第七章 宇宙大爆炸遐想

?

7.1宇宙大爆炸遐想

?????以時(shí)間順序理解物理世界，對(duì)具有一定物理知識(shí)的人員來說，似乎更容易理順自然關(guān)系。因此，我們就從宇宙大爆炸開始理解我們的自然界。

按照宇宙大爆炸理論，宇宙是誕生于一點(diǎn)，急速膨脹而成，當(dāng)然是超光速膨脹的。之前一直理解不了，現(xiàn)在慢慢了解得多了，感覺還是有道理的。按照狹義相對(duì)論，以無限接近光速的初始宇宙的膨脹速度，不僅質(zhì)量接近無限大，而且時(shí)間運(yùn)行速度接近無限慢，也就是時(shí)間接近無限膨脹狀態(tài)，體積（空間）自然也是接近無限小的。由于時(shí)間運(yùn)行速度接近無限緩慢，自然是那時(shí)的一秒鐘會(huì)相當(dāng)于現(xiàn)在的無數(shù)秒，用現(xiàn)在無數(shù)秒的時(shí)間進(jìn)行無限接近光速膨脹，用那時(shí)的時(shí)間衡量，宇宙膨脹速度自然是極其快的。

按照廣義相對(duì)論也可以得出類似的結(jié)論。初始宇宙物質(zhì)極為集中，物質(zhì)密度趨向無限大，此時(shí)似乎不論是否有引力作用，初始宇宙的時(shí)間運(yùn)行速度都是極其緩慢的，趨向于時(shí)間停止。初始宇宙此時(shí)的一秒鐘會(huì)是我們現(xiàn)在地球時(shí)間一秒鐘的無數(shù)倍。也就是初始宇宙的一瞬間相當(dāng)于我們地球時(shí)間的很多年，也許會(huì)是幾萬年或幾百萬年，這取決于初始宇宙的物質(zhì)密度。而初始宇宙是以無限接近于光速向周圍擴(kuò)展的，由于初始宇宙的一瞬間，就是我們現(xiàn)在地球表面時(shí)間的幾年或幾十年，在那時(shí)的宇宙看來，一瞬間，自然是可以膨脹相當(dāng)于現(xiàn)在幾光年的或幾十光年的距離的。

可見，無論是根據(jù)狹義相對(duì)論還是根據(jù)廣義相對(duì)論，初始宇宙都能得出類似的膨脹效果。廣義相對(duì)論的效果與狹義相對(duì)論的效果是否會(huì)疊加，這個(gè)不好說。應(yīng)該沒有不疊加的理由，究竟怎樣疊加也不好說。

? ?當(dāng)然，這是站在宇宙內(nèi)部的角度看，宇宙前期是瞬間完成了大爆炸。按照狹義相對(duì)論，宇宙內(nèi)部會(huì)有時(shí)間運(yùn)行速度接近無限緩慢的情況。時(shí)間接近無限緩慢，宇宙以無限接近光速膨脹，自然是在其內(nèi)部的感覺，宇宙膨脹速度遠(yuǎn)超光速。因?yàn)?，初始宇宙的一秒鐘，也許就是現(xiàn)在的宇宙時(shí)間的一萬年甚至一億年。在宇宙初始階段，短短的幾秒鐘，宇宙也許就膨脹了幾億光年的距離。

當(dāng)然，幾秒鐘后，宇宙膨脹速度大幅度下降，也許需要幾分鐘，才能繼續(xù)膨脹幾億光年的距離。自然是，幾分鐘后，宇宙膨脹速度就更慢了，也許需要幾小時(shí)才能繼續(xù)膨脹幾千萬光年。如此情況繼續(xù)發(fā)展，宇宙膨脹速度繼續(xù)下降，幾天時(shí)間，也許只能膨脹幾千光年的距離。然后是幾年時(shí)間膨脹幾百光年的距離。再然后是，一年時(shí)間膨脹不足兩光年的距離，此時(shí)，宇宙物質(zhì)膨脹速度下降到0.87倍光速。

? ?再然后，宇宙膨脹越來越很好理解了，宇宙膨脹速度越來越小。以至于到現(xiàn)在，宇宙也許已經(jīng)開始收縮了。只是我們的宇宙太大，我們還感覺不到，也觀測(cè)不到宇宙的收縮證據(jù)。幾十億年后，如果那時(shí)還有人類后裔，那時(shí)的人類應(yīng)該就可以觀測(cè)到宇宙收縮的證據(jù)了。

? ?我們現(xiàn)在觀測(cè)到的宇宙信息，一部分是幾十億年前的宇宙產(chǎn)生的信息被我們現(xiàn)在觀測(cè)到了，更遙遠(yuǎn)的是上百億年前的宇宙發(fā)出的信息，因此，我們現(xiàn)在觀測(cè)到的宇宙主要就是幾十億年前的宇宙。就是距離我們最近的河外星系現(xiàn)在發(fā)生的事情，影響到我們的時(shí)候，比如，其產(chǎn)生的引力波或引力影響到我們也需要200多萬年?，F(xiàn)在我們只是受到200多萬年前的距離我們最近星系的引力或光輻射影響。是過去在影響我們，現(xiàn)在只能影響未來。這是速度有限的宇宙時(shí)代，不是超距作用設(shè)想時(shí)代。

? ?根據(jù)宇宙大爆炸理論，還可以方便我們理解萬有引力。宇宙大爆炸從初始的極其接近光速，到接近光速，到現(xiàn)在的宇宙膨脹速度，這種變化的原因是什么呢？原因不是光輻射的損耗，這個(gè)雖然也消耗著宇宙能量。核心原因就是引力作用，引力的拉扯是宇宙能量耗損的最主要原因。

? ?物質(zhì)極其接近光速，蘊(yùn)含著極其巨大的能量或質(zhì)量（這里的能量或質(zhì)量可以等同）。其能量或質(zhì)量的絕大部分在引力作用下，轉(zhuǎn)變成了引力場(chǎng)。這些分布于空間的引力場(chǎng)，因此，蘊(yùn)含著極其巨大的能量或質(zhì)量，宇宙物質(zhì)的絕大部分能量或質(zhì)量都轉(zhuǎn)變成了引力場(chǎng)。

? ?我們現(xiàn)在可以觀測(cè)到的宇宙物質(zhì)只占初始宇宙物質(zhì)的一小部分，初始宇宙的絕大部分能量或質(zhì)量轉(zhuǎn)變成了引力場(chǎng)。

? ?初始宇宙物質(zhì)密度極大，其輻射的引力場(chǎng)強(qiáng)度自然是同樣巨大。輻射的引力場(chǎng)強(qiáng)度與物質(zhì)質(zhì)量成正比，因此，很有可能，物質(zhì)輻射的引力場(chǎng)會(huì)把物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)能量消耗光（引力場(chǎng)就是物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)變的），而實(shí)現(xiàn)宇宙膨脹的停止，下一步自然就是宇宙物質(zhì)收縮，這是宇宙膨脹的逆過程。與宇宙大爆炸相比，宇宙大收縮完全是其逆過程，只是方向相反。

? ?宇宙大收縮初始階段是低調(diào)的，緩慢的，與宇宙大爆炸后期完全一樣低調(diào)，只是方向相反。但是宇宙大收縮后期就與宇宙大爆炸前期類似了，就高調(diào)得多了，最后階段，與宇宙大爆炸瞬間產(chǎn)生一樣，可以認(rèn)為是瞬間完成收縮?，F(xiàn)在看來，宇宙大收縮與宇宙大爆炸過程相反，其中的一個(gè)顛倒過來，與另一個(gè)完全可以重合，比如，都需要耗費(fèi)相同的時(shí)間。宇宙大爆炸需要多長時(shí)間，宇宙大收縮就需要多長時(shí)間。

? ? 如果真的如此，我們對(duì)引力的理解就可以進(jìn)一步了。引力場(chǎng)無法脫離物質(zhì)，引力是物質(zhì)到物質(zhì)的作用。引力場(chǎng)不會(huì)向沒有物質(zhì)的宇宙空間之外輻射，不然，引力場(chǎng)就會(huì)空耗能量。就難以實(shí)現(xiàn)完全可逆的宇宙大收縮了。

? ? 光線只能在引力場(chǎng)中傳播，引力場(chǎng)是光線傳播的介質(zhì)。因此，宇宙之外沒有引力場(chǎng)的地方，自然不會(huì)有光線的傳播。這也保障了宇宙能量的不損耗。不然，光線就永久地傳播出去了，宇宙物質(zhì)或能量就損耗了。宇宙大收縮就不能與宇宙大爆炸完全可逆了。

我們繼續(xù)根據(jù)狹義相對(duì)論究詰宇宙大爆炸歷程，我們可以知道，在宇宙物質(zhì)膨脹速度下降到約0.87倍光速的時(shí)候，此時(shí)宇宙時(shí)間運(yùn)行速度是現(xiàn)代宇宙時(shí)間運(yùn)行速度的一半，也就是那時(shí)的一秒鐘是現(xiàn)在的兩秒鐘。那時(shí)的距離長度是現(xiàn)在的一半，那時(shí)的一米是現(xiàn)在的半米。如果上帝置身事外觀察那時(shí)的宇宙光速，如果上帝使用現(xiàn)在的宇宙時(shí)間運(yùn)行速度和距離長度，不會(huì)感覺那時(shí)的宇宙光速與現(xiàn)在宇宙的光速有什么區(qū)別。比如那時(shí)宇宙的一秒鐘就是現(xiàn)在宇宙的兩秒鐘，那時(shí)的宇宙光速用那時(shí)的一秒鐘時(shí)間前進(jìn)的距離與現(xiàn)在一秒鐘時(shí)間前進(jìn)的距離是完全一樣的，不會(huì)有任何差別。這些結(jié)論確實(shí)是令人困惑的事情，這明顯與前面的內(nèi)容不符合或相互矛盾。

問題出在哪里呢？問題出在參考系的選擇上了，前面的狹義相對(duì)論參考的光速是我們現(xiàn)在地球的光速。在我們地球上理解狹義相對(duì)論質(zhì)量與速度的關(guān)系就是這樣理解的，某個(gè)物體越接近光速，這個(gè)物體的質(zhì)量就會(huì)越大，時(shí)間運(yùn)行速度就會(huì)越慢，這個(gè)物體在自己較慢的時(shí)間運(yùn)行速度體系下，在這個(gè)物體上的某個(gè)時(shí)間長度內(nèi)，在我們地球人看來，這個(gè)物體運(yùn)行的距離就會(huì)很大。如果這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)質(zhì)量是靜止質(zhì)量地二倍，這個(gè)物體的時(shí)間運(yùn)行速度就會(huì)慢一半，這個(gè)物體上的一秒就相當(dāng)于地球上的兩秒，這個(gè)物體運(yùn)行這個(gè)物體上的一秒鐘時(shí)間，相當(dāng)于地球上過了兩秒鐘的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間段，這個(gè)物體運(yùn)行了0.87倍光速的二倍乘以光速的距離。

狹義相對(duì)論還探討了長度的變化，雖然只是明確了運(yùn)動(dòng)方向上的長度變化，其實(shí)，不僅僅是運(yùn)動(dòng)方向上的變化，而是全面的長度變化，在任意方向長度都縮小了。如果是這樣的，這意味著其尺度會(huì)縮小，用縮小的尺子去測(cè)量我們地球人所感覺的距離，這意味著運(yùn)動(dòng)物體自己感覺的速度會(huì)更加快，如果其上面有人的話。如果運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量是靜止質(zhì)量地二倍，則其長度會(huì)縮小到之前的二分之一，其一秒鐘的時(shí)間長度會(huì)相當(dāng)于地球表面兩秒鐘的時(shí)間長度。這意味著這個(gè)物體上的一秒鐘，這個(gè)物體上的人會(huì)感覺到自己一秒鐘可以達(dá)到四倍的0.87倍光速，如果這個(gè)速度是用距離除以時(shí)間的話。但在我們地球人看來，這只是用了兩倍的時(shí)間，走了兩倍的距離，速度沒有變化。

狹義相對(duì)論的時(shí)間與長度的變化，是通過狹義相對(duì)論相應(yīng)的公式得到的，無法直觀理解，或加以形象解釋，或從其他角度得出同樣結(jié)果。廣義相對(duì)論可以彌補(bǔ)這些不足，在強(qiáng)引力場(chǎng)條件下或大質(zhì)量天體附近，空間是萎縮的，或者說空間是稠密的。在我們地球上看來，強(qiáng)引力場(chǎng)條件下的光的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)變小，也就是時(shí)間運(yùn)行速度會(huì)變慢，這是空間變得稠密的結(jié)果。

時(shí)間或長度是由時(shí)空密度決定，而時(shí)空密度是由引力場(chǎng)或引力子決定的。一份引力場(chǎng)或一個(gè)引力子決定一份時(shí)空，單位時(shí)間內(nèi)，一份引力場(chǎng)（一個(gè)引力子）所前進(jìn)的時(shí)空數(shù)量（份數(shù)）是固定的。

物質(zhì)稠密的地方，時(shí)空份數(shù)（單元）稠密，或者說時(shí)空稠密。物質(zhì)稀疏的地方，時(shí)空份數(shù)稀疏，或者說時(shí)空稀疏。引力穿越物質(zhì)稠密的空間，由于引力場(chǎng)的份數(shù)多或引力子的數(shù)量多，耗用的時(shí)間自然就多，反之亦然。可以想象，引力子穿越不同區(qū)域的空間的速度是不一樣的，物質(zhì)稠密的空間，引力子穿越耗時(shí)也多。只能在引力場(chǎng)中存在的光子，自然也遵守同樣的規(guī)則，穿越物質(zhì)稠密區(qū)域的空間或引力場(chǎng)強(qiáng)度大的空間耗用的時(shí)間多。

引力子穿越任意一份時(shí)空所耗費(fèi)的時(shí)間是固定的，無論這份時(shí)空所占用的體積有多大或處于什么位置。這意味著只能在引力場(chǎng)中運(yùn)行的光子穿越任意一份時(shí)空所耗費(fèi)的時(shí)間也是固定的，與時(shí)空所占用的空間體積或時(shí)空所處位置無關(guān)。

光子穿越任意一份時(shí)空所耗用的時(shí)間是固定的，這意味著光子在時(shí)空稠密區(qū)域運(yùn)行的速度慢，時(shí)空稀疏區(qū)域運(yùn)行的速度快。長度屬于時(shí)空內(nèi)涵，自然是，長度由光子速度決定，也就是由引力場(chǎng)強(qiáng)度決定，或者說是由物質(zhì)密度決定。物質(zhì)密度大的區(qū)域，引力場(chǎng)強(qiáng)度大，時(shí)空稠密，任意一份時(shí)空占用的空間小，相當(dāng)于長度萎縮。物質(zhì)密度小的區(qū)域，引力場(chǎng)強(qiáng)度小，時(shí)空稀疏，任意一份時(shí)空占用的空間大，相當(dāng)于長度膨脹。

時(shí)空與引力場(chǎng)息息相關(guān)，或者說，時(shí)空離不開引力場(chǎng)，時(shí)空由引力場(chǎng)決定，時(shí)空的本質(zhì)也許就是引力子或引力場(chǎng)，一份時(shí)空也許就是一個(gè)引力子或一份引力場(chǎng)?？梢哉J(rèn)為，一份引力場(chǎng)或一個(gè)引力子代表一份時(shí)空（一份長度）?？臻g內(nèi)分布的引力場(chǎng)份數(shù)或引力子越多，也就是時(shí)空份數(shù)就越多，長度自然就越萎縮?？臻g內(nèi)分布的引力場(chǎng)份數(shù)或引力子越少，也就是時(shí)空份數(shù)就越少，長度自然就越膨脹。

狹義相對(duì)論與廣義相對(duì)論的時(shí)間效應(yīng)或長度效應(yīng)本質(zhì)是一樣的，都是同樣的道理產(chǎn)生的。這并不影響?yīng)M義相對(duì)論的時(shí)間與長度效應(yīng)可以與廣義相對(duì)論的時(shí)間與長度效應(yīng)疊加，也就是各算各的。狹義相對(duì)論的時(shí)間與長度效應(yīng)只是廣義相對(duì)論時(shí)間與長度效應(yīng)的特例或部分情況，廣義相對(duì)論的時(shí)間與長度效應(yīng)適合的范圍更廣一些。我們?cè)谟?jì)算相對(duì)論的時(shí)間與長度效應(yīng)時(shí)，不但要計(jì)算廣義相對(duì)論時(shí)間或長度效應(yīng)，還要計(jì)算狹義相對(duì)論時(shí)間或長度效應(yīng)，疊加計(jì)算。

在廣義相對(duì)論的時(shí)空基礎(chǔ)上，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)依然具有狹義相對(duì)論的時(shí)空效應(yīng)。比如，我們地球表面，已經(jīng)在宇宙或附近物質(zhì)的影響下，具備著自己的時(shí)空狀況。其中的高速運(yùn)動(dòng)物體，依然會(huì)產(chǎn)生狹義相對(duì)論效應(yīng)，這與固有的時(shí)空屬性并不矛盾。在大質(zhì)量天體表面空間，有著自己的時(shí)空屬性（比如，時(shí)間運(yùn)行緩慢，空間單元稠密），其表面高速運(yùn)動(dòng)的物體，依然會(huì)產(chǎn)生狹義相對(duì)論的時(shí)空效應(yīng)（時(shí)間運(yùn)行得更慢了，空間單元更為稠密了，即在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化了）。這個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的物體最終的時(shí)空效應(yīng)，是兩個(gè)時(shí)空效應(yīng)的綜合或疊加。

在有引力場(chǎng)的地方，光線的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該就是上面內(nèi)容介紹的情況。在沒有引力場(chǎng)的地方，當(dāng)然也沒有光線的。不過，宇宙大爆炸時(shí)，宇宙之外的地方，物質(zhì)擴(kuò)散過去，是遵循什么速度，什么道理呢？

引力場(chǎng)是根隨著物質(zhì)擴(kuò)散而擴(kuò)散的。沒有物質(zhì)的宇宙之外，是不會(huì)有引力場(chǎng)的，而光線只能在引力場(chǎng)中傳播，沒有物質(zhì)的宇宙之外，更不會(huì)有光線的。如果物質(zhì)可以向沒有物質(zhì)的宇宙之外擴(kuò)展，那么一定是物質(zhì)先行的，不會(huì)是引力場(chǎng)或光線先行，雖然引力場(chǎng)或光線也屬于物質(zhì)。如果不是物質(zhì)向宇宙之外擴(kuò)展，而是宇宙內(nèi)部的膨脹，這也太不可思議了，其效果也許與物質(zhì)向宇宙之外擴(kuò)展是一樣的，不過，這不會(huì)是真實(shí)的，這不過是一種等效假設(shè)而已。

?

7.2光年與時(shí)間的關(guān)系

?

我們雖然清楚地知道光年是距離單位，是光在一年內(nèi)行走的距離。但是，我們毫無疑問的會(huì)把光年與時(shí)間聯(lián)系起來。比如，某個(gè)星系距離地球10億光年，我們得到的這個(gè)星系的光線是這個(gè)星系10億年前發(fā)出的光線。這樣的結(jié)論是想當(dāng)然地，也沒有人懷疑。實(shí)際上，這樣的結(jié)論是錯(cuò)誤的。

?????距離10億光年，其光線來到地球并不一定需要10億年，也許只是8億年前發(fā)出的光線。這又為何呢？原因是，用我們地球的時(shí)間或距離來說，光線運(yùn)行并不是勻速的，而是變速的。在宇宙質(zhì)量稠密區(qū)域，時(shí)間運(yùn)行緩慢，也就是空間稠密，光線在這里運(yùn)行較慢。反之，在宇宙質(zhì)量稀疏區(qū)域，時(shí)間運(yùn)行得快，空間稀疏，光線運(yùn)行得較快。

?????在星系之間，引力場(chǎng)較弱，空間稀疏，光線運(yùn)行速度很快。而在星系內(nèi)部，引力場(chǎng)較強(qiáng)，空間稠密，光線運(yùn)行速度較慢。因此，以我們地球的時(shí)間或距離，感覺的10億光年外的光線，來到地球，會(huì)穿越物質(zhì)稀疏或者說引力場(chǎng)較弱的星系空隙，光線在這里速度很快，耗用的時(shí)間較少，結(jié)果是，光線用不了10億年就可以來到地球表面。

?????引力場(chǎng)強(qiáng)度決定時(shí)間運(yùn)行速度，決定光速。物質(zhì)密度決定引力場(chǎng)強(qiáng)度。反之，如果光線是從物質(zhì)稠密的區(qū)域運(yùn)行到物質(zhì)稀疏的區(qū)域，光線實(shí)際運(yùn)行的時(shí)間會(huì)大于光年所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。

?????所謂的空間膨脹就是物質(zhì)分布密度逐漸稀疏所致，就是宇宙大爆炸階段，空間膨脹。同理，到宇宙大收縮的階段，自然會(huì)是空間收縮的。

有人認(rèn)為宇宙有900億光年的直徑尺度（半徑450億光年），其實(shí)宇宙大爆炸實(shí)現(xiàn)這樣的空間尺度，并不需要450億年，一百多億年就夠了。因此，這個(gè)宇宙大爆炸過程中，似乎存在明顯的空間膨脹現(xiàn)象，這是宇宙物質(zhì)稀疏化所帶來的必然現(xiàn)象。因此，我們不能把光年這個(gè)距離單位，與所對(duì)應(yīng)的時(shí)間完全等效。

光年與時(shí)間不對(duì)應(yīng)，并不是空間膨脹所致?？臻g膨脹是個(gè)奇怪概念，是一種錯(cuò)覺，是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)帶來的一種錯(cuò)覺。

?

7.3零點(diǎn)八七倍光速以來的宇宙

?

宇宙大爆炸后，在引力作用下，宇宙物質(zhì)膨脹速度下降到0.87倍光速時(shí)，根據(jù)狹義相對(duì)論，此時(shí)宇宙物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)能量等于靜止質(zhì)量。此時(shí)會(huì)是宇宙大爆炸的哪個(gè)時(shí)間段？

根據(jù)著名的哈勃定律，我們地球上觀測(cè)到的星系光線發(fā)出時(shí)間，每相差350萬年的星系光線的紅移量差異，根據(jù)多普勒公式，大致得到星系速度變化71千米每秒。這種星系紅移，既有宇宙物質(zhì)擴(kuò)散帶來的引力紅移效應(yīng)，也有宇宙大爆炸不同時(shí)間的膨脹速度差異帶來的多普勒效應(yīng)差異。如果扣除引力紅移因素，這意味著光線的紅移量會(huì)減少一些，對(duì)應(yīng)的星系速度變化也會(huì)小一些，比如，也許會(huì)從71千米每秒下降到50千米每秒。

假如按照350萬年，相差50千米每秒的速度，35億年相差5萬千米每秒，140億年相差20萬千米每秒。而宇宙只誕生了138億年了，這種速度變化幅度明顯是不行的，有些偏小。如果不考慮引力紅移，只考慮多普勒效應(yīng)，按照71千米每秒的速度差異計(jì)算，140億年相差28.4萬千米每秒。這個(gè)速度似乎也略微偏小。難道哈勃系數(shù)需要再大一些？

實(shí)際上，不是相差350萬年，就會(huì)產(chǎn)生71千米每秒的速度差異，而是距離相差350萬光年，才會(huì)產(chǎn)生71千米每秒的速度差異。我們通過上一節(jié)內(nèi)容，已經(jīng)知道，距離與時(shí)間并不一致，二者不能等效。雖然宇宙時(shí)間才138億年，但是宇宙的尺度卻明顯比這要大。比如宇宙的半徑尺度可以達(dá)到450億光年。

如果宇宙半徑尺度按照450億光年，350萬光年按照71千米每秒的速度差異，350萬光年的尺度，速度就可以相差71萬千米每秒了。這當(dāng)然不可能的。這說明，71千米每秒的速度差異，相當(dāng)一部分是引力紅移效應(yīng)帶來的速度數(shù)字放大效應(yīng)。

因此，我們?nèi)绻赐贫嗥绽招?yīng)的貢獻(xiàn)份額，也許可以得出更為接近實(shí)際的可能性。假設(shè)多普勒效應(yīng)貢獻(xiàn)了全部，450億光年的尺度，最高30萬千米每秒。則意味著350萬光年的尺度，只能產(chǎn)生約23千米每秒的速度差異。因此，考慮到引力紅移效應(yīng)，實(shí)際的多普勒效應(yīng)帶來的速度變化就會(huì)明顯比23千米每秒小了。而我們觀測(cè)到的速度差異，換算成多普勒的紅移效應(yīng)是71千米每秒，與23千米每秒差異明顯，可見，這個(gè)71千米每秒的速度變化，主要貢獻(xiàn)者是引力紅移效應(yīng)。也就是引力紅移效應(yīng)貢獻(xiàn)了大部分，甚至絕大部分。

我們需要深思的是，為何沒有觀測(cè)到更明顯的紅移星系光線，或者觀測(cè)到而被我們主動(dòng)疏忽了。畢竟這個(gè)似乎超出了我們的想象力。

紅移量更大的星系，也許太暗淡，不容易觀測(cè)到。也許我們主動(dòng)地回避了這些星系的光線，畢竟似乎不好解釋。我們完全可以更加自信一些，實(shí)事求是一些，大膽分析我們觀測(cè)到的信息。

這里的邏輯太不好想象了，我們先順著科學(xué)家暗能量的思路想象一下。按照暗能量的邏輯，宇宙空間是膨脹的。在暗能量的作用下，相互距離越遠(yuǎn)，空間膨脹速度越大，即空間膨脹速度與距離成正比。光線在膨脹的空間中運(yùn)行，也會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，這是暗能量理論假設(shè)的，不是筆者說的。

因此，當(dāng)空間膨脹對(duì)其中的光線產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)，對(duì)應(yīng)的速度接近光速時(shí)，我們就無法觀測(cè)到空間膨脹超光速情況下的光線多普勒效應(yīng)了。因?yàn)椋凑湛臻g的超光速膨脹速度，其中的光線永遠(yuǎn)會(huì)在路上，而不能被我們觀測(cè)到，即其中傳播的光線不會(huì)傳播到我們地球上。

如果光線產(chǎn)生于A點(diǎn)，我們地球算B點(diǎn)，AB之間的距離為某個(gè)數(shù)值時(shí)，AB之間的空間膨脹速度是半個(gè)光速。當(dāng)AB之間的距離擴(kuò)大一倍時(shí)，此時(shí)的AB之間的空間的膨脹速度就相當(dāng)于光速了。此時(shí)，由A點(diǎn)發(fā)出的光線，會(huì)永遠(yuǎn)在路上傳播，而無法到達(dá)地球。道理很簡單，當(dāng)光線傳播一光年距離時(shí)，AB之間的空間也同時(shí)擴(kuò)大了一光年。意味著光線永遠(yuǎn)也無法到達(dá)地球。

按照實(shí)際觀測(cè)的多普勒效應(yīng)數(shù)據(jù)，空間膨脹達(dá)到光速，空間的尺度需要大約140億光年。即我們現(xiàn)在容易觀測(cè)到的宇宙半徑的尺度，就是空間光速膨脹所需的空間尺度。意味著容易觀測(cè)到的宇宙直徑，兩個(gè)半徑的尺度，280億光年的距離的空間膨脹速度為兩倍光速。這意味著，距離我們左右各140億光年的地方，永遠(yuǎn)也看不到對(duì)方了。這是暗能量理論的邏輯，不是筆者的邏輯。

按照暗能量的類似邏輯，就是距離我們不到140億光年的區(qū)域，發(fā)出的光線，也是需要很長時(shí)間才能被我們看到。比如距離70億光年的地方發(fā)出的光線，向我們地球方向輻射，70億年后，才可能會(huì)來到我們地球的位置。但是，由于空間膨脹，我們地球與發(fā)出光線的地方之間的空間膨脹了35億光年。此時(shí)，光線依然不會(huì)到達(dá)地球，而是還在到達(dá)地球的路途上。光線到達(dá)地球，最終需要105億年（有沒有興趣，想知道我是怎么得到這個(gè)數(shù)值的），而不是70億年。按照這個(gè)邏輯，我們看到的距離105億光年的星系，發(fā)出這些光線時(shí)，只是距離我們地球70億光年的距離。

這些距離我們地球70億光年的星系，向地球方向發(fā)出的光線，需要經(jīng)過105億年，才會(huì)傳播到地球表面，被我們看到。這105億年，這些星系繼續(xù)遠(yuǎn)離著我們，這些星系又向遠(yuǎn)離我們的方向前進(jìn)了幾十億光年。這些星系從距離我們地球70億光年的地方以半個(gè)光速的空間膨脹速度遠(yuǎn)離我們地球，隨著空間尺度的繼續(xù)增大，遠(yuǎn)離我們的速度也會(huì)同比增大。經(jīng)過抽象或想象思維，我們的結(jié)論是；這些距離我們地球70億光年的星系，向地球方向發(fā)出的光線，需要經(jīng)過105億年，才會(huì)傳播到地球表面，被我們看到，此時(shí)這些星系距離我們的實(shí)際距離已經(jīng)翻番，達(dá)到140億光年了。因?yàn)?，距離70億年的空間，經(jīng)過105億年的空間膨脹，尺度倍增，達(dá)到140億光年。即我們測(cè)量的距離我們105億年的星系，現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)動(dòng)到了距離我們地球140億年的地方。

而距離我們140億年的地方的星系，由于空間膨脹速度接近光速，這意味著這些光線無法與地球縮短距離，這些光線也就永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到地球了。這意味著我們永遠(yuǎn)也看不到這些星系了。我們看到的宇宙空間極限也就是半徑140億光年了，可視宇宙不能再大了。我們雖然看不到更遠(yuǎn)的地方，但我們知道，更遠(yuǎn)的地方確實(shí)是存在的。

我們看到的140億光年區(qū)域的星系，實(shí)際上這些星系發(fā)出這些光線的時(shí)候，大致在距離我們地球87億光年的地方，現(xiàn)在這些星系已經(jīng)位于距離我們地球193億光年的地方了，意味著這些星系現(xiàn)在發(fā)出的光線再也到達(dá)不了未來的地球上了。根據(jù)本節(jié)前面的內(nèi)容，我們已經(jīng)知道，我們觀測(cè)到的距離數(shù)值要比實(shí)際上的距離數(shù)值遠(yuǎn)一些。

根據(jù)星系遠(yuǎn)離我們地球的哈勃常數(shù)，我們已經(jīng)觀測(cè)到的紅移量對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)離速度達(dá)到0.9倍光速的星系，大致再有15億年，這些星系會(huì)距離地球更遠(yuǎn)一些，這些星系與地球之間的空間膨脹速度就會(huì)超光速了。如果那時(shí)還有人類，應(yīng)該就看不到這些星系的光線了。

雖然根據(jù)暗能量的理論進(jìn)行遐想邏輯也是很有意思的，不過，這不是筆者真實(shí)的意圖，筆者依然是不贊成暗能量的。因?yàn)?，暗能量的瑕疵太大，我們不可能?huì)接受的。

?

??7.4物質(zhì)與能量的相互轉(zhuǎn)化

?

物質(zhì)與能量本質(zhì)上是一樣的，是質(zhì)能的不同表現(xiàn)狀態(tài)，二者之間可以相互轉(zhuǎn)化。隨著人們對(duì)反物質(zhì)的了解，逐漸知道了物質(zhì)與能量主要是怎樣轉(zhuǎn)化的。一對(duì)能量束，比如，一對(duì)高頻率的光子相向碰撞，可以形成一粒反物質(zhì)（比如反電子）和一粒物質(zhì)（比如電子）。相反過程依然成立，等質(zhì)量的一粒反物質(zhì)（比如反電子）與物質(zhì)（比如電子）相碰湮滅后，形成一對(duì)高頻率的光子。此過程遵守動(dòng)量守恒或角動(dòng)量守恒原理?？梢?，物質(zhì)與能量是可以相互轉(zhuǎn)化的，通過反物質(zhì)與物質(zhì)的湮滅或生成是物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化的主體模式，但也不是全部模式，還有常見的緩慢模式。

???比如，促使物體速度提高的能量，根據(jù)狹義相對(duì)論，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度提高，意味著運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的提高，也就是質(zhì)量的提高，即慣性質(zhì)量或引力質(zhì)量的提高。這個(gè)過程就是能量逐漸轉(zhuǎn)換成質(zhì)量的過程。

????物質(zhì)轉(zhuǎn)換成能量的過程也是很普遍的現(xiàn)象，比如物質(zhì)的放射性衰變，就是物質(zhì)轉(zhuǎn)換成能量的過程。兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體相互碰撞后，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量轉(zhuǎn)換成熱能的過程，也是物質(zhì)轉(zhuǎn)換成能量的常見過程。

???可見，物質(zhì)與能量的相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)換是一種普遍現(xiàn)象，存在于我們生活中的方方面面，是自然界最核心的變化。

物質(zhì)與能量的轉(zhuǎn)化讓人浮想聯(lián)翩，特別是正反電子的碰撞湮滅產(chǎn)生兩束強(qiáng)大的伽馬射線的實(shí)驗(yàn)，似乎隱含著物質(zhì)構(gòu)成的本質(zhì)。在高能粒子加速器中，科學(xué)家通過高速質(zhì)子束（大量高速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量）沖擊固定靶，這個(gè)過程可以產(chǎn)生少量反質(zhì)子（負(fù)質(zhì)子），然后捕獲這些反質(zhì)子。一種同位素的衰變可以產(chǎn)生正電子（反電子），捕獲后，與反質(zhì)子放到一起，讓其自然結(jié)合，就形成了反氫原子?，F(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)能讓反氫原子存在十幾分鐘的時(shí)間了，這意味著已經(jīng)可以對(duì)其進(jìn)行物理或化學(xué)性質(zhì)的研究了。

估計(jì)，高速質(zhì)子轟擊固定靶，意味著局部的超高溫，可以產(chǎn)生大量極高頻率的伽馬射線，其中的極少數(shù)伽馬射線有機(jī)會(huì)相互碰撞，從而產(chǎn)生反質(zhì)子。原理也許應(yīng)該是這樣的，如果原理是這樣的，這個(gè)轟擊過程中，也應(yīng)該會(huì)產(chǎn)生反電子等反粒子，不知實(shí)際情況如何？不是明確地通過伽馬射線的碰撞制造反物質(zhì)，因?yàn)槿祟悤簳r(shí)還沒有能力制造高密度分布的伽馬射線。想讓伽馬射線有碰撞機(jī)會(huì)，需要伽馬射線高密度分布。

實(shí)際上是高速質(zhì)子轟擊固定靶，導(dǎo)致質(zhì)子與質(zhì)子的高速碰撞，質(zhì)子被撞爛了，質(zhì)子解體了。解體為組成質(zhì)子或夸克的更基本的物質(zhì)微粒，這些物質(zhì)微粒必然會(huì)重新結(jié)合，形成反質(zhì)子和質(zhì)子，類似于伽馬射線結(jié)合形成電子和反電子的情況。

兩粒相向碰撞的伽馬射線，可以轉(zhuǎn)變成質(zhì)量相同，電荷相反的電子與反電子。這個(gè)過程本身讓人無限遐想。這是物質(zhì)存在狀態(tài)的一種改變。兩束電磁波變成正電子與電子，都與電磁力有關(guān)啊！

?

7.5反物質(zhì)與物質(zhì)緊密并存時(shí)代

?

按照宇宙大爆炸理論，初始宇宙完全是一團(tuán)能量，或者說宇宙初始物質(zhì)先是轉(zhuǎn)化成能量狀態(tài)，比如各個(gè)頻率的光子。然后在時(shí)空擴(kuò)張過程中，隨著宇宙溫度的下降，能量（光子）相互的碰撞結(jié)合成為物質(zhì)與反物質(zhì)。

能量是通過碰撞結(jié)合成共生的一對(duì)物質(zhì)與反物質(zhì)粒子，因此，宇宙初期的物質(zhì)與反物質(zhì)是等量的。物質(zhì)與反物質(zhì)碰撞湮滅成能量也是一一對(duì)應(yīng)的，這依然顯示或意味著宇宙中的物質(zhì)與反物質(zhì)應(yīng)該是同樣多的。物理理論上似乎也沒有什么機(jī)制原理顯示物質(zhì)應(yīng)該多于反物質(zhì)?？傊?，宇宙中的物質(zhì)與反物質(zhì)應(yīng)該是同樣多的。而我們地球或太陽系甚至銀河系為何卻是物質(zhì)構(gòu)成的呢？為何罕見反物質(zhì)呢？這確實(shí)是令人困惑的事情。

敞開我們的想象力，想象一下宇宙初期的狀態(tài)，也就是物質(zhì)與反物質(zhì)與能量并存的時(shí)期。此時(shí)宇宙時(shí)空比較小，宇宙物質(zhì)或能量很稠密。在這個(gè)時(shí)期，同時(shí)幾乎有無數(shù)的物質(zhì)與反物質(zhì)碰撞湮滅成能量，無數(shù)的能量束碰撞湮滅成物質(zhì)與反物質(zhì)，此時(shí)宇宙物質(zhì)與反物質(zhì)及能量束處于一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。隨著宇宙的繼續(xù)膨脹，空間越來越開闊，物質(zhì)與反物質(zhì)及能量束的動(dòng)態(tài)平衡會(huì)被打破，隨機(jī)性的物質(zhì)與反物質(zhì)在一些空間分布的不均衡將頻繁出現(xiàn)，即有些地方物質(zhì)粒子偏多一些，有些地方反物質(zhì)偏多一些。這種偶然性或隨機(jī)性的物質(zhì)粒子與反物質(zhì)粒子的分布不均衡現(xiàn)象很重要，這進(jìn)一步演化出了我們現(xiàn)在的宇宙。

一旦局部空間出現(xiàn)物質(zhì)或反物質(zhì)偏多，就會(huì)進(jìn)一步形成偏多的物質(zhì)（或反物質(zhì)）的結(jié)合體。誰在這個(gè)空間偏多，最終誰就會(huì)完全占據(jù)優(yōu)勢(shì)，而逐漸發(fā)展出單一物質(zhì)（或反物質(zhì)）的空間區(qū)域。你能想象這個(gè)過程嗎？是通過物質(zhì)與反物質(zhì)粒子的高速隨機(jī)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)相互分離的，物質(zhì)（反物質(zhì)）粒子運(yùn)動(dòng)到物質(zhì)（反物質(zhì)）粒子占優(yōu)勢(shì)的區(qū)域，自然是容易幸存下來，反之，就容易被湮滅。經(jīng)過無數(shù)次這樣的過程，物質(zhì)與反物質(zhì)就實(shí)現(xiàn)了空間的分離。

如果局部空間物質(zhì)（或反物質(zhì)）占據(jù)多數(shù)，物質(zhì)（或反物質(zhì)）與物質(zhì)（或反物質(zhì)）碰撞，依然是物質(zhì)（或反物質(zhì)），不會(huì)轉(zhuǎn)變成能量而消失。但是這個(gè)局部區(qū)域的反物質(zhì)（物質(zhì)）與物質(zhì)（或反物質(zhì)）相碰就會(huì)消失而轉(zhuǎn)變成中性的能量，這必然意味著這個(gè)區(qū)域的反物質(zhì)（或物質(zhì)）會(huì)越來越少，而物質(zhì)（或反物質(zhì)）占據(jù)的比例會(huì)越來越大。

我們還可以想象出，在物質(zhì)（或反物質(zhì)）占據(jù)完全優(yōu)勢(shì)的局部空間，其周圍空間大概率的會(huì)是反物質(zhì)（或物質(zhì)）占據(jù)優(yōu)勢(shì)。道理很簡單，因?yàn)?，反物質(zhì)與物質(zhì)要守恒。具體原因是，這個(gè)局部空間的物質(zhì)（或反物質(zhì)）是通過逃逸到外圍而使這個(gè)局部空間物質(zhì)（或反物質(zhì)）占據(jù)優(yōu)勢(shì)的，外圍自然是反物質(zhì)（或物質(zhì)）占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

因此我們可以判斷宇宙中的物質(zhì)與反物質(zhì)依然是基本相等的，這個(gè)區(qū)域物質(zhì)多了，那個(gè)區(qū)域反物質(zhì)就會(huì)多。如果我們銀河系及其附近星系完全是物質(zhì)構(gòu)成的，這意味著距離我們遠(yuǎn)一些的星系應(yīng)該大概率的就是反物質(zhì)構(gòu)成的星系。物質(zhì)構(gòu)成的星系與反物質(zhì)構(gòu)成的星系應(yīng)該是參差不齊的分布在廣袤的宇宙空間中，而不會(huì)是這半個(gè)宇宙是物質(zhì)，那半個(gè)宇宙是反物質(zhì)。要么是宇宙中部是物質(zhì)（或反物質(zhì)）構(gòu)成，宇宙外圍是反物質(zhì)（或物質(zhì)）構(gòu)成，要么是若干相鄰的星系是物質(zhì)（或反物質(zhì)）構(gòu)成，另一些相鄰的星系是反物質(zhì)（或物質(zhì)）構(gòu)成，物質(zhì)與反物質(zhì)構(gòu)成的星系團(tuán)相間分布在宇宙空間中。

或者說，物質(zhì)與反物質(zhì)的空間集聚分布的距離并沒有星系尺度那么大，也許每個(gè)大的星系中部是物質(zhì)（或反物質(zhì)），而周圍是反物質(zhì)（物質(zhì)）。由于物質(zhì)（或反物質(zhì)）過度稠密地集中在中心地帶，這會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)（或反物質(zhì)）在引力的作用下集中起來，并逐漸形成巨型黑洞。物質(zhì)或反物質(zhì)形成的黑洞不會(huì)有任何差異，物質(zhì)或反物質(zhì)一旦形成黑洞，也就不會(huì)表現(xiàn)出任何的物質(zhì)或反物質(zhì)的屬性差異了。

因此，我們可以推測(cè)或想象，星系中心的大型黑洞很有可能是由星系組成物質(zhì)（或反物質(zhì)）相反的物質(zhì)構(gòu)成。比如我們銀河系中心的巨型黑洞，很有可能初始階段就是由反物質(zhì)聚合形成的黑洞。在初始銀河系中心密布的反物質(zhì)的外圍分布著物質(zhì)，這構(gòu)成了我們現(xiàn)在銀河系的主體部分。也就是說巨型黑洞是促使物質(zhì)與反物質(zhì)在局部區(qū)域最終分布完全不均衡的誘因。當(dāng)然，對(duì)于整個(gè)宇宙來說，有物質(zhì)形成的巨型黑洞，也有反物質(zhì)形成的黑洞，總體上應(yīng)該是均衡的，也就是說整個(gè)宇宙總體上物質(zhì)與反物質(zhì)總量是均衡的。

反物質(zhì)與物質(zhì)緊密并存時(shí)代，是宇宙大爆炸的初期，那時(shí)的宇宙還在迅速膨脹的過程中，空間尺度不大，物質(zhì)很稠密。這為物質(zhì)與反物質(zhì)的空間分離提供了便利。物質(zhì)與反物質(zhì)的分離所跨尺度不大，耗用的時(shí)間并不大，因此，宇宙大爆炸前期，物質(zhì)與反物質(zhì)較快進(jìn)行了空間分離。如果按照現(xiàn)在的宇宙尺度，物質(zhì)與反物質(zhì)分離所耗用的時(shí)間將是難以想象的，幾乎是完不成的。但在那時(shí)的宇宙，卻可以用較短時(shí)間完成物質(zhì)與反物質(zhì)的空間分離。

?

7.6類星體時(shí)代

?

一種個(gè)體不大，但是發(fā)光量卻比星系還要多的星體，其發(fā)光水平類似超新星，超新星是短期的爆發(fā)，而這個(gè)星體卻是長時(shí)間持續(xù)發(fā)光。人們給這種星體起名為類星體，也就是說，人們暫時(shí)難以判斷這些星體是什么，是怎么回事，而給予了暫時(shí)的這樣的稱呼。

人們發(fā)現(xiàn)的類星體數(shù)量已經(jīng)達(dá)到幾千個(gè)了，主要特點(diǎn)是距離我們比較遠(yuǎn)，銀河系是沒有這樣的東西的，附近星系也沒有。遠(yuǎn)離我們的星系分布得多，比如，上百億光年之外的地方分布得多?？梢娋嚯x宇宙大爆炸時(shí)間越近，類星體出現(xiàn)概率越高。

估計(jì)類星體可能就是大型黑洞吞噬附近物質(zhì)而形成的強(qiáng)大光源，是星系成長的初期階段。那時(shí)，宇宙相對(duì)現(xiàn)在物質(zhì)分布要稠密一些，并且，物質(zhì)分布相對(duì)現(xiàn)在更加雜亂一些。一些星系在形成過程中或處于孕育過程中。以黑洞為中心，逐漸孕育著龐大的星系。

星系的初期，星系附近物質(zhì)分布規(guī)則很不明顯，比如，還沒有形成渦旋星系，各種物質(zhì)依然在雜亂無章地運(yùn)行著。恒星也在吞噬著自己周圍的物質(zhì)而發(fā)育著自己的太陽系，質(zhì)量較大的黑洞更大胃口的吞噬著周圍的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)，甚至能把剛形成的恒星吞噬掉。黑洞通過逐漸吞噬周圍無序運(yùn)動(dòng)物質(zhì)而為星系立法的過程中，也就是星系在形成中，這是星系逐漸形成的初期，黑洞可以大量地吞噬物質(zhì)。

這些被巨型黑洞逐漸吞噬的環(huán)繞黑洞的物質(zhì)，被黑洞的強(qiáng)大引力加速著，運(yùn)動(dòng)速度很大，不同角度的高速運(yùn)動(dòng)物質(zhì)相互碰撞著，自然可以碰撞出極高的溫度，形成強(qiáng)大光源，在遙遠(yuǎn)的地球人看來，這就是類星體了。

我們觀測(cè)到的類星體應(yīng)該就是宇宙形成初期的黑洞快速形成時(shí)期的景觀，那時(shí)的宇宙還在迅速膨脹過程中，宇宙空間尺度還不大，宇宙物質(zhì)密度比現(xiàn)在要大得多。并且無序運(yùn)動(dòng)物質(zhì)比例較大，因此可以產(chǎn)生壯觀的黑洞吞噬物質(zhì)現(xiàn)象。大概率不是反物質(zhì)與物質(zhì)緊密并存時(shí)代，這個(gè)時(shí)代更靠前。

在物質(zhì)與反物質(zhì)緊密并存時(shí)代，由于頻繁的物質(zhì)與反物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化，這個(gè)時(shí)代會(huì)更耀眼，就不是一小片耀眼了，而是全宇宙都耀眼。不過，那時(shí)的宇宙還比較小。比類星體時(shí)代的宇宙要小得多，更比現(xiàn)在的宇宙要小。

初始宇宙，空間尺度小，質(zhì)量稠密，以能量狀態(tài)構(gòu)成物質(zhì)主體。隨著宇宙的進(jìn)一步膨脹，空間尺度增大，密度降低，物質(zhì)狀態(tài)占比逐漸提高，能量狀態(tài)占比下降。由于宇宙膨脹需要克服強(qiáng)大的萬有引力作用，因此，這會(huì)消耗物質(zhì)運(yùn)動(dòng)所蘊(yùn)含的質(zhì)量或能量。當(dāng)然，這些消耗的運(yùn)動(dòng)物質(zhì)的質(zhì)量或能量轉(zhuǎn)變成了引力場(chǎng)能或引力勢(shì)能或引力子。因此，引力場(chǎng)能或引力勢(shì)能或引力子所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量占比也在快速提高。這種變化自然是由于空間尺度的擴(kuò)張，帶來的溫度或質(zhì)量密度下降所致。當(dāng)然，空間尺度的擴(kuò)張本身就有利于反物質(zhì)與物質(zhì)的空間分離。

?

7.7第四宇宙速度是多少呢？

第四宇宙速度也就是地球附近或太陽系的物體脫離銀河系的運(yùn)動(dòng)速度，由于太陽系距離銀河系中心2.6萬光年，距離銀河系邊緣區(qū)域2.4萬光年，從太陽系逃逸出銀河系不僅需要漫長的距離，而且還需要克服銀河系中心物質(zhì)的萬有引力。這意味著逃逸銀河系的物體會(huì)在銀河系引力作用下，運(yùn)動(dòng)速度逐漸下降。如果計(jì)算到無限遠(yuǎn)的情況下，物體運(yùn)動(dòng)速度最終趨近于零，此時(shí)這個(gè)物體從太陽系出發(fā)逃離銀河系所需要的速度就是第四宇宙速度。現(xiàn)在的問題是，這個(gè)速度有多大呢？

地球以每秒30千米的速度環(huán)繞太陽轉(zhuǎn)圈，太陽系以每秒217千米的速度環(huán)繞銀河系中心轉(zhuǎn)圈。自然是，如果想實(shí)現(xiàn)較小的銀河系逃逸速度，這個(gè)從太陽系出發(fā)的物體也意味最好與太陽系環(huán)繞銀河系的方向一致，可以獲得217千米每秒的初速度。如果方向相反，就麻煩了，逃逸銀河系的速度就大了。

比如，地球以30千米每秒的速度環(huán)繞太陽轉(zhuǎn)圈，所謂的第三宇宙速度是與地球公轉(zhuǎn)方向一致的基礎(chǔ)上的再加速。也就是從每秒30千米的基礎(chǔ)上，再每秒增加16.7千米的速度，也就是達(dá)到了46.7千米每秒的速度，地球公轉(zhuǎn)軌道上的物體保持這個(gè)速度才可以逃逸出太陽系。

太陽系環(huán)繞銀核的速度是217千米每秒，在太陽系環(huán)繞銀核的軌道上，保持217千米的速度，才可以繼續(xù)環(huán)繞銀核轉(zhuǎn)圈，低于這個(gè)速度，就會(huì)向銀核靠近，從而被加速，然后在太陽系環(huán)繞銀核的軌道里面的某個(gè)軌道上環(huán)繞銀核轉(zhuǎn)圈。因此，從地球發(fā)射某個(gè)物體，如果相對(duì)太陽的初速度為46.7千米每秒，這意味著這個(gè)物體只是可以逃逸出太陽系，并大致與太陽系環(huán)繞銀核的軌道接近的軌道上環(huán)繞銀核轉(zhuǎn)圈。自然是，這個(gè)物體相對(duì)銀核以263.7千米每秒的速度逃逸出地球，最終會(huì)遠(yuǎn)離太陽，并以217千米每秒的速度環(huán)繞銀核轉(zhuǎn)圈，幾乎與太陽系處于同一個(gè)環(huán)繞銀核轉(zhuǎn)圈的軌道上，并且轉(zhuǎn)圈方向一致。

人們之所以推測(cè)想象暗物質(zhì)的存在，就是由于銀河系天體環(huán)繞銀核的速度并沒有隨著距離銀核越遠(yuǎn)而速度越小的變化規(guī)律，而這個(gè)規(guī)律在太陽系是存在的。這也許是由于銀河系質(zhì)量是相對(duì)太陽系分散的，并不像太陽系那樣集中到中心區(qū)域。我們?cè)谶@里不談?wù)撨@個(gè)問題，我們假設(shè)銀河系邊緣的天體也以類似太陽系的速度環(huán)繞銀核轉(zhuǎn)圈。這樣，太陽系物體逃逸到銀河系邊緣，只需要考慮引力勢(shì)能的變化，而無需考慮環(huán)繞速度的變化。

根據(jù)引力勢(shì)能公式GMm/R，以及根據(jù)動(dòng)能公式E=0.5mv^2，GMm/R=0.5mV^2，m去掉，為GM/R=0.5v^2，變形得到V=√（2GM/R）。G等于6.67×10^-11方，光年距離為9.46×10^15米，太陽質(zhì)量約為2.0×10^30 千克，銀河系質(zhì)量相當(dāng)于3000多億倍太陽質(zhì)量，如果太陽系軌道以內(nèi)的銀河系質(zhì)量M為2000億個(gè)太陽質(zhì)量，太陽距離銀河系中心的距離為2.6萬光年，也就是R為2.6萬光年。此時(shí)V=√（2.169×10^11）=465774米/秒，也就是具466千米每秒的速度才可以在太陽系環(huán)繞銀核的軌道上，逃逸出銀河系。

466千米每秒的速度是低估狀態(tài)的速度，上面已經(jīng)說過，太陽系環(huán)繞銀核的軌道之外還存在大量的物質(zhì)，從太陽系軌道上逃逸銀河系依然需要克服這些物質(zhì)的引力作用，因此，這意味著從太陽系軌道上逃逸銀河系還需要更大的初速度，如果銀河系質(zhì)量M取值為3000億個(gè)太陽質(zhì)量，R取值為5萬光年，此時(shí)V就是物質(zhì)從銀河系邊緣區(qū)域的逃逸速度。此時(shí)V=√（2GM/R）=√（1.692×10^11）=411千米/秒。這依然沒有考慮物體需要逃逸太陽系所需要的能量，以及逃逸地球所需要的能量，不過這些能量相對(duì)逃逸銀河系需要的能量就小多了，可以忽略。

一個(gè)常識(shí)，如果物質(zhì)分布不是非常特別，這意味著軌道逃逸速度總是會(huì)略大于軌道環(huán)繞速度的。比如，太陽系的軌道環(huán)繞速度是每秒217多千米，而太陽系軌道的逃逸速度近466千米每秒。在銀河系核心區(qū)域，引力很大，環(huán)繞速度很大，每秒幾千千米或上萬千米的環(huán)繞速度，意味著同樣壯觀而數(shù)據(jù)大一些的逃逸速度。也就是我們一旦知道環(huán)繞速度，逃逸速度也就是略大一些了，我們也能大致估測(cè)逃逸速度的范圍。

根據(jù)離心力公式和萬有引力公式，可以得到環(huán)繞速度公式，V環(huán)=√（GM/R）。V環(huán)=√（GM/R）對(duì)比前面的逃逸公式V=√（2GM/R），可以看到二者的公式很類似，速度數(shù)值相差√2倍，也就是相差約1.414倍。無限遠(yuǎn)的逃逸速度是環(huán)繞速度的√2倍。

由于現(xiàn)實(shí)中，不可能是無限遠(yuǎn)逃逸的，比如，銀河系的勢(shì)力范圍也就是百萬光年。物質(zhì)逃逸銀河系百萬光年就可以進(jìn)入本星系群中其他星系的勢(shì)力范圍了，也就可以認(rèn)為物質(zhì)已經(jīng)逃逸出銀河系了。此時(shí)物質(zhì)逃逸銀河系所需要的能量就比無限遠(yuǎn)小一點(diǎn)了，大約是無限遠(yuǎn)能量的三分之二就可以逃逸出銀河系的勢(shì)力范圍了。無限遠(yuǎn)能量（動(dòng)能）的三分之二就是，其對(duì)應(yīng)的逃逸速度就是三分之二的根號(hào)V，約0.8164V。而無限遠(yuǎn)逃逸速度是環(huán)繞速度的√2倍，即環(huán)繞速度是無限遠(yuǎn)逃逸速度V的約0.707倍。考慮現(xiàn)實(shí)的非無限遠(yuǎn)逃逸速度大約是無限遠(yuǎn)逃逸速度的百分之八十，而環(huán)繞速度大約是無限遠(yuǎn)逃逸速度的百分之七十，此時(shí)的非無限遠(yuǎn)逃逸速度依然大于環(huán)繞速度?？梢姡@基本是一個(gè)普適情況，逃逸速度大于環(huán)繞速度，并且速度數(shù)值相差不大。

我們根據(jù)V環(huán)=√（GM/R），可以得到M=V環(huán)V環(huán)R/G，計(jì)算太陽系軌道以內(nèi)的銀河系質(zhì)量M。此時(shí)太陽系環(huán)繞銀河系的速度取值217千米每秒，可以得到M是868億倍的太陽質(zhì)量。太陽系距離銀河系中心2.6萬光年，距離銀河系邊緣區(qū)域2.4萬光年，根據(jù)公式M=V環(huán)V環(huán)R/G，可以看到環(huán)繞軌道內(nèi)的質(zhì)量與R成正比，5萬光年的銀河系邊緣區(qū)域，如果V環(huán)還是217千米每秒，則意味著軌道內(nèi)銀河系質(zhì)量（已經(jīng)包括所謂的暗物質(zhì)了）只是1700億倍太陽質(zhì)量，這明顯低于我們認(rèn)為的3000億倍太陽質(zhì)量?？梢姡^的3000億倍或4000億倍太陽質(zhì)量的銀河系，尺度要比半徑5萬光年大一倍，大致是10萬光年。半徑5萬光年到10萬光年的環(huán)形球狀區(qū)域，可見天體很少，幾乎完全是所謂的暗物質(zhì)，即暗天體。

我們知道地球附近的太陽風(fēng)中的高速運(yùn)動(dòng)粒子速度在400千米每秒附近，這明顯比地球軌道附近每秒40多千米的太陽系逃逸速度大。太陽風(fēng)可以輕松逃逸出太陽系，相對(duì)于306千米每秒的太陽系位置的銀河系逃逸速度，相當(dāng)一部分太陽風(fēng)也可以逃逸出銀河系。

從感覺或推理看，太陽系軌道以內(nèi)的區(qū)域，逃逸銀河系自然是需要克服更大的引力勢(shì)能，需要具備更大的初速度才可以逃逸銀河系。

物體就是逃逸出銀河系，逃逸出本星系群相對(duì)就困難多了。如果逃逸銀河系所在的本星系群叫做第五宇宙速度的話，本星系群質(zhì)量如果按照銀河系質(zhì)量的50倍計(jì)算，R按照100萬光年計(jì)算的話，第五宇宙速度將達(dá)到每秒600多千米，這將可以阻擋大部分太陽風(fēng)粒子，也就是絕大部分太陽風(fēng)粒子將被束縛在本星系群勢(shì)力范圍內(nèi)。當(dāng)然，確實(shí)可以有相當(dāng)一部分太陽風(fēng)粒子可以逃逸本星系群。這也意味著，我們銀河系可以得到一些本星系群之外的物質(zhì)，雖然其他星系的物質(zhì)逃逸出自己星系是類似的困難。如果我們本星系群之外的星系由反物質(zhì)組成，我們可以探測(cè)到一些反物質(zhì)的到來，確實(shí)如此，我們確實(shí)探討到太空中的反物質(zhì)了，只是反物質(zhì)的分布密度大小如何？確實(shí)令人感興趣！

本星系群在半徑100萬光年之外的地方，逃逸本星系群的速度達(dá)到600多千米每秒，此處的環(huán)繞速度，即環(huán)繞本星系群的速度600多千米每秒除以根號(hào)2，大約是400多千米每秒，這個(gè)環(huán)繞速度是很壯觀的。這個(gè)位置有一個(gè)星系的話，將以400多千米每秒的速度環(huán)繞本星系群轉(zhuǎn)圈，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡。

500千米每秒的速度，只是光速的600分之一，相對(duì)100萬光年的尺度，是如此緩慢，穿越100萬光年的距離需要運(yùn)行6億年，環(huán)繞本星系群一周需要37.7億年。這對(duì)于才誕生138億年的宇宙來說，占比不小?？梢姡@個(gè)區(qū)域天體軌道進(jìn)化是很弱的。

這個(gè)第四宇宙速度確實(shí)不大，但已經(jīng)足夠束縛本星系群中的所有星系的運(yùn)動(dòng)了。比如，我們銀河系與仙女座星系的相對(duì)速度只是一百多千米每秒，明顯比第四宇宙速度小。令人失望的是，這個(gè)速度只是能勉強(qiáng)束縛太陽風(fēng)，這意味著會(huì)有大量粒子逃逸本星系群。本星系群也會(huì)得到其他星系群的大量粒子。這意味著，本星系群附近的星系群物質(zhì)構(gòu)成很有可能不是反物質(zhì)。不然的話，我們銀河系會(huì)得到大量的反物質(zhì)粒子的。

物質(zhì)逃逸超本星系群的難度就會(huì)明顯大一些的，超本星系群與其他星系團(tuán)相互交流的物質(zhì)粒子就會(huì)少許多了。也許，超本星系團(tuán)之外的星系團(tuán)是反物質(zhì)構(gòu)成的。如果還不行的話，室女座藍(lán)天星系團(tuán)的束縛能力就更強(qiáng)大了，附近星系團(tuán)就可以是反物質(zhì)構(gòu)成的了。

?

7.8宇宙逃逸速度是多少呢？

根據(jù)引力勢(shì)能公式GMm/R，整個(gè)宇宙如果按照10億個(gè)銀河系的質(zhì)量計(jì)算，宇宙半徑按照130億光年計(jì)算，光年距離為9.46*10^15米，那么宇宙的逃逸速度V是多少呢？V=√（2GM/R），太陽質(zhì)量約為2.0×10^30 千克，銀河系質(zhì)量約相當(dāng)于4000億倍太陽質(zhì)量，常數(shù)G等于6.67*10^-11，此時(shí)V等于29458千米每秒。也就是在宇宙邊緣區(qū)域物體逃逸無限遠(yuǎn)的速度是每秒近3萬千米，雖然需要考慮相對(duì)論效應(yīng)，不過，依然比光速要小得多。

如果宇宙按照1000億個(gè)銀河系質(zhì)量計(jì)算，逃逸速度就會(huì)增大10倍，接近光速了。

我們知道，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)不會(huì)超光速，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度很大的時(shí)候，不能按照E=0.5mV^2這樣的能量公式計(jì)算了，需要考慮相對(duì)論效應(yīng)了。物質(zhì)的靜止質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為E=mC^2，把物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)論動(dòng)能換算成物質(zhì)靜止質(zhì)量對(duì)應(yīng)能量的倍數(shù)，這樣就可以避開狹義相對(duì)論的帶根號(hào)的能量（質(zhì)量）公式了。

我們?nèi)绻肂這個(gè)字母表示倍數(shù)，得到BmC^2，與引力勢(shì)能公式GMm/R對(duì)接，BmC^2=GMm/R，B=?GM/R C^2。此時(shí)B就是物質(zhì)的宇宙逃逸速度所對(duì)應(yīng)的相對(duì)論動(dòng)能相當(dāng)于物質(zhì)靜止質(zhì)量的倍數(shù)。如果整個(gè)宇宙質(zhì)量相當(dāng)于銀河系質(zhì)量的1000億倍，考慮速度的相對(duì)論效應(yīng)，此時(shí)B約等于0.48。即運(yùn)動(dòng)速度洛倫茲系數(shù)為1.48的物體，在宇宙邊緣可以逃逸出假設(shè)的1000億倍銀河系質(zhì)量，半徑為130億光年的宇宙。

根據(jù)科學(xué)家對(duì)宇宙的研究，人們對(duì)宇宙質(zhì)量的估計(jì)要明顯比1000億倍銀河系質(zhì)量偏大一些，比如一部分人傾向于可觀測(cè)宇宙質(zhì)量是銀河系質(zhì)量的2萬億倍。當(dāng)然宇宙的空間尺度也比我們常說的大，可觀測(cè)宇宙的半徑是460億光年。460億光年之外是不會(huì)給予我們銀河系有任何影響的宇宙，屬于不可觀測(cè)宇宙。

如果宇宙質(zhì)量取值2萬億倍的銀河系質(zhì)量，宇宙半徑取值460億光年。根據(jù)公式B=?GM/R C^2，這樣的宇宙逃逸速度就很大了，此時(shí)B約等于2.72。即運(yùn)動(dòng)速度洛倫茲系數(shù)為3.72的物體，在宇宙邊緣可以逃逸出假設(shè)的半徑為460億光年，質(zhì)量為2萬億倍銀河系質(zhì)量的宇宙。

當(dāng)然，這是不行的，我們根據(jù)黑洞的史瓦西半徑區(qū)域的速度，可以感覺到，當(dāng)逃逸速度逼近光速的時(shí)候，問題就出來了。按照史瓦西黑洞的形成原理，意味著這個(gè)區(qū)域之內(nèi)的某個(gè)距離之內(nèi)屬于黑洞了。如果史瓦西黑洞原理正確，也應(yīng)該適合于整個(gè)宇宙，2萬億倍銀河系質(zhì)量的宇宙大概率是不會(huì)存在的，因?yàn)?，這應(yīng)該是一個(gè)超級(jí)大黑洞。黑洞內(nèi)部也不能是這樣的吧！擁有著陽光明媚區(qū)域的宇宙。

如果我們理解的史瓦西黑洞原理是錯(cuò)誤的，問題就簡單多了。即所謂的黑洞不是我們理解的那樣，只是沒有光線或到來的光線被轉(zhuǎn)變成了物質(zhì)，而不是光線出不來了。宇宙大爆炸也容易理解多了，不需要那么玄了。這樣的初始宇宙就可以接近光速膨脹了，無論洛倫茲系數(shù)如何大，都可以的。在現(xiàn)在的宇宙尺度下，現(xiàn)在的宇宙質(zhì)量上限也可以不受限制了，而似乎可以完全超過宇宙級(jí)黑洞質(zhì)量了。不然，我們可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的宇宙，之前的宇宙，初始的宇宙，時(shí)時(shí)刻刻在忽視史瓦西黑洞原理的存在。

實(shí)際上，無論宇宙質(zhì)量是多少，總是存在史瓦西半徑的，按照宇宙大爆炸邏輯，宇宙初期半徑總是有小于史瓦西半徑的時(shí)候。此時(shí)，宇宙大爆炸完全忽視了史瓦西半徑原理。當(dāng)然，科學(xué)家會(huì)說，那時(shí)是特殊時(shí)期，可以不遵守史瓦西半徑原理?；蛘哒f，那時(shí)物理定律失效了，這與科學(xué)家說黑洞里面物理定律失效了，情況是一樣的，畢竟，史瓦西半徑以內(nèi)就是黑洞嘛。

實(shí)際上，引力勢(shì)能公式也要考慮相對(duì)論效應(yīng)，其中的m也是一個(gè)變量。質(zhì)量為m的物體的引力勢(shì)能公式是GMm/R，在考慮相對(duì)論效應(yīng)時(shí)，質(zhì)量為m=m0/√（1-V^2/C^2），此時(shí)速度V是一個(gè)變量。

我們可以繼續(xù)避開速度V，利用質(zhì)能公式E=mC^2讓問題變得簡單化，可以得到Bm0C^2=GM（Bm0+m0）/R，去掉m0變形為BC^2=GM（B+1）/R，最終可以得到B=GM/（RC^2-GM）。B=GM/（RC^2-GM）這個(gè)公式在GM明顯比RC^2小的時(shí)候基本成立，其他情況就不行了，因?yàn)橐?shì)能公式中的B是個(gè)變值，也就是質(zhì)量m是個(gè)變值。需要使用新的數(shù)學(xué)手段才能解決這個(gè)問題，比如在引力勢(shì)能公式中使用微積開方程。公式與引力紅移的微積開方程類似，此時(shí)B=1-exp{GM/（RC^2-GM）}，B+1就是假設(shè)的逃逸宇宙的運(yùn)動(dòng)物體的洛倫茲系數(shù)。

?

7.9宇宙物質(zhì)集中到一起有多大呢？

?

如果我們?cè)诰W(wǎng)上搜索一下宇宙物質(zhì)總量是多少，應(yīng)該是可以找到的，比如，10的多少次方千克。我也不搜索了，我們簡單推測(cè)一下吧！銀河系物質(zhì)相當(dāng)于3300億個(gè)太陽質(zhì)量（這個(gè)數(shù)值與前面內(nèi)容出現(xiàn)的4000億倍太陽質(zhì)量不太一樣，因?yàn)?，我們確實(shí)還不太清楚銀河系相當(dāng)于多少個(gè)太陽質(zhì)量，3000億或4000億都在我們可以容忍的數(shù)值內(nèi)，大家不必較真），宇宙大約有10億個(gè)星系，如果質(zhì)量平均接近銀河系質(zhì)量，宇宙總質(zhì)量就是相當(dāng)于10億個(gè)銀河系質(zhì)量。太陽質(zhì)量是1.989×10^30千克，是地球質(zhì)量的33萬倍。地球物質(zhì)密度是每立方厘米5.518克，每立方千米是5.518×10^12千克。如果整個(gè)太陽質(zhì)量按照地球密度分布的話，體積大小為3.6×10^17立方千米，自然是相當(dāng)于現(xiàn)在太陽體積的四分之一，半徑約為44萬千米，比地球到月球的距離還要長。

如果整個(gè)銀河系物質(zhì)都集中到一起，如果密度相當(dāng)于地球平均密度，體積應(yīng)該為1.188×10^29立方千米，相對(duì)44萬千米的半徑擴(kuò)大了6911倍，擴(kuò)大到304084萬千米，約為30.4億千米，日地距離約為1.5億千米，比天王星到太陽的28.7億千米的距離大了一些。

如果整個(gè)宇宙物質(zhì)都集中到一起，密度相當(dāng)于地球平均密度，按照10億個(gè)星系計(jì)算，體積應(yīng)該為1.188×10^38立方千米，相對(duì)30.4億千米的半徑擴(kuò)大了1000倍，擴(kuò)大到304084000萬千米，約為30400億千米，一光年的距離是94605億千米，約為三分之一的光年。距離太陽系最近的恒星是4.2光年，可見全部宇宙的物質(zhì)集中到一起，以地球的平均密度分布水平，才是一個(gè)三分之一光年的大球體。當(dāng)然，如果宇宙物質(zhì)不是10億個(gè)星系，而是1000億個(gè)星系的質(zhì)量，意味著這個(gè)設(shè)想星球體積再擴(kuò)大100倍，半徑擴(kuò)大到之前的4.64倍，約1.49光年。這可是半徑為100多億光年或幾百億光年的宇宙的全部物質(zhì)啊！匯集到一起，以地球物質(zhì)密度水平看，只有這么大！可見，宇宙是多么空虛！

當(dāng)然，宇宙全部物質(zhì)匯集起來，在引力作用下，自然是不可能以地球物質(zhì)密度存在的。也就是不會(huì)以原子或分子狀態(tài)存在，原子其實(shí)也是很空虛的，質(zhì)量集中于原子核，大引力作用下，電子等會(huì)被壓縮到原子核里面，形成中子星等物質(zhì)狀態(tài)。假如按照原子核密度存在或中子星密度存在，每立方厘米一億噸以上，如果每立方厘米10^14克，相當(dāng)于3300億個(gè)太陽質(zhì)量的銀河系匯集一起，體積會(huì)從1.188×10^29立方千米，減少到1.81×10^13分之一，只是形成一個(gè)半徑為6.56×10^16立方千米的星球。此時(shí)半徑約為40萬千米，比月球到地球的距離大了一些。如果取中子星的最高密度每立方厘米10^15克計(jì)算，整個(gè)銀河系物質(zhì)匯集一起，只是形成一個(gè)半徑20多萬千米的星球，半徑還沒有到月球的距離大。

相當(dāng)于10億個(gè)銀河系質(zhì)量的宇宙匯集起來，以中子星的分布密度計(jì)算，相對(duì)40萬千米的半徑擴(kuò)大1000倍，為40000萬千米，即4億千米，這相當(dāng)于小行星帶到太陽的距離。就是按照1000億個(gè)星系的宇宙質(zhì)量計(jì)算，這個(gè)設(shè)想星球體積再擴(kuò)大100倍，半徑擴(kuò)大到之前的4.64倍，也只是18.56億千米，相當(dāng)于太陽到土星和天王星之間的距離。也就是整個(gè)宇宙，幾百億光年尺度的宇宙，近千億個(gè)星系，匯集一起，按照原子核或中子星密度計(jì)算，只是相當(dāng)于還沒有太陽系大的星球的體積?？梢娪钪娴目仗摮潭仁嵌嗝戳钊顺泽@。

就是根據(jù)現(xiàn)在的物理知識(shí)，我們也可以知道原子核或中子并不是密度最大的，可以進(jìn)一步細(xì)分，有具體的組成物質(zhì)，比如夸克組成了中子或質(zhì)子。其實(shí)相對(duì)中子尺度，內(nèi)部也是空虛為主，由三個(gè)夸克組成。這三個(gè)夸克并不是緊密的連為一體構(gòu)成中子的，而是很有可能是類似于原子的組成情況，夸克很小，三個(gè)夸克在強(qiáng)相互作用力的作用下相互環(huán)繞運(yùn)動(dòng)構(gòu)成中子。

現(xiàn)在人們對(duì)夸克的了解非常少，難以估測(cè)其大小，只是知道其至少會(huì)小一些。因此，人們預(yù)測(cè)質(zhì)量較大星球會(huì)向夸克星球轉(zhuǎn)變，質(zhì)量相對(duì)小一些星球的才會(huì)轉(zhuǎn)變成中子星。夸克星球的密度自然是更大一些，表面引力也更大一些，夸克星的密度介于黑洞和中子星之間，似乎部分黑洞應(yīng)該就是夸克星。那種有磁場(chǎng)有電量的黑洞，其內(nèi)部是存在物質(zhì)結(jié)構(gòu)的，很有可能就是以夸克這種物質(zhì)為主。因此，夸克的密度很有可能比中子密度高三個(gè)數(shù)量級(jí)，甚至更高。如果密度高三個(gè)數(shù)量級(jí)，夸克星可以形成黑洞。

如果銀河系物質(zhì)匯集一起，形成密度更大的夸克星，如果密度相對(duì)中子星再提高1000倍，半徑就可以縮小到之前的十分之一了，從40萬千米縮小到4萬千米，大小類似于土星或木星。10億個(gè)星系的宇宙物質(zhì)匯集一起也會(huì)縮小到之前的十分之一，從4億千米縮小到4000萬千米，小于太陽到水星的距離。就是按照1000億個(gè)星系的宇宙質(zhì)量計(jì)算，半徑增大4.64倍，比日地距離大了一些。

黑洞內(nèi)部物質(zhì)密度全憑感覺，自然是應(yīng)該更大的，如果能壓碎夸克，密度自然會(huì)提高到更高的層次。銀河系物質(zhì)匯集到一起，引力大到不可能允許夸克存在，整個(gè)宇宙物質(zhì)匯集一起，更不會(huì)允許夸克存在?？淇藭?huì)被壓碎，如果真的有更細(xì)小的物質(zhì)結(jié)構(gòu)的話，密度自然會(huì)是更大的。整個(gè)宇宙物質(zhì)匯集一起，體積也是不會(huì)太大的。我們似乎可以感覺，空虛的宇宙還真的有可能是通過宇宙大爆炸產(chǎn)生的，真的起源于很小的空間區(qū)域。

夸克與反夸克碰撞可以湮滅成介子等更小物質(zhì)粒子，這些更小微粒的密度也許會(huì)更大一些。如果黑洞具有角動(dòng)量，說明其依然保持著最基本的物質(zhì)屬性，全部物質(zhì)應(yīng)該不會(huì)縮小到所謂的奇點(diǎn)。只是物質(zhì)更為稠密而已，應(yīng)該比夸克類型黑洞物質(zhì)密度大了許多。因此，我建議大家不要把黑洞想象得過于極端，至少，中小型黑洞還是有內(nèi)部物質(zhì)結(jié)構(gòu)的。

黑洞內(nèi)部的溫度是極高的，如果還有溫度這個(gè)概念的話。黑洞里面的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度是極快的，都是動(dòng)輒極其接近光速的物質(zhì)粒子，粒子擁有著很大的洛倫茲系數(shù)。粒子之間的碰撞也是極為壯觀的，碰撞后粒子速度下降，向黑洞中心靠攏。粒子向中心靠攏的過程中，被極大的引力作用加速，然后又是碰撞，引力加速，碰撞。粒子向中心匯集，中心區(qū)域物質(zhì)密度確實(shí)會(huì)是極大的，但也不能是無限大??！

黑洞內(nèi)部相對(duì)論效應(yīng)極其明顯，比如時(shí)空效應(yīng)很明顯。這里物質(zhì)極其稠密，時(shí)空單元極其稠密或微小，時(shí)間運(yùn)行速度極其緩慢。如果以我們的尺度或時(shí)間運(yùn)行速度感覺黑洞內(nèi)部，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這里物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度并不快，甚至很慢，幾乎都是慢動(dòng)作。應(yīng)該接近宇宙大爆炸初期的情況。我們還會(huì)發(fā)現(xiàn)，這里的空間是濃縮型空間，在我們的感覺中是極小的空間。也就是黑洞物質(zhì)集中于我們感覺得極小的空間中，但以黑洞內(nèi)部的尺度感覺，并不算特別小。不論怎么感覺，空間都不是無限小，密度也不是無限大。

從邏輯上看，黑洞質(zhì)量越大，相對(duì)論效應(yīng)就越強(qiáng)，時(shí)空萎縮就越嚴(yán)重，也就是時(shí)間運(yùn)行速度就越慢，空間單元就越小。從我們的視覺上看，如果看得到的話，黑洞質(zhì)量越大，質(zhì)量就越集中于中心區(qū)域，中心區(qū)域的質(zhì)量密度就越大，黑洞質(zhì)量集中區(qū)域的空間相對(duì)就越小。在我們看來，質(zhì)量越大的黑洞，質(zhì)量越集中，質(zhì)量集中區(qū)域的空間越小，密度越大。

如果整個(gè)宇宙物質(zhì)集中一起，形成一個(gè)超級(jí)大黑洞，其質(zhì)量集中的程度自然是極大的，物質(zhì)密度也是極大的，時(shí)空萎縮是極其嚴(yán)重的。這大概就是所謂的奇點(diǎn)吧！宇宙大爆炸就是從這個(gè)所謂的奇點(diǎn)開始的。不過，質(zhì)量或密度確實(shí)不是無限大，空間也不是無限小，應(yīng)該是接近密度無限大，空間接近無限小吧！

?

7.10機(jī)械能守恒原理的普適性

?????

我們先談一談牛頓力學(xué)與動(dòng)量守恒原理的關(guān)系。牛頓第一定律慣性定理是動(dòng)量守恒原理的必然體現(xiàn)，一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)或物體不受外力或受到合力為零的外力的作用，根據(jù)動(dòng)量守恒原理，這個(gè)物體自然是動(dòng)量守恒的，動(dòng)量不會(huì)改變，動(dòng)量不會(huì)改變就是物體運(yùn)動(dòng)速度大小不變或?yàn)榱悖椅矬w運(yùn)動(dòng)方向不變。也就是慣性定律表述地保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)。

牛頓第三定律是作用力和反作用力的關(guān)系，根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)量守恒原理，自然可以推理出作用力與反作用力大小相等，方向相反，不然，系統(tǒng)動(dòng)量就不會(huì)守恒了。因此，牛頓第一定律和第三定律都可以歸入動(dòng)量守恒原理范疇，是動(dòng)量守恒原理的具體表現(xiàn)。

牛頓第二定律是力與加速度的關(guān)系，依然是動(dòng)量守恒的顯示，就是由于動(dòng)量守恒，才體現(xiàn)出力與質(zhì)量及速度變化的關(guān)系。牛頓第二定律公式可以用動(dòng)量模式來表達(dá)。牛頓第二定律結(jié)合牛頓第三定律，就是動(dòng)量守恒原理?？梢?，牛頓力學(xué)三大定律都是根源于動(dòng)量守恒原理。

雖然牛頓力學(xué)根源于動(dòng)量守恒原理，但是依然有一定的適用范圍，在考慮相對(duì)論效應(yīng)時(shí)，就不太適應(yīng)了。其他的許多定律，基本也是類似情況，但動(dòng)量守恒和角動(dòng)量守恒原理卻是永恒普適。動(dòng)量守恒和角動(dòng)量守恒原理不僅適宜經(jīng)典物理學(xué)，還適宜我們所有已知的各種情況，比如物質(zhì)在黑洞狀態(tài)下，依然嚴(yán)格遵守動(dòng)量守恒和角動(dòng)量守恒原理。更不論高速狀態(tài)或大質(zhì)量狀態(tài)，都嚴(yán)格遵守動(dòng)量守恒和角動(dòng)量守恒原理。

在我們的學(xué)習(xí)中，我們似乎還會(huì)感覺到另一個(gè)守恒也是普適性的，這就是適合于我們已經(jīng)知道的所有情況下的質(zhì)能守恒原理，這確實(shí)是一個(gè)與動(dòng)量守恒原理一樣普適性的守恒原理。經(jīng)過相對(duì)論理論的熏陶，我們已經(jīng)知道質(zhì)量與能量本質(zhì)上是一種東西，沒有本質(zhì)的差異，只是表面狀態(tài)有所不同而已。能量與質(zhì)量的相互轉(zhuǎn)換是嚴(yán)格守恒的，一旦在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)二者轉(zhuǎn)換不守恒，也就意味著新的發(fā)現(xiàn)的開始，最終你會(huì)發(fā)現(xiàn)二者的轉(zhuǎn)換依然是嚴(yán)格守恒的。

動(dòng)量守恒和角動(dòng)量守恒原理以及質(zhì)能守恒原理是我們研究現(xiàn)代物理學(xué)的基本原則，是我們研究思路的基本出發(fā)點(diǎn)。這可以說是物理的兩大哲學(xué)性思維原則，堅(jiān)守這兩大原則，我們也許真的可以把物理進(jìn)一步系統(tǒng)化，統(tǒng)一相對(duì)論和量子力學(xué)。

我們?cè)诟咧须A段學(xué)習(xí)過機(jī)械能守恒定律，也就是物體只在重力作用下的機(jī)械能守恒，重力勢(shì)能與物體的動(dòng)能可以互逆轉(zhuǎn)換，無論路徑如何。實(shí)際上我們完全可以把機(jī)械能守恒定律擴(kuò)大適用范圍，首先，擴(kuò)大其適用對(duì)象，重力場(chǎng)下的機(jī)械能守恒不僅適合所謂的物質(zhì)狀態(tài)的物體，也適合能量狀態(tài)的物質(zhì)或粒子，比如，適合光子等。光子在重力場(chǎng)也遵守機(jī)械能守恒定律，其具體的計(jì)算方式可以借用引力紅移公式。廣義相對(duì)論的引力紅移公式，其實(shí)就是光子的機(jī)械能守恒公式的變形。

微積開引力紅移公式就是光子在重力場(chǎng)條件下的光子的機(jī)械能守恒公式的變形。因此，我們常見的機(jī)械能守恒定律公式只是弱重力場(chǎng)條件下的近似公式，在強(qiáng)重力場(chǎng)條件下，物體或能量在重力場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)會(huì)讓自己本身質(zhì)量產(chǎn)生明顯變化，因此機(jī)械能守恒定律中的質(zhì)量M（或能量E）是一個(gè)變量，機(jī)械能守恒定律公式需要借用微積開引力紅移公式的模式。

然后，我們可以擴(kuò)大機(jī)械能守恒定律的空間使用范圍，從常規(guī)的星球重力場(chǎng)，擴(kuò)大到整個(gè)宇宙的引力場(chǎng)。因此，機(jī)械能守恒定律使用空間可以從常規(guī)的重力場(chǎng)轉(zhuǎn)變成普適宇宙的引力場(chǎng)范疇。這樣就從常規(guī)的機(jī)械能守恒定律轉(zhuǎn)變成了機(jī)械能守恒原理，這是適合太陽系或銀河系以及整個(gè)宇宙的守恒原理。

任何能量或物質(zhì)在宇宙中，其引力勢(shì)能與其能量或其質(zhì)量之和守恒，這就是普適于宇宙的機(jī)械能守恒原理。所謂的機(jī)械能守恒定律或光子的引力紅移公式等都是其具體內(nèi)涵之一。

普適于宇宙的機(jī)械能守恒原理與質(zhì)能守恒原理關(guān)系密切，普適于宇宙的機(jī)械能守恒原理是質(zhì)能守恒原理的一部分。普適于宇宙的機(jī)械能守恒原理適用于物質(zhì)和能量，還適合于引力場(chǎng)或引力場(chǎng)能，如果引力場(chǎng)能不屬于能量范疇的話。而質(zhì)能守恒原理不僅包括引力作用還包括電磁力與強(qiáng)弱相互作用，以及與之對(duì)應(yīng)的場(chǎng)能。

不涉及其他作用力，比如電磁力或強(qiáng)弱相互作用，宇宙中只涉及引力的物質(zhì)三種狀態(tài)，物質(zhì)狀態(tài)（物質(zhì)粒子狀態(tài)）、能量狀態(tài)（能量粒子狀態(tài)）、引力場(chǎng)狀態(tài)（引力子狀態(tài)）。也許可以把引力場(chǎng)歸屬于能量狀態(tài)，那么就變成兩種物質(zhì)存在狀態(tài)了。究竟怎樣劃分，有待我們的感覺了。

?

小結(jié)

?

宇宙大爆炸是讓人遐想而困惑的，涉及了物理學(xué)的本質(zhì)問題。物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展要想法與宇宙大爆炸相融洽，這應(yīng)該是未來物理學(xué)大發(fā)展的突破口。宇宙大爆炸不僅涉及宏觀，也涉及微觀，還涉及高速，是檢驗(yàn)物理理論的理想場(chǎng)所。不論是思想實(shí)驗(yàn)，還是實(shí)際驗(yàn)證，都可以從宇宙中找到理想場(chǎng)所。物理學(xué)家特別是理論物理學(xué)家，要開闊思路，關(guān)注我們的宇宙，從宇宙中獲得靈感思路。