时空之间

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  宇宙是一个物质有限而空间无限、周期有限而寿命无限的复合体。物质有限,是指宇宙包含的具有宏观和微观形态的物质是有限的,包括可观测的宏观低速物质与暗物质,微观低速物质与暗物质。宇宙演化的历程,也是根据有限物质的不断变化来判定的。
  空间无限,是指宇宙在三维空间中是无限的,换言之,宇宙中有限的物质可以在无限的空间中自由运动而不会受到空间的约束。我们根据宇宙物质在运动变化过程中所表现出的特征,可以定义宇宙的生命周期,但由于空间的无限性,宇宙寿命也是无限的。
  在不含物质的绝对真空宇宙看物质宇宙,这时物质宇宙就是一个独立体。不管内部星系如何演化、碰撞重组,对于物质宇宙而言,这都只是动态的一面,或者称为物质宇宙的生命现象。相对于空间宇宙的无限性,物质宇宙的运动也失去了相对性和绝对性。
  从空间宇宙角度来讲,宇宙是不生不灭的,在无限的空间中,物质一直都存在,只是随着时间的飞逝,不断呈现着不同状态,而物质总量是保持不变的。从物质宇宙的角度来看,宇宙寿命是有限的,物质宇宙中存在着若干的星系,在漫长的时间里由于低速环绕物质的能量衰竭而逐渐向中心聚集,使得星系的体积减小,直到将星系内几乎所有物质同化为中心暗物质。此时的星系活性增强,会吸引周围类似状态的星系,再经过漫长的相对运动过程,发生碰撞,将大部分能量释放出来。这个过程产生的高温足以使碰撞区域内的物质解体,部分物质由于碰撞能量的剧烈释放而反射回空间,形成新星系的物质流,部分中低速物质会由于大星系的吸引而滞留在星系中心的外围空间。新星系的寿命等于未逃逸的物质流从形成反冲物质流到全部回到中心的时间。因此,不同的碰撞状态,包括碰撞角度、相对速度、碰撞质量等,都是影响新星系寿命的重要因素。
  例如,我们所生活的银河系具有四个旋臂。由此可推知,在银河系形成的初期,至少有四个小星系与之碰撞。而在我们所处的猎户臂,大部分物质就是同一个小星系碰撞产生的反冲物质流演化而来的,银河系旋臂中存在的黑洞等暗物质,也都是碰撞过程中未被同化的小星系核。因此,我们可以根据各旋臂上的黑洞半径以及与银心的距离,来推测碰撞之前各星系的状态。
  以银河系为例,模拟碰撞后的演化状态,可以让我们更详细地了解星系演化论。
  在前银河系(银河系发生碰撞重组之前)的绝大部分物质演变成黑洞或者大体积暗物质时,就会俘获附近的较小星系或者黑洞,或者是大星系的逃逸星体。在二者不稳定的相对运行过程中,部分被俘获星体就会朝前银河系中心做大角度向心绕行,而部分物质是直接向银心近垂直运动,大部分物质的运动状态处于二者之间。此时的状况和前银河系演化的过程相比,变化的速度急剧加快,银心外物质不再经过漫长的演化过程,而是在相对短暂的时间里,即可到达银心附近,或者与中心黑洞发生撞击,或者与银心附近的超重星体发生撞击。由于存在不同的撞击状态,速度较小的撞击星体不足以克服银心附近超重星体的阻挠而被吸收同化在银心外围;速度较大的撞击星体在克服超重星体的干扰以后,能量消耗殆尽,被银心内部黑洞吸附,同时由于强大引力场和高温等因素,加速了该碰撞星体的衰变过程,从而被黑洞同化;高速的碰撞星体在穿透超重星体层后与银心碰撞,部分物质会被反射回空间形成反冲物质流,其中包括微观的中微子、射线离子,以及残存星体、暗物质体等。
  在反冲物质离开银心向空间运动的过程中,会由于银心吸引而减速,同时也会与空间其他物质撞击而组成新的物质形态。高速运动的物质流中,会发生大质量物质俘获小质量物质、大质量正反物质湮灭、小质量正反物质湮灭以及小型黑洞的重组等情况。
  首先,看大质量正反物质的湮灭。忽略正负质子的内部结构,高速正负质子相互碰撞的过程中,大部分动能转化为热辐射,而使其速度急剧降低,在运行很小一段距离后便被银心吸引、吸收。高速正负质子在同向结合的过程中,由于能量亏损很小,并且形成电中性粒子,可以继续远离银心运动,但是其半径较大,容易与同类物质发生碰撞而互相吸收,同样出现两颗正负质子相互绕行状态,也会很快因为碰撞而亏损能量,直至碰撞湮灭。 小质量正反物质碰撞湮灭后,形成的中性物质具有速度高、体积小和质量小的特征,几乎可以摆脱周围物质的干扰而自由运行于空间中。
  大质量物质俘获小质量物质分为几种类型,主要有相互结合成为电中性粒子,单轻子绕重子运动和多轻子绕重子运动。在物质流向空间运动的过程中,重子的动能亏损远大于轻子,从而为重子俘获轻子创造了条件。一般情况下,靠近银心的地方主要发生重子和轻子的湮灭,稍远的距离主要发生单轻子绕行结合,更远的地方就会发生多轻子绕行。单轻子绕行的情况下,由于结合体的质量中心和电荷中心偏移,容易与周围物质发生振荡干扰,从而进一步结合成较大的物质体系。该类物质具有电中特性,于是被命名为元中子。元中子与后续讲到的中子的结构有所不同,由于它的易结合性,使得大部分元中子在未远离银心时就结合成较大的星体,从而形成了围绕在银心周围的中子星。中子星的结构相对不稳定,自形成初期,在其内部就一直存在物质的湮灭,同时,中子星的强大吸引力也会将靠近的低速物质吸引同化。当其吸收的物质不足以弥补损失的体积时,中子星将会衰老,直至形成黑洞,被银心吸收。
  多轻子绕行的状态发生在远离银心的区域,此时,轻子的速度已经降到数倍光速级,重子的速度已降到光速以下,重子周围的众多轻子不断被吸收或同化。比如,电子被质子吸收后形成原子。原子形成后,电子被牢牢禁锢于质子周围,从而为低速物质的堆积及结合创造了前提。经过漫长的岁月,原子结合成原子团,然后形成更复杂的物质。自此,一个新的银河系基本成形。
  在更远离银心的区域,会出现重子吸引更多轻子的现象。比如,在银河系外层,温度降到绝对零度以下时,粒子热运动很小。打个比方,地球上的铀矿到了此处,便不具有放射性了,因此,会有高元素的物质存在。
  当银河系外围物质或因周围星系吸引而逃逸,或因银河系的吸引而减慢运动,在二者出现明显区分时,银河系逐渐走向衰老。   在整个物质宇宙中,类似银河系爆发与衰退的情形一直都在发生,因此,在宇宙中存在外星人的假说并非谣传,在银河系中也极可能存在外星人。比如在银河系的猎户旋臂中,与太阳系同等形成条件的恒星系就有很多了,即使没有进化出像人类一样的高智商动物,但也一定会有生命迹象的存在。
  星系寿命
  在物质宇宙中,星系寿命等于该星系从碰撞爆发到衰退的整个时间,通常以宇宙时间为衡量标准。碰撞爆发是从多个衰退星系体开始相对运动开始的,而衰退完全也是该星体衰退至暗物质并开始与其他衰退星体做相对运动。此时,该星体可能并不是单纯的黑洞,还包括了周围超高速绕行的超重物质体。
  暗物质
  相对于宏观低速的物质,暗物质具有以下特点:
  1.高密度:通常有重子俘获轻子(如超中子星)、正负重子结合和重子轻子结合三种结构体。重子俘获轻子结构中,以中子结构为例,中子的核外轻子运动状态不稳定,必须与其他重子共享轻子时才能稳定存在,如低速宏观物质内部存在着质子—中子的核结构,中子星中存在着中子—中子结构。正负重子结合结构中,形成的星体比中子星密度更大,称为质子星。重子—轻子结合结
  构中,形成的星体与质子星密度接近。
  2.大体积。超重星体具有强大的吸引力,会吸收周围的物质并将其同化。因此,在超重星体演化到暗物质过程中,会不断同化周围物质而使体积不断增大。
  3.超光速运行的物质也属于暗物质。
  要解释暗物质,必须先弄清楚光的传播形式。
  光的传播
  光是一种特殊的电磁波,依靠空间微粒子传播。在可视空间(如银河系内部除银心的外围空间)存在大量微型粒子,包括带电微粒(如各种微子、超微子)与电中性微粒(如中微子,超中微子),它们有的高速运动,有的低速弥漫,并相互作用。比如,部分微子结合成中微子,同时又有部分中微子分裂成微子,从而使其处于动态平衡中。
  在漫长的生物演化过程中,各种生物都会对周围环境做出反应,如微生物的趋性,向日葵的向阳性等。在自然选择中,只有能适应环境,才有机会生存下来。可见光的频率处于紫外线和红外线之间,紫外线辐射强,不利于生物生存,红外线辨识度差,容易受环境干扰。但光具有传播速度快,传播方向性好的特点,于是,基因突变出具有可见光辨识能力的生物更容易捕获食物、逃避敌害,从而占据了进化优势,进化出更高等生物。在生物进化过程中,是生物选择了可见光,也是可见光延续了生物的进化过程。
  在生物进化出眼睛之前,部分生物已会利用红外线进行辨识。在黑暗的深海中,常常可以看到没有眼睛的鱼,而它们却可以利用其他方式进行定位。假设在生物进化中没有突变出对可见光有辨识能力的基因,现在就没有任何与光相关的文明诞生。
  光在传播过程中,会由于能量损耗而减幅,在不同的传播介质中,能量损耗相差甚大。光在真空(含有光介质微粒)中传播,能量损耗最少;在含有大颗粒物质的空间,光在传播过程中会由于反射和散射而亏损能量,光强度降低。在绝对真空(不含光介质微粒)中,没有光的传播。
  在超重物质周围,光介质微粒由于暗物质体的作用而高速运动,当电磁波将该状态的微粒作为光介质时,由于能量亏损严重而影响传播。因此,光波在超重物质周围的传播受到影响,当超重物质体密度和体积达到一定极限时,光在未传出超重物质体周围时能量已经严重亏损。因此,我们通过光信号很难确定这些物质,所以将其称为暗物质。
  光的失真
  当光在暗物质外围传播时,当光介质相对于光的速度接近零,即光介质在光传播方向上的速度接近光速,导致光在传播过程中发生频率变化,光发生降频失真。当光介质的速度大大超过光速,光在传播时就会发生升频失真。
  当观察者的运动速度接近光速时,同向传播的光发生降频失真,相对传播的光发生升频失真。
  科学就是将难以理解的现象转化为可理解、可预测的知识。如果观察者与光介质同速运行,那么看到的光将减少失真,或者不发生失真。因此失真也是相对的。
  黑洞
  黑洞是密度最大的暗物质。当电磁波以黑洞周围的微粒做传播媒介时,在极短距离内能量已亏损完毕,从而导致黑洞周围的微子及超微子不能作为光介质。因此,光在黑洞外围不能传播,通过光不能看到黑洞。
  平行世界
  当含有正负粒子数相当的两个衰退的星系完全碰撞,就有可能形成两个相似的世界,它们分别处于新星系的两侧,具有几乎相同的环境,只是一个世界的重子带正电,轻子带负电,另一个世界的重子带负电,轻子带正电。只有各种中微子可以穿行于两个平行世界之间。如果两个平行世界相碰撞,便会湮灭,如果两个平行世界所含物质量够大,便会湮灭成暗物质,甚至黑洞。
  微子与超微子
  中微子指的是电中性微粒子,迄今为止,已发现的中微子包括:电子中微子,μ子中微子和t子中微子。但由于其半径与电磁波波长相当,因此一般不能作为光介质。超微子具有比中微子更小的体积,在物质宇宙中几乎无处不在。它们弥漫在有效的空间内,可作为电磁波等的传播介质。
  中微子和超中微子会在运动中不断分裂和复合,因此在微观世界中,微粒子的不断变化,保证了微粒子和中微粒子的动态平衡。
  黑洞的制造
  将一定数量的纯净正反物质相互作用结合后,就会形成暗物质,它会影响周围物质的结构,从而夺取其中的某些粒子,破坏它们的高速动态结构。这个过程是比较缓慢的,但如果让小质量核子(如氢或者中子)处于高温状态(千万摄氏度以上),暗物质就会轻易破坏其他核子结构并同化。在常温下,当暗物质半径达到阈值半径时,就可以破坏周围粒子团结构,分解并吸收,从而迅速生长,吸收、同化遇到的其他物质。
  超重原子核
  在星系爆发过程中,多重子俘获轻子的结构发生在距中心更遥远的地方。比如在银河系外层,稀薄的物质和罕有的外力作用,更促进了该结构的形成。在太阳系中,铀普遍作为放射性材料被使用,那是因为核子中的外层中子在外力的作用及自身热运动下衰变。但是在银河系外层,超低温和罕有的外力影响,使得类似铀的放射性物质失去了放射性,而更高元素也能较稳定存在。
  绝对零度不绝对
  在低速世界的太阳系中,温度的差异带给各行星不同的景象,绝对零度在太阳系中似乎成了不可超越的极限。在远离银心的外层,存在大量伪静止的物质。这些相对银心几乎为静止的粒子,或被重新吸收回星系,或逃逸出星系而被其他星系俘获。此时无外力作用,也几乎没有粒子的热运动,此处的温度要比绝对零度更低。因为绝对零度的测量,包括了原子及微子的热运动。
  宇宙时间与天文时间
  宇宙时间记录着整个宇宙的存在状态,它涵盖了内部所有物质的演化。以宇宙世界来衡量物质变化,就是将整个宇宙作为参考系,无论该物质如何变化,它的任何状态都可以用宇宙时间来记录。相对于宇宙时间,人们定义的天文时间就显得狭隘得多,只适用于宏观低速的个体世界,当两个不同的整体相对运动时就会形成时间偏差,称为相对时间。
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