依照目前主流的理論,暗物質是一種看不見的物質,它可能是宇宙物質的重要組成部分。暗物質理論得到了大量觀測和計算結果的支援,因此它是一種非常好的理論,因此也成為了標準宇宙模型的重要部分。不過迄今為止,科學家還未直接觀測到暗物質,因此有許多人正在研究替代暗物質的理論。
但是修改牛頓動力學認為,這兩種理論都對引力的理解有偏差。牛頓和愛因斯坦的引力理論都依賴於等效原理,也就是說,物體的慣性質量和引力質量是成比例的。如果這兩種質量都採取國際單位,那麼這個比例為1,也就是它們是相等的。該原理的結果是物質在相同引力場的下落速度是一樣的,這種效應也在一定的精度內得到過證明。
在修改牛頓動力學中,由於外部場效應的存在,物質的慣性質量和引力質量是不成比例的,簡單來說就是等效原理不存在。在牛頓力學中,物體的慣性質量是一種固有屬性,與外部環境沒有任何關聯。但是在新理論中,物理的慣性質量取決於引力質量還有宇宙其它部分的淨引力,它已經不是一種固有屬性了。
新理論的首個挑戰是解釋星系中物質的運動。宇宙中的大多數星系,其可見物質都集中在中心區域,因此越靠近中心區域的恆星的運動速度應該比邊緣的恆星快,這就像水星的運動速度比海王星快一樣。但是科學家觀測到的是,無論恆星與星系的距離是多少,它們的運動速度似乎都一樣快。
暗物質理論對此的解釋是,暗物質構成了星系的大部分質量,並且暗物質暈包圍著星系,所以大部分質量都不集中在中心。而新理論摒棄了暗物質的說法,它認為來自其它星系的引力會調整離中心更遠的恆星的慣性質量,因此它們會比預期的運動得快。在天文學中,我們會說觀測到的旋轉曲線與理論預測不相符合。
如果新理論是正確的,那麼星系的旋轉曲線應該與其它星系的分佈是相關聯的,要給新理論尋找證據支援,這是一項不錯的選擇。一組研究團隊使用了斯皮策測光和精確旋轉曲線資料庫研究了175個星系的旋轉曲線。他們將每個星系的旋轉曲線與附近星系的平均分佈進行了比較。如果暗物質模型是正確的,那麼附近星系的分佈應該不會影響旋轉曲線。如果新理論是正確的,則分佈和由此產生的外場效應將影響曲線。
令人震驚的是,他們的研究發現了明顯的效果。在具有最強外場的星系中,外場效應被確信為8到11西格瑪。一般來說,只要效果達到5西格瑪,我們就可以確認實驗的真實性了。