時空之間

宇宙是一個物質有限而空間無限、周期有限而壽命無限的復合體。物質有限，是指宇宙包含的具有宏觀和微觀形態的物質是有限的，包括可觀測的宏觀低速物質與暗物質，微觀低速物質與暗物質。宇宙演化的歷程，也是根據有限物質的不斷變化來判定的。

空間無限，是指宇宙在三維空間中是無限的，換言之，宇宙中有限的物質可以在無限的空間中自由運動而不會受到空間的約束。我們根據宇宙物質在運動變化過程中所表現出的特征，可以定義宇宙的生命周期，但由于空間的無限性，宇宙壽命也是無限的。

在不含物質的絕對真空宇宙看物質宇宙，這時物質宇宙就是一個獨立體。不管內部星系如何演化、碰撞重組，對于物質宇宙而言，這都只是動態的一面，或者稱為物質宇宙的生命現象。相對于空間宇宙的無限性，物質宇宙的運動也失去了相對性和絕對性。

從空間宇宙角度來講，宇宙是不生不滅的，在無限的空間中，物質一直都存在，只是隨著時間的飛逝，不斷呈現著不同狀態，而物質總量是保持不變的。從物質宇宙的角度來看，宇宙壽命是有限的，物質宇宙中存在著若干的星系，在漫長的時間里由于低速環繞物質的能量衰竭而逐漸向中心聚集，使得星系的體積減小，直到將星系內幾乎所有物質同化為中心暗物質。此時的星系活性增強，會吸引周圍類似狀態的星系，再經過漫長的相對運動過程，發生碰撞，將大部分能量釋放出來。這個過程產生的高溫足以使碰撞區域內的物質解體，部分物質由于碰撞能量的劇烈釋放而反射回空間，形成新星系的物質流，部分中低速物質會由于大星系的吸引而滯留在星系中心的外圍空間。新星系的壽命等于未逃逸的物質流從形成反沖物質流到全部回到中心的時間。因此，不同的碰撞狀態，包括碰撞角度、相對速度、碰撞質量等，都是影響新星系壽命的重要因素。

例如，我們所生活的銀河系具有四個旋臂。由此可推知，在銀河系形成的初期，至少有四個小星系與之碰撞。而在我們所處的獵戶臂，大部分物質就是同一個小星系碰撞產生的反沖物質流演化而來的，銀河系旋臂中存在的黑洞等暗物質，也都是碰撞過程中未被同化的小星系核。因此，我們可以根據各旋臂上的黑洞半徑以及與銀心的距離，來推測碰撞之前各星系的狀態。

以銀河系為例，模擬碰撞后的演化狀態，可以讓我們更詳細地了解星系演化論。

在前銀河系（銀河系發生碰撞重組之前）的絕大部分物質演變成黑洞或者大體積暗物質時，就會俘獲附近的較小星系或者黑洞，或者是大星系的逃逸星體。在二者不穩定的相對運行過程中，部分被俘獲星體就會朝前銀河系中心做大角度向心繞行，而部分物質是直接向銀心近垂直運動，大部分物質的運動狀態處于二者之間。此時的狀況和前銀河系演化的過程相比，變化的速度急劇加快，銀心外物質不再經過漫長的演化過程，而是在相對短暫的時間里，即可到達銀心附近，或者與中心黑洞發生撞擊，或者與銀心附近的超重星體發生撞擊。由于存在不同的撞擊狀態，速度較小的撞擊星體不足以克服銀心附近超重星體的阻撓而被吸收同化在銀心外圍；速度較大的撞擊星體在克服超重星體的干擾以后，能量消耗殆盡，被銀心內部黑洞吸附，同時由于強大引力場和高溫等因素，加速了該碰撞星體的衰變過程，從而被黑洞同化；高速的碰撞星體在穿透超重星體層后與銀心碰撞，部分物質會被反射回空間形成反沖物質流，其中包括微觀的中微子、射線離子，以及殘存星體、暗物質體等。

在反沖物質離開銀心向空間運動的過程中，會由于銀心吸引而減速，同時也會與空間其他物質撞擊而組成新的物質形態。高速運動的物質流中，會發生大質量物質俘獲小質量物質、大質量正反物質湮滅、小質量正反物質湮滅以及小型黑洞的重組等情況。

首先，看大質量正反物質的湮滅。忽略正負質子的內部結構，高速正負質子相互碰撞的過程中，大部分動能轉化為熱輻射，而使其速度急劇降低，在運行很小一段距離后便被銀心吸引、吸收。高速正負質子在同向結合的過程中，由于能量虧損很小，并且形成電中性粒子，可以繼續遠離銀心運動，但是其半徑較大，容易與同類物質發生碰撞而互相吸收，同樣出現兩顆正負質子相互繞行狀態，也會很快因為碰撞而虧損能量，直至碰撞湮滅。 小質量正反物質碰撞湮滅后，形成的中性物質具有速度高、體積小和質量小的特征，幾乎可以擺脫周圍物質的干擾而自由運行于空間中。

大質量物質俘獲小質量物質分為幾種類型，主要有相互結合成為電中性粒子，單輕子繞重子運動和多輕子繞重子運動。在物質流向空間運動的過程中，重子的動能虧損遠大于輕子，從而為重子俘獲輕子創造了條件。一般情況下，靠近銀心的地方主要發生重子和輕子的湮滅，稍遠的距離主要發生單輕子繞行結合，更遠的地方就會發生多輕子繞行。單輕子繞行的情況下，由于結合體的質量中心和電荷中心偏移，容易與周圍物質發生振蕩干擾，從而進一步結合成較大的物質體系。該類物質具有電中特性，于是被命名為元中子。元中子與后續講到的中子的結構有所不同，由于它的易結合性，使得大部分元中子在未遠離銀心時就結合成較大的星體，從而形成了圍繞在銀心周圍的中子星。中子星的結構相對不穩定，自形成初期，在其內部就一直存在物質的湮滅，同時，中子星的強大吸引力也會將靠近的低速物質吸引同化。當其吸收的物質不足以彌補損失的體積時，中子星將會衰老，直至形成黑洞，被銀心吸收。

多輕子繞行的狀態發生在遠離銀心的區域，此時，輕子的速度已經降到數倍光速級，重子的速度已降到光速以下，重子周圍的眾多輕子不斷被吸收或同化。比如，電子被質子吸收后形成原子。原子形成后，電子被牢牢禁錮于質子周圍，從而為低速物質的堆積及結合創造了前提。經過漫長的歲月，原子結合成原子團，然后形成更復雜的物質。自此，一個新的銀河系基本成形。

在更遠離銀心的區域，會出現重子吸引更多輕子的現象。比如，在銀河系外層，溫度降到絕對零度以下時，粒子熱運動很小。打個比方，地球上的鈾礦到了此處，便不具有放射性了，因此，會有高元素的物質存在。

當銀河系外圍物質或因周圍星系吸引而逃逸，或因銀河系的吸引而減慢運動，在二者出現明顯區分時，銀河系逐漸走向衰老。

在整個物質宇宙中，類似銀河系爆發與衰退的情形一直都在發生，因此，在宇宙中存在外星人的假說并非謠傳，在銀河系中也極可能存在外星人。比如在銀河系的獵戶旋臂中，與太陽系同等形成條件的恒星系就有很多了，即使沒有進化出像人類一樣的高智商動物，但也一定會有生命跡象的存在。

星系壽命

在物質宇宙中，星系壽命等于該星系從碰撞爆發到衰退的整個時間，通常以宇宙時間為衡量標準。碰撞爆發是從多個衰退星系體開始相對運動開始的，而衰退完全也是該星體衰退至暗物質并開始與其他衰退星體做相對運動。此時，該星體可能并不是單純的黑洞，還包括了周圍超高速繞行的超重物質體。

暗物質

相對于宏觀低速的物質，暗物質具有以下特點：

1.高密度：通常有重子俘獲輕子（如超中子星）、正負重子結合和重子輕子結合三種結構體。重子俘獲輕子結構中，以中子結構為例，中子的核外輕子運動狀態不穩定，必須與其他重子共享輕子時才能穩定存在，如低速宏觀物質內部存在著質子—中子的核結構，中子星中存在著中子—中子結構。正負重子結合結構中，形成的星體比中子星密度更大，稱為質子星。重子—輕子結合結

構中，形成的星體與質子星密度接近。

2.大體積。超重星體具有強大的吸引力，會吸收周圍的物質并將其同化。因此，在超重星體演化到暗物質過程中，會不斷同化周圍物質而使體積不斷增大。

3.超光速運行的物質也屬于暗物質。

要解釋暗物質，必須先弄清楚光的傳播形式。

光的傳播

光是一種特殊的電磁波，依靠空間微粒子傳播。在可視空間（如銀河系內部除銀心的外圍空間）存在大量微型粒子，包括帶電微粒（如各種微子、超微子）與電中性微粒（如中微子，超中微子），它們有的高速運動，有的低速彌漫，并相互作用。比如，部分微子結合成中微子，同時又有部分中微子分裂成微子，從而使其處于動態平衡中。

在漫長的生物演化過程中，各種生物都會對周圍環境做出反應，如微生物的趨性，向日葵的向陽性等。在自然選擇中，只有能適應環境，才有機會生存下來。可見光的頻率處于紫外線和紅外線之間，紫外線輻射強，不利于生物生存，紅外線辨識度差，容易受環境干擾。但光具有傳播速度快，傳播方向性好的特點，于是，基因突變出具有可見光辨識能力的生物更容易捕獲食物、逃避敵害，從而占據了進化優勢，進化出更高等生物。在生物進化過程中，是生物選擇了可見光，也是可見光延續了生物的進化過程。

在生物進化出眼睛之前，部分生物已會利用紅外線進行辨識。在黑暗的深海中，常常可以看到沒有眼睛的魚，而它們卻可以利用其他方式進行定位。假設在生物進化中沒有突變出對可見光有辨識能力的基因，現在就沒有任何與光相關的文明誕生。

光在傳播過程中，會由于能量損耗而減幅，在不同的傳播介質中，能量損耗相差甚大。光在真空（含有光介質微粒）中傳播，能量損耗最少；在含有大顆粒物質的空間，光在傳播過程中會由于反射和散射而虧損能量，光強度降低。在絕對真空（不含光介質微粒）中，沒有光的傳播。

在超重物質周圍，光介質微粒由于暗物質體的作用而高速運動，當電磁波將該狀態的微粒作為光介質時，由于能量虧損嚴重而影響傳播。因此，光波在超重物質周圍的傳播受到影響，當超重物質體密度和體積達到一定極限時，光在未傳出超重物質體周圍時能量已經嚴重虧損。因此，我們通過光信號很難確定這些物質，所以將其稱為暗物質。

光的失真

當光在暗物質外圍傳播時，當光介質相對于光的速度接近零，即光介質在光傳播方向上的速度接近光速，導致光在傳播過程中發生頻率變化，光發生降頻失真。當光介質的速度大大超過光速，光在傳播時就會發生升頻失真。

當觀察者的運動速度接近光速時，同向傳播的光發生降頻失真，相對傳播的光發生升頻失真。

科學就是將難以理解的現象轉化為可理解、可預測的知識。如果觀察者與光介質同速運行，那么看到的光將減少失真，或者不發生失真。因此失真也是相對的。

黑洞

黑洞是密度最大的暗物質。當電磁波以黑洞周圍的微粒做傳播媒介時，在極短距離內能量已虧損完畢，從而導致黑洞周圍的微子及超微子不能作為光介質。因此，光在黑洞外圍不能傳播，通過光不能看到黑洞。

平行世界

當含有正負粒子數相當的兩個衰退的星系完全碰撞，就有可能形成兩個相似的世界，它們分別處于新星系的兩側，具有幾乎相同的環境，只是一個世界的重子帶正電，輕子帶負電，另一個世界的重子帶負電，輕子帶正電。只有各種中微子可以穿行于兩個平行世界之間。如果兩個平行世界相碰撞，便會湮滅，如果兩個平行世界所含物質量夠大，便會湮滅成暗物質，甚至黑洞。

微子與超微子

中微子指的是電中性微粒子，迄今為止，已發現的中微子包括：電子中微子，μ子中微子和t子中微子。但由于其半徑與電磁波波長相當，因此一般不能作為光介質。超微子具有比中微子更小的體積，在物質宇宙中幾乎無處不在。它們彌漫在有效的空間內，可作為電磁波等的傳播介質。

中微子和超中微子會在運動中不斷分裂和復合，因此在微觀世界中，微粒子的不斷變化，保證了微粒子和中微粒子的動態平衡。

黑洞的制造

將一定數量的純凈正反物質相互作用結合后，就會形成暗物質，它會影響周圍物質的結構，從而奪取其中的某些粒子，破壞它們的高速動態結構。這個過程是比較緩慢的，但如果讓小質量核子（如氫或者中子）處于高溫狀態（千萬攝氏度以上），暗物質就會輕易破壞其他核子結構并同化。在常溫下，當暗物質半徑達到閾值半徑時，就可以破壞周圍粒子團結構，分解并吸收，從而迅速生長，吸收、同化遇到的其他物質。

超重原子核

在星系爆發過程中，多重子俘獲輕子的結構發生在距中心更遙遠的地方。比如在銀河系外層，稀薄的物質和罕有的外力作用，更促進了該結構的形成。在太陽系中，鈾普遍作為放射性材料被使用，那是因為核子中的外層中子在外力的作用及自身熱運動下衰變。但是在銀河系外層，超低溫和罕有的外力影響，使得類似鈾的放射性物質失去了放射性，而更高元素也能較穩定存在。

絕對零度不絕對

在低速世界的太陽系中，溫度的差異帶給各行星不同的景象，絕對零度在太陽系中似乎成了不可超越的極限。在遠離銀心的外層，存在大量偽靜止的物質。這些相對銀心幾乎為靜止的粒子，或被重新吸收回星系，或逃逸出星系而被其他星系俘獲。此時無外力作用，也幾乎沒有粒子的熱運動，此處的溫度要比絕對零度更低。因為絕對零度的測量，包括了原子及微子的熱運動。

宇宙時間與天文時間

宇宙時間記錄著整個宇宙的存在狀態，它涵蓋了內部所有物質的演化。以宇宙世界來衡量物質變化，就是將整個宇宙作為參考系，無論該物質如何變化，它的任何狀態都可以用宇宙時間來記錄。相對于宇宙時間，人們定義的天文時間就顯得狹隘得多，只適用于宏觀低速的個體世界，當兩個不同的整體相對運動時就會形成時間偏差，稱為相對時間。