這些預測之後，我們發現在預測和觀測之間只剩下一個微小的差異：每世紀只有0.012°的進動。
那麼，這一次的解釋是什麼呢？在水星內軌道有一個新的，看不見的質量？還是萬有引力定律的問題？為了尋找這顆新的理論行星，即離太陽較近的火神星，人們進行了徹底的搜尋，但是沒有（現在也沒有）所謂的火神星。1915年，愛因斯坦提出了廣義相對論，徹底解決了這個問題。
暗物質會是引力的第三次危機嗎？
現在，回到20世紀70年代，天文學家薇拉·魯賓觀察了單個側對（方向上是側面對著我們，不是正對）我們的星系，並測量星系旋轉的速度分佈。側對我們的星系因為旋轉的緣故，有一邊會向我們移動併發生藍移，另一邊遠離我們發生紅移。
按理來說，星系的旋轉應該與太陽系相似，內部的恆星旋轉得更快，當離中心越來越遠時，速度會下降。但星系的旋轉情況並不是這樣的。
相反，當離星系中心越來越遠時，星系的旋轉速度保持不變。這是什麼原因呢？同樣的兩種可能性：要麼引力定律需要修正，要麼我們需要假設星系中存在額外的、看不見的質量。
MOND（修正牛頓動力學）理論最早是在1981年由莫蒂·米爾格羅姆（Moti Milgrom）提出，他觀察到如果我們在非常小的加速度下改變牛頓的萬有引力定律，就可以解釋星系的旋轉曲線。也就是說，這樣的修改可以解釋所有的星系旋轉問題。
另一方面，就是提出暗物質假設，除了標準模型中的正常粒子，以及構成我們所知道的幾乎所有物質的“質子、中子和電子”的正常物質外，還有一種新的物質。為了解釋星系的旋轉曲線問題，科學家提出了在星系周圍包裹著大的暗物質光暈，它不與自身、光和正常物質相互作用，也就是不粘連、不碰撞。這就是暗物質的概念。
暗物質可以解釋星系的旋轉曲線，但它的解釋不如MOND那麼好。最簡單的暗物質模型產生的暈的數值模擬與觀測結果不完全吻合；光暈在中心太“密集”，在外圍太“蓬鬆”。如果我們只是光考慮星系的旋轉曲線問題，那麼MOND理論肯定要比暗物質理論好，這可能又是一次革命性的變革。說明目前的引力理論在大尺度上不適合。
但是我們不僅有星系，外面還有整個宇宙等著我們解釋。
當我們提出一個新的理論來取代一箇舊的理論時，就像廣義相對論取代牛頓定律一樣，需要面對三個問題：
- 新理論必須解釋舊理論之前成功解釋的所有現象，
- 新理論必須比舊理論更好的解釋它要解釋的現象，
- 新理論必須做出新的預測，這些預測可以通過實驗或觀測來驗證，而這個預測還必須是新理論所獨有的。
以前的引力理論有很多成功的地方。大家都有所耳聞。
例如：星光會受到質量的引力彎曲，包括強引力透鏡效應和弱引力透鏡效應，引力時間膨脹和引力紅移。大爆炸的框架和宇宙膨脹的概念。星系在星系團中的運動，以及星系團在最大尺度上的運動。
MOND都無法解釋這些效應，也沒有提供任何有效的新預測，而且還與現有的數據嚴重衝突。也許，MOND現在還不是一個完整的理論，但是它有可能在未來會有更多的改進和完善，目前許多人都在研究MOND的擴展，這些擴展到目前為止還沒有成功的例子，包括TeVeS (Bekenstein的張量-矢量-標量引力)、MoG (John Moffatt修改引力)和其他等等。
但是如果我們繼續使用愛因斯坦的引力定律，再給宇宙中簡單地加入一種新的成分（不會發生碰撞的冷暗物質），我們就能解釋所有的一切，包括一些壯觀、新奇的細微差別。
我們可以解釋宇宙微波背景的波動，包括沒有暗物質就不可能存在的“聲學峰值”。
可以解釋宇宙在大尺度結構中的聚集模式，包括上面的大“曲線”形狀，以及曲線中的“擺動”，其暗物質量是普通物質的5倍。
還可以得到一個全新的預測：當兩個星系團相互碰撞時，內部的氣體會升溫、減速並釋放出x射線（下圖中粉紅色的部分），而我們通過引力透鏡看到的質量（下圖中藍色的部分）就是暗物質。這個新的預測已經被觀測證實，是對暗物質存在的一個間接證實。
MOND確實在暗物質上確實取得了一些的勝利：它比暗物質能更好地解釋了星系的旋轉曲線。但它還不是一種物理理論，也與我們所掌握的一整套觀測結果不一致。也許未來MOND最終會成為一個更完整的引力理論的線索，但是是修改引力理論是一個非常宏偉的計劃！
但就目前來說，修改引力理論在宇宙學上遠不如暗物質理論。而且目前也不能說現在的引力理論在大尺度上就一定有問題！
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