參考系是物理學(xué)一個十分重要的概念，在討論物體的運動時，必須以參考為前提。一切運動都是在某一個參考系中進行的，用一個以上的參考系來描述同一個運動，卻不加以參考系變換，必然會引起混亂。當(dāng)我們說明某一運動時，已經(jīng)指明了這個運動的參考系。比如，測量一架飛機的速度是500米/秒，我們已經(jīng)指明了以靜止的地面為參考系。從飛機上發(fā)射一枚導(dǎo)彈的速度是800米/秒，同樣也是指明地面為參考系。如果指明以飛機為參考系，則導(dǎo)彈的速度就成為800米/秒—500米/秒= 300米/秒。
經(jīng)典物理學(xué)規(guī)定，一個勻速直線運動或靜止的參考系稱為慣性系。只要存在一個慣性系，就可以找到無數(shù)個慣性系，在一個慣性系中的運動可以通過變換得出它相對于另一個慣性系的運動狀態(tài)。這種變換稱伽利略變換。伽利略變換指定了在不同的慣性系中所采用的時間標準與空間標準是同一的，即絕對的時間與絕對的空間。在牛頓力學(xué)里，牛頓把絕對空間定義為“與外界任何事物無關(guān)，而永遠是相同的和不動的。”把絕對時間定義為“絕對的，真正的和數(shù)學(xué)的時間，自已流逝著，并由于它的本性而均勻地與任何外界對象無關(guān)地流逝著?！?/p>
絕對時間與絕對空間的認定是經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)，它使物理學(xué)建立在一個堅實的基點上，用此不動的絕對時間和絕對空間來考察一切運動，就象是一個坐標系的原點。有了原點，我們便可以知道其它一切點的運動狀態(tài)。動量守恒原理是以空間的均勻性為前提的；能量守恒原理是以時間的均勻性為前提的，如果否定絕對的時間與絕對的空間，動量守恒與能量守恒將不再被遵守，從而物理科學(xué)也將自我否定。
可以說，科學(xué)研究絕大多數(shù)都以地面做為靜止參考系，來考察其它物體對這個參考系的運動狀態(tài)。比如，對光速的測定。光速是在地球上的真空管中測定出來的，它的精確值現(xiàn)在是：
C = 299792458米/秒
它是以靜止的地面為參考系的。
我們知道，如果以太陽為坐標原點，地球是以30千米/秒的速度自東向西繞太陽公轉(zhuǎn)，也就是說，如果以太陽系的空間為靜止參考系的話，遵照伽利略變換原理，在地球上測量一束同時射向東和西的兩束光的速度應(yīng)該是不同的。
美國科學(xué)家麥克爾遜和莫雷在1887年所做的實驗即是以尋找這種光速差異為目的而設(shè)計的。其結(jié)果是實驗并沒有發(fā)現(xiàn)這種差異。麥克爾遜后來獲得了美國歷史上第一個諾貝爾物理學(xué)獎。（諾貝爾獎委員會公布的麥克爾遜獲獎原因是他對光譜學(xué)和計量學(xué)的研究）有意思的是，麥克爾遜對自己的實驗結(jié)果感到?jīng)]有把握，以至于在1907年的受獎演說中沒有好意思提這個實驗。諾貝爾委員會也沒有提及這個實驗結(jié)果是“有爭議的?！焙髞?，愛因斯坦根據(jù)他的實驗否認了以太的存在，并設(shè)定光速在任何慣性參考系中都是一個恒定值，且以此為基礎(chǔ)推導(dǎo)出鐘慢尺縮的狹義相對論，這是后話。我們先來分析一下麥克爾遜—莫雷實驗，并重述一下他的實驗過程和思路。
麥克爾遜設(shè)計了一個干涉儀，干涉儀有幾個基本構(gòu)件。左邊是一個光源，標為S。麥克爾遜在實驗中使用了黃而亮的鈉光。光束到達一個中心點，有一面半鍍銀的鏡子，一半光被垂直反射出去，另一半直穿過去。這樣光被分解成兩束。兩束光分別沿各自的方向被導(dǎo)向兩面鏡子M1和M2。兩束光到達各自的鏡子后，又經(jīng)反射回到中心位置。由于臂長L1與L2是相等的，它們往返一次所需的時間也是相等的。如果光束的速度為C，每束光單向運行的距離為L，那么往返一次所需的時間為2L/C。由于L1= L2，因此，當(dāng)兩束光返回干涉儀的中心位置時，一束光的波峰與另一束光的波峰能重疊在一起，波谷也重疊在一起，不會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。
假如麥克爾遜干涉儀的兩臂長不等，那么每束光往返一次所需的時間就會不一樣。結(jié)果，兩束光到達干涉儀的中心位置時就會出現(xiàn)異相，彼此的波峰和波谷相互交錯，出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。干涉使原來的波形產(chǎn)生了變化，我們會看到明暗相間的干涉條紋。這樣，觀測者就可以測出兩個臂長微小的差異。這是因為光束往返的距離差異會導(dǎo)致兩束光返回中心位置時所用時間的差異。為了消除臂長帶來的誤差干涉，麥克爾遜想到了一個巧妙的辦法。他把干涉儀放在一個水銀池中，使整個儀器能夠平穩(wěn)地旋轉(zhuǎn)。如果將儀器轉(zhuǎn)動90度，兩個臂的方向就顛倒過來。垂直的臂成了平行的，平行的臂成了垂直的，那么光所經(jīng)過的途徑產(chǎn)生了變化，干涉條紋的變化也會顯示出來。
由于地球的公轉(zhuǎn)運動，光在通過兩個臂長時所走的距離不一樣，因而所用時間也不一樣，應(yīng)該可以看到兩束光交匯時產(chǎn)生的干涉條紋。根據(jù)計算，地球移動的速度與光速的比率是萬分之一。實驗需要的精度是這個比率的平方，即億分之一。麥克爾遜干涉儀的臂長約11米，兩臂的精確率調(diào)節(jié)到10億分之0.25，這樣的精度應(yīng)該足以顯示出光的不同速度所產(chǎn)生的干涉條紋。然而，他們什么都沒有發(fā)現(xiàn)，沒有任何干涉效應(yīng)。難道地球在宇宙中是靜止的嗎？
在麥克爾遜的實驗中，垂直于地球運動方向的直臂上，光運行的軌跡是直角三角形的斜邊，它比臂長的距離L長一些，運行在這條垂直于地球運動方向的臂上的光速在去與回的雙向上幾乎不受地球運動的影響，都約等于固有光速C。
我們把所有設(shè)計原理都納入到一個圖里，便于比較分析，該示意圖是為了定性分析，所以并不拘泥于比例和定量。 以O(shè)為圓點畫一個圓，臂長OM1和OM2相互垂直并高精度等長，OB'的射線上放置一個光源，光通過O點位置的分光鏡，分出的兩束光分別到達反射鏡M1和M2然后再反射回分光鏡聚焦到接收器R，從R處的干涉條紋變化就可以測出光在兩個臂長所走過距離的光程差，從而知道地球相對以太的運行速度。因為地球是運動的，所以光從O運動到M2的時候，干涉儀的鏡子M2已經(jīng)運動到A了，光從A再反射到B，B和運動的O重合，光線奔向接收器R。運行在OM2臂長的光實際上走的是OAB的等腰三角形的兩個腰，所以運行距離要大于OM1上光走的往返距離，這樣在匯聚點一定會出現(xiàn)波峰波谷相位差導(dǎo)致的干涉。這個思路就是邁克爾遜和莫雷的設(shè)計原則。
現(xiàn)在我們開始分析這個思路。如果兩個臂絕對垂直，且OM2和反射鏡M2也絕對垂直，那么從O射向M2的光子在運行中，M2也在向西運行，所以光會落在A'，從A'反射到B'，B'不可能和O重合，（如果臂長是10m，并且和另一臂及鏡子M2垂直，B'和O兩點的距離是2mm），就是說該光線不能和OM1上反射回來的光線重合而產(chǎn)生干涉，這樣實驗就沒法做了。怎么辦？調(diào)整！所以就必須要人工調(diào)整光線OA以一個傾角指向A點，這樣才能保證兩道光線的重合。這就意味著兩個臂的夾角小于直角，而他們并沒有意識到這個變化帶來的后果，他們還是按照原先認為的M2平移到A,但實際上，因為他們在調(diào)整光線聚合時移動了光臂OM2導(dǎo)致兩臂夾角小于90度，實際運行的光臂是OM3,光運行到M3反射到D，D和運動的O點重合光線匯聚到R。三角形OM3D是一個等腰三角形，線段OM3等于M3D。同時OM1，OM2，OM3都是園的半徑，它們等長，這樣就可以得到光實際走的等腰三角形的兩個腰的長和臂長OM1的往返光程是等長的，即 OM3+M3D=OM1+M1O
通過分析整個麥克爾遜實驗的設(shè)計，我們發(fā)現(xiàn)實驗的精確度很高，思路也很精巧，且具有可重復(fù)性，是一個出色的實驗案例。但這個實驗設(shè)計的原則卻是錯誤的。實際上，實驗測定的不是地球相對以太的移動，而是地球相對以太的加速度。
如果要在地球上測定光速在不同方向上的差異，實驗的設(shè)計必須改變。
光在空間的運行是光的本性，光一旦脫離開光源，它就以絕對速度自行通過空間。我們現(xiàn)在的實驗設(shè)計是把光設(shè)計為一個光子而不是一束連續(xù)的光，且光的路徑是單程而不是雙程。只有單程光路才能確定不同方向光速顯示出的測量差異。
新的實驗可以使我們得出這樣的結(jié)論：光速是恒定的，它是光在空間中的特性，它的參照系是絕對靜止的空間，沒有絕對空間便不會有光速的絕對值。通過地球上測量光在各向上的速度值，我們可以找出我們相對絕對空間的運動，也許能指明我們宇宙的中心在哪個方向。
阿爾伯特·愛因斯坦（1879—1955）在1905年創(chuàng)立的狹義相對論的基礎(chǔ)便是對光速所涉及的參考系的定義。他在論文中對狹義相對論做出兩點基本解釋，也就是狹義相對論的基礎(chǔ)。
1． 物理學(xué)定律對所有勻速運動的參考系中的觀測者來說都相同。
2． 光速對所有勻速運動參考系中的觀測者來說都相同。
這兩條假設(shè)中，確切地說，第二條假設(shè)中已經(jīng)隱含了對時間與空間的新看法。它否定了絕對時間與絕對空間的經(jīng)典物理學(xué)。如果確定了這種假設(shè)，則在一個相對靜止的參考系中測得的光速等同于另一個相對勻速運動的參考系中測量的光速，那么，兩個參考系中的時間與空間必定是不同的。因為速度是空間（距離）與時間的函數(shù)，要保證兩個參考系內(nèi)的光速值相同，就必須要變換空間與時間。兩個參考系中的時間與空間的變換就是狹義相對論的鐘慢尺縮效應(yīng)。這一切的基礎(chǔ)似乎可由麥克爾遜—莫雷實驗來作為實例證明。然而，麥克爾遜卻把實驗設(shè)計的原則弄錯了。
在愛因斯坦對狹義相對論所做出的兩點解釋中，相對論學(xué)者認為兩種解釋實際上是一種意思。第二種解釋是對第一種解釋的特定說明。而對大部分物理學(xué)家來說，他們基本同意第一條解釋，它實際上是伽利略相對性原理的表述。對第二條解釋，則認為它對相對論而言十分重要。實際上，物理學(xué)家們總是隱約感覺到懷疑第二條假設(shè)的合理性。愛因斯坦認為第二條假設(shè)是第一條假設(shè)的必然推論。而我們認為它們之間不存在任何因果關(guān)系。實際上，光速是一個常數(shù)，它根本不是物理規(guī)律。常數(shù)在不同的參考系中得出的數(shù)值可以是不同的。光速是光在空間運行的基本特性，它是由空間的物理特性決定的，而不是由參考系來決定的。參考系可有無數(shù)個，而空間卻只有一個?？臻g是絕對的，唯一的，靜止的。光速也是唯一的、恒定的。
有關(guān)狹義相對論的悖論是很有啟發(fā)的。設(shè)A相對于我們做高速運動，那么我們在測量A上的一把尺和一個鐘時，會得出對方的尺縮短了因子R，而對方的鐘卻慢了因子R。因為運動是相對的，A在相對我們高速運動時，我們也相對A做同樣速度的運動。所以在A上的人以他們的系統(tǒng)做參考來測量我們時，也同樣會發(fā)現(xiàn)我們的尺與鐘發(fā)生了同樣的變化。那么到底哪一個變化是真實的呢？
為了更為生動地說明，我們把上面的問題換成兩個孿生兄弟來敘述，即著名的雙生子佯謬。一對雙生子一個留在地球上，一個登上飛船以近光速旅行（相對論限制了到達光速）?；貋頃r，到底是哪一個孿生子變老了呢？相對論者在解答這個問題時有幾種說法。
1． 兩人年齡一樣。尺縮鐘慢效應(yīng)只是測量效應(yīng)，不是真實的運動學(xué)效應(yīng)。
這顯然與相對論觀點解釋的π介子在高速運動中的延期衰變和光在引力場中時間延緩所造成的引力紅移等實際效應(yīng)相矛盾。
2． 認為是做了高速運動的哥哥時間延緩了。當(dāng)哥哥回來時，哥哥的年齡比弟弟小了。因為哥哥相對弟弟來說，做了絕對的運動，而弟弟是相對的靜止。
這種解釋所用的絕對運動，無意中把相對論完全否定的絕對空間拽了出來，從而與相對論本身形成矛盾。
3． 哥哥的飛船在旅行中要先加速以達到近光速，然后減速直至為零，再向反方向加速回程，然后再減速停止在地球上。這樣一個運動系不能滿足慣性系的原理，這是一個加速系，加速系是不能運用狹義相對論的。所以哥哥的旅行不涉及鐘慢尺縮效應(yīng)。因此，悖論本身就不應(yīng)該存在。
那好，我們可以用慣性系來代替非慣性系。只要我們假定哥哥跳上一艘近光速勻速飛行的飛船開始旅行，然后又跳上一艘反向的飛船回到地球再跳下來。這樣，加速、減速將不存在于這個參考系中，這個悖論又重新回到了起點。
悖論往往意味著邏輯上的矛盾。它預(yù)示著理論要么是不完善的，要么是根本錯誤的。
愛因斯坦論述的狹義相對論是局限在慣性系內(nèi)的。在1915年他發(fā)表的廣義相對論中,愛因斯坦又將物理規(guī)律在慣性系中相同擴展為在一切參考系,不管是慣性系還是非慣性系都相同,即廣義相對論的基礎(chǔ)“等效原理”。愛因斯坦根據(jù)他的等效原理，斷定引力場中的光線路徑是曲線。而光的特性總是走最捷徑的路途，因此推論引力場中的空間不是平直的，而是彎曲的。光走的是彎曲空間的測地線，而不是三維空間的直線。這種結(jié)論從數(shù)學(xué)上很容易理解，而從物理學(xué)上卻是難以理解的。一個三維的空間實在不容易去想象它是如何彎曲的。既使是一個最出色的物理學(xué)家也無法描繪現(xiàn)實的物理空間如何彎曲。那么，數(shù)學(xué)的解與物理學(xué)的解能否等同？在回答空間彎曲這個問題時，常常會聽到一個比喻，就是在一個二維平面上的動物無法理解這個平面外的第三維，即立體空間里的動物。所以，生活在三維空間里的我們也無法理解彎曲空間的實像。這種簡單的外推并不能解釋彎曲空間的實在性，同時這種簡單外推是否被允許？（我們可以用測量三角形內(nèi)角和的方法來證明存不存在彎曲空間）。
愛因斯坦為了證明引力場中空間的彎曲，設(shè)計出一個今天眾人熟知的實驗：測量經(jīng)過太陽旁邊的星光產(chǎn)生的偏移。
1919年，英國天文學(xué)家愛丁頓為了尋找相對論的證據(jù)，特意率領(lǐng)一支遠征隊，遠渡重洋來到非洲的一個小島上觀測日全食和拍攝照片，并提出了星光在經(jīng)過太陽旁邊時確實發(fā)生了偏折。
隨著愛丁頓考察結(jié)果的宣布，愛因斯坦一夜之間轟動了世界，廣義相對論為世人所矚目。盡管后來發(fā)現(xiàn)愛丁頓觀測的偏折率與誤差率幾乎一樣大，其結(jié)果并不可靠。但幾十年來，反復(fù)天文觀測確實得出光線在太陽附近偏折的事實。所得結(jié)果在1.3秒到2.7秒之間。（兩者相差一倍）
我們常常相信我們愿意相信的東西。星光產(chǎn)生偏折的一個最簡單因素卻沒人去理會，那就是太陽周圍稀薄的日冕對光線產(chǎn)生的折射作用。就象一支筷子插入水中產(chǎn)生的折射一樣。由于日冕的密度稀薄，包著太陽的這一層日暈散射很低，我們實在難以發(fā)現(xiàn)它們。不過，我們倒是可以考慮用經(jīng)過太陽旁邊不同距離的星光偏折率來判斷該點的物質(zhì)密度。
科學(xué)家測定星光偏折率所得到的數(shù)值并不相同，甚至是差異很大，既有空間上的，也有時間上的。太陽引力在空間與時間上都是一個非常穩(wěn)定的常數(shù)，如果引力致使星光彎曲，星光偏折率在扣除測量誤差后應(yīng)該恒定在一個數(shù)值左右，出現(xiàn)這樣大的數(shù)值差異是不合理的。如果解釋為測量光線彎折已經(jīng)考慮到了日冕的折射效應(yīng)，，是純粹的引力彎折效應(yīng)，那么高達一倍的誤差率根本就沒法解釋。而日暈的密度在空間與時間上出現(xiàn)微擾則是充分合理的。
我們來看一個天文學(xué)上對脈沖雙星PSR1913 + 16的觀測實例。根據(jù)廣義相對論，大質(zhì)量天體會引起空間本身產(chǎn)生彎曲，彎曲的程度與質(zhì)量及與質(zhì)心的距離相關(guān)，換成經(jīng)典物理學(xué)語言，即與引力場強度相關(guān)。光通過引力場強度更大的空間，就意味著通過更加彎曲的空間，因而光走的“彎路”越長，從而時間延遲的也越長。毋庸置疑，太陽的引力場強度肯定遠遠小于一顆中子星的引力場強度。那么，理論要求光通過太陽邊緣的時間延遲一定會遠小于光通過中子星邊緣的時間延遲（延遲只與“空間彎曲”程度有關(guān)，不要理解成三維空間中運行的長度相關(guān)）。但是，精確的測量表明，雷達信號通過太陽邊緣返回的延遲約250微秒，而對脈沖雙星PSR1913 + 16的信號測量延時約50微秒，通過太陽的延時，遠遠大于通過中子星的時間延遲。這與廣義相對論完全相悖，而如果用折射的理論來解釋，則不存在問題。
愛因斯坦提出彎曲空間是根據(jù)他的等效原理所做的理想實驗。這里，他假設(shè)了一個電梯（局域參考系），當(dāng)該電梯在地球表面靜止時，內(nèi)部一切物體都受到重力作用，并對地板產(chǎn)生一個壓力。如果去掉地球，但卻使電梯以地表加速度值向上提升，則電梯內(nèi)的一切物體均會形成地球表面上的一切運動形式。如果我們只在電梯內(nèi)而不知道外面的情況，則無法知道電梯在以加速度運動還是電梯靜止在地球引力場中。所以引力與加速度是等效的。很顯然，如果從上升的電梯左壁射向右壁一道光線。由于在光線運行過程中電梯已上升了一段距離。所以這道光線是要向下彎曲的。又因為引力與加速度是等效的，且物理規(guī)律在加速系中同等?？梢酝贫?，靜止在地表的電梯射出的光線也是彎曲的。引力越強則彎曲得越厲害。由此斷定光線（空間）在引力場中會發(fā)生彎曲。
這個理想的實驗忽略了一個重要的前提——參考系。電梯內(nèi)光線產(chǎn)生彎曲的參考系是電梯這個局域參考系，而光線運行軌跡的參考系是背景絕對的空間。從絕對空間來講，光線還是一條直線。只有在電梯內(nèi)光線才產(chǎn)生了相對電梯的彎曲，電梯的向上加速運動是造成光線彎曲的原因。電梯的向上運動本身就指明了是以靜止的絕對空間為參考系的。這是一個參考系的伽利略變換。
量子空間論
如果光在空間傳播是相對論的關(guān)鍵，那么光的發(fā)射和吸收則帶來了量子理論。1900年，普朗克用他提出的量子假設(shè)來解釋光發(fā)出的奇異色彩。五年后，愛因斯坦利用普朗克的量子概念來解釋光電效應(yīng)，即金屬表面受到光的照射后釋放電子的現(xiàn)象，并因此項成果而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。后來，科學(xué)家在解釋原子的光輻射和電子的波特性時也使用了量子的理論。量子論正確解釋了許多原子現(xiàn)象及化學(xué)元素周期表的規(guī)律性，并繼而對激光、晶體管、半導(dǎo)體的出現(xiàn)起了理論指導(dǎo)作用?？梢哉f，沒有量子論便沒有現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)，而量子論的出現(xiàn)應(yīng)歸功于德國物理學(xué)家普朗克的量子假說。他提出物質(zhì)中振動原子的新模型，從而正確計算出黑體輻射的頻率光譜。普朗克假定物質(zhì)原子不在連續(xù)的頻率下振動，而只能在特定或量子化的頻譜范圍內(nèi)振蕩，即能量是一份一份的，每一份是一個量子。普朗克也因量子的發(fā)現(xiàn)并在其它科學(xué)家強烈的呼吁下，而獲得了1918年的諾貝爾物理學(xué)獎。
十九世紀做的大部分光學(xué)實驗都證明光是一種連續(xù)波，普朗克為解釋黑體輻射而計算不同波長的能量，他必須假定光是以分離群體或說量子形式被射出或吸收。也就意味著光的產(chǎn)生和傳導(dǎo)是在空間非連續(xù)分布。如果說能量或者光在空間是“跳越式”前進的，而光速的絕對性又說明光速是光在空間傳播的本性。那么，光或能量有什么理由跳躍于連續(xù)的空間呢？回答很可能是——沒有。所以，只能有一種可能，即空間本身是分立的。光子是在分立的空間元中依次傳遞。
從另外一個角度我們也試著理解一下空間分立的必然性。在我們面前擺著一個一立方米的鐵塊，它與一立方米的空間嚴格對應(yīng)，鐵塊可以完全代表這部分的空間。無論我們將鐵塊分到多小，這一小塊也必然會有體積。換句話說，沒有體積的物質(zhì)無論堆積多少也形不成有體積的實體。既然一立方米的鐵塊確實存在，我們就可以斷定這個鐵塊是由有限個最小體積組成，即空間擁有分立的結(jié)構(gòu)特征。相反，無限的空間將導(dǎo)致許多荒謬的悖論。
如果確定了空間是分立的，空間有最小的結(jié)構(gòu)，那么分立的空間元之間是什么呢？（提到分立，必然有“之間”，沒有“之間”的物質(zhì)必然是一個整體，也就不存在分立的概念），它肯定不是空間，空間不可能存在于空間之間，它肯定與空間的性質(zhì)完全對立，完全相反，我們暫且把它稱為反空間（反空間是空間單元的間隔，它與空間共同組成了我們所熟悉的整體空間體積）。能滿足空間與反空間特點的結(jié)構(gòu)只有一種，那就是間格結(jié)構(gòu)。（圖中畫的是平面形式，我們可以輕易想象成立體的三維形式）。每個空間元的周圍是六個反空間元，每個反空間元的周圍是六個空間元。這個簡單的結(jié)構(gòu)決定了光的特性。
在純粹的空間中，正反空間元是完全相反的，因而是相互吸引的。每一個空間元都對它周圍的六個反空間元形成強大吸引。同樣，每一個反空間元也對它周圍的六個空間元形成同樣強的吸引。由于空間元的分布結(jié)構(gòu)是完全對稱且抗衡的，所以整個的空間是均勻的，剛性的，穩(wěn)定的，宏觀上也是平滑的，連續(xù)的。
既然正反空間元強烈的相互吸引，這說明兩者是具有能量的，且分出正反，就好象一塊磁鐵的兩極?？臻g是正向的能量，反空間是反向的能量?？臻g的結(jié)構(gòu)決定了空間在宏觀上能量趨于零；在微觀上能量趨于最大。
當(dāng)一個光子被制造出來后，這個光子會占有一個空間元。由于它打破了純粹空間的能量平衡，這個多出來的光子能量被它相鄰的反空間元吸引過去；當(dāng)光子進入反空間元時，又打破了這個區(qū)域的能量平衡，于是它又被下一個鄰近的空間元吸引過去。光子便會在這個正反能量場的交替中向前運行。這種恒定的運行是絕對的。光子單位時間向前運行的距離就是光速。光子在正反空間元中的運行軌跡就是頻率與波長。
我們用圖來加以說明。如一個光子的運行軌跡是8-9-16-17-10-11-18-19-12-13-20-21，那么，8-9-10-11-12-13-14的七個空間元便是光子運行的距離。如果我們設(shè)定這段時間為一秒，它就成為光速。如果光子的軌跡是8-9-16-17-24-25-32-33-40-41-48-49，那么，光子的速度依然相同，在一秒內(nèi)運行的還是七個空間元的距離。但兩者的頻率和波長卻是不同的。第一種軌跡是光具有的最高頻率和最短波長，第二種軌跡是光具有的最低頻率（υ=1秒）和最長波長 （λ=C≈30萬公里）。8-9-10-11-12-13-14的軌跡是嚴格限制的。這條軌跡意味著光速改變了，光也失去了頻率和波長。一切光的頻率和波長都限定在上述兩條軌跡中間。選擇哪一條軌跡將取決于這個光子的能量大小。上述兩條軌跡范圍之外的軌跡將不再具備球波的屬性。
讓我們努力想象光在立體的空間中傳播的景象。一群光子從一個空間元散開前進，經(jīng)過一段距離，光子又重新聚在一個空間元中，形成一個波長。然后又散開前進，再聚合為一個點，在一秒鐘內(nèi)聚合的次數(shù)便是頻率。當(dāng)光子聚在一個空間的點上的時候，它表現(xiàn)為粒子的特性。光子在運行的時候，又表現(xiàn)為波的軌跡。所以，光具有波粒二象性是光與空間的本性決定的。光既是粒子又是波，但某一時刻，它只能是其中一種。
在單位時間內(nèi)（或者說在單位體積內(nèi)，這兩種說法是相同的，后面我們將會把時間與空間同化），越高能量的光子，因為波長短，所以頻率高，即聚合成粒子的次數(shù)多，它就更多地表現(xiàn)為動量的粒子性，相反，則更多地表現(xiàn)為能量的波動性。一個光子的粒子性與波動性是隨著時間的延續(xù)而周期出現(xiàn)，同一個時間點不能同時存在粒子狀態(tài)和波動狀態(tài)。粒子性與波動性是互補的。一個低頻率的光子在波態(tài)占用的時間長，那么在單位時間內(nèi)，它更大概率地是以能量的波態(tài)出現(xiàn)，即粒子出現(xiàn)的概率與頻率成正比，與波長成反比，很簡單地把單位時間換成單位空間，便是粒子在空間分布上的幾率波的概念。海森堡的測不準原理也可由此給出解釋。
現(xiàn)在我們將審視一下空間與時間的內(nèi)在關(guān)系。請看空間的結(jié)構(gòu)圖，光在空間的運行是由空間的本性決定的，它所耗用的時間也是由相同的原因決定的。也就是說，光在運行中的距離（空間）與時間是由同一原因決定，且恒定不可改變，即光速的絕對性。這樣，我們就可以將最短的時間定義為空間元的邊長。我們可以用空間來代替時間，這個數(shù)值就是光速。
由于空間已經(jīng)指明了幾何意義上正的方向，（如果幾何意義上是負的，我們便都不會存在）所以時間也被指明了正的方向，因此，時間之矢是不可能倒流的。時間的箭頭永遠指向未來。所謂動力學(xué)的時間箭頭可以倒轉(zhuǎn)是一種誤解，動力學(xué)時間倒轉(zhuǎn)的根本含義是運動方向的倒轉(zhuǎn)，倒轉(zhuǎn)的運動要耗費同樣長的時間。只有熱力學(xué)指明了時間的方向，且規(guī)定了發(fā)展的不可逆性。
光子在空間運行的速度由光子與空間結(jié)構(gòu)的本性所決定，這就決定了光速是不變的，光速是一個恒定常數(shù)。而且光速是物理世界中速度的極限，它具有絕對性、唯一性。由于光速的唯一性，那么具備光速的物質(zhì)只能是光子。這就是說，無論什么物質(zhì)，當(dāng)它（如果）被加速到光速時，物質(zhì)會全部轉(zhuǎn)化為光子形式存在，即能量的形態(tài)。物質(zhì)與能量是等同的，它們之間由速度而連接，物質(zhì)的多少代表著能量的多少。
這個質(zhì)量與能量的轉(zhuǎn)化無論從動力學(xué)（質(zhì)量）還是從熱力學(xué)（能量）都可以簡單而明確地推出。
首先，從熱力學(xué)來看
一個封閉的熱力學(xué)系統(tǒng)的溫度與內(nèi)部粒子的質(zhì)量和速度之間有關(guān)系式，
Mv2= 3kT (k是玻耳茲曼常數(shù))
我們知道，溫度是能量E的最直接量度，當(dāng)我們把粒子速度定義為光速時，（此時，系統(tǒng)內(nèi)的粒子全部轉(zhuǎn)化為光子形式存在）我們就可以得到公式
E = mc2即質(zhì)能公式
再從動力學(xué)來看
根據(jù)牛頓力學(xué)，一個質(zhì)量為m的物體在一個引力場中的總能量等于動能與勢能之和。我們要使這個運動的物體達到光速才意味著使這個物體的全部質(zhì)量轉(zhuǎn)化為完全的能量。使物體達到光速就意味著吸引體必須達到史瓦西半徑，即黑洞。這樣，得到公式：
E = E動+ E勢= mv2/2+ KmM/R
把史瓦西半徑R = 2KM/C2代入上式得：
E = mv2/2+ KmMC2/2KM = mv2/2+ mC2/2
當(dāng)物體m到達史瓦西半徑那一刻，也即意味著到達了光速，它的動能公式里的v變?yōu)镃，于是得到公式：
E = mC2 即質(zhì)能關(guān)系轉(zhuǎn)化公式
在愛因斯坦的狹義相對論中，E = MC2 的推導(dǎo)過程是不明確的，現(xiàn)將這一過程抄錄于此。這個推導(dǎo)錄自愛因斯坦一生獨自寫的唯一一本書《相對論的意義》
·················
事實上可以認識：對于遠低于光速的速度，這些動量的分量和經(jīng)典力學(xué)里的相符。對于高速度，動量的增長比較隨速度的線性增長要快，以致在接近光速時趨于無限大。
如果將(43)里最后的方程應(yīng)用于靜止質(zhì)點（q = 0），便知道靜止物體的能量E0等于其質(zhì)量。如果取秒為時間的單位，就會得到：
E0=mc2 （44）
所以質(zhì)量與能量實質(zhì)上是相象的；它們只是同一事物的不同表示。物體的質(zhì)量不是恒量；它隨著物體能量的改變而改變。由（43）里末一個方程可知，當(dāng)q趨于1，即趨近光速時，E將無限增大，如果按q2的冪展開E，便得到：
這個表示式的第二項相當(dāng)于經(jīng)典力學(xué)里質(zhì)點的動能。
由上面這一過程可以看出，愛因斯坦通過空間與時間的變換，最后得到公式E = m， 即能量等于質(zhì)量。然后，愛因斯坦在質(zhì)量的后面加上了一個系數(shù)C2，從而得出E = MC2。這個系數(shù)的來由并沒有說清，而且系數(shù)為什么取光速的平方而不是光速或光速的立方，也沒有說明。
與愛因斯坦同時代的，可以說與愛因斯坦接觸最密切的物理學(xué)家玻恩在他的《我們這一代的物理學(xué)》里指出了狹義相對論，尤其是質(zhì)能關(guān)系式的得出當(dāng)時曾引起很大的爭議。
由質(zhì)能關(guān)系式可以看出，物質(zhì)與能量是統(tǒng)一的，在現(xiàn)代大型粒子加速器上也用實驗證明了能量與物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化。量子理論認為，一個振蕩的能量場會產(chǎn)生激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的波峰便是能量場創(chuàng)造的粒子。在前面的論述中，已經(jīng)知道空間擁有強大的能量，那么就不能否認，在這個強大的真空能量場的振蕩中會創(chuàng)造出粒子。物質(zhì)由真空創(chuàng)造，并不是不可理解的事情。而且它們遵從質(zhì)能關(guān)系式E=MC2
前面論述中已知，空間是絕對的、唯一的、靜止的，因而就必須要求它有一個坐標原點，即空間的中心。由中心向外輻射的空間波引起現(xiàn)實空間的振蕩，這個觀點將在后面論述，這里我們只記住空間波的概念即可，這有助于我們討論下面的內(nèi)容。
萬有引力是牛頓偉大的發(fā)現(xiàn)，也是物理學(xué)最偉大的成就之一，它使人類認識世界的步伐跨出了飛躍的一步。今天，我們對引力太熟悉了。人們之所以站立在地球上而不是飛上空中，便是地球的引力吸引住我們的身體。太陽系之所以存在便是太陽的引力吸引住了其它的行星，包括我們地球，所以我們才能一年四季享受著太陽的光輝。一個物體在向引力中心墜落的過程中不斷地被加速，根據(jù)牛頓公式F = ma 可知引力場對物體施加了力，即引力場具有能量。被引力場束縛的物質(zhì)總是呈三維的球形，這說明引力場是一個球形波能量場。
熱力學(xué)定律規(guī)定，能量只能由高向低流動。能量凝聚態(tài)的物質(zhì)在引力場中永遠向引力最強的引力中心運動，這指明了引力最強的地方是空間中能量分布最低的地方。就是說，引力與能量成反比。而引力本身就是能量，這就意味著引力能量的方向與產(chǎn)生物質(zhì)的空間能量方向是相反的，我們把它稱為反能量，依照質(zhì)能關(guān)系式，E = MC2，反能量構(gòu)成的物質(zhì)便成為反物質(zhì)（后面論述反物質(zhì)的形成）。
在空間中，分布著數(shù)量巨大的引力源，但空間波是唯一的、絕對的、均勻的，空間波與引力波都具有波的特性，當(dāng)兩者相遇，會產(chǎn)生波的相干，由引力波“切割”空間波形成一個個波包。由于空間波是均勻的，波包的大小便由引力的強弱決定，引力強度與波包的體積成為反比關(guān)系。大波包內(nèi)的能量多于小波包內(nèi)的能量，它們的差別導(dǎo)致了自然界中存在的一百多種元素質(zhì)量上的差別。
波包對能量原先的均勻分布產(chǎn)生了“切割”作用，使得能量出現(xiàn)局域分割狀態(tài)，波包內(nèi)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)中心，此中心對波包內(nèi)的能量產(chǎn)生強大的內(nèi)斂作用。這種束縛是由空間本身提供的，它強烈束縛住波包內(nèi)的能量形成實態(tài)的物質(zhì)，這種內(nèi)斂作用便是強力。由于強力是空間結(jié)構(gòu)本身所造成的束縛能力，所以只有在極小尺度內(nèi)才具有作用，一旦超過這一尺度，空間便跨躍入宏觀的平滑狀態(tài)，強力現(xiàn)象消失無蹤。
波包內(nèi)空間結(jié)構(gòu)特點決定了內(nèi)斂作用強度由結(jié)構(gòu)中心向外緣的遞減，由此造成能量密度也呈遞減分布。每一個粒子都有一個堅硬的“核兒”。體積越小的粒子意味著越堅硬，能量密度越高，也就要求打開它的能量更大。粒子的這種密度層結(jié)構(gòu)，決定了它的許多粒子特性。
前面已經(jīng)說明了波包的體積形成不同原子量的元素，而波包體積是由引力的強度決定的。如果引力再增強，則波包會受到引力波的彈性擠壓，使得波包內(nèi)的能量密度增高，波包變得不穩(wěn)定。當(dāng)能量密度高到一個限度時，波包內(nèi)一部分的能量或物質(zhì)將被擠壓出這個波包以達到重新的穩(wěn)定狀態(tài)，這就是元素的放射性衰變。引力波對波包擠壓作用就是引起元素放射性衰變的弱力。因此，同樣的元素在不同的引力場強度中放射衰變的速度會不同。波包在受到了強烈的引力波擠壓或能量注入時，將以快速而集中的方式釋放里面被束縛的能量，這就是原子裂變。
引力制造的波包在空間形成一個能量的階梯，能量凝聚態(tài)的物質(zhì)便在這個由高到低的能量場中一直滑下去，物質(zhì)永遠向引力中心移動。引力、強力、弱力都是空間結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致的，雖然它們的強度有著極大的差別，但它們的原理是同一的、明確的，它們都可以用空間結(jié)構(gòu)來加以說明，并統(tǒng)一到空間結(jié)構(gòu)的敘述中去。
引力場是三維的球形波，設(shè)A點為質(zhì)點，B點為自由物體，且mB<< mA，圍繞A點會構(gòu)成有限個但難以計數(shù)的同心圓，（因為空間是有限的）每一個圓的引力強度是不同的，越接近A點，引力強度越大。這種引力強度的變化表現(xiàn)為自由落體B的加速度a，每一個圓則表示引力場中點的引力強度，它對應(yīng)著這一點的環(huán)繞速度V= GM除以R的平方根
（v意味著剛好抵消A的引力，使B自由飄移，這里B的運動系是一個加速系，但我們的等價關(guān)系只與速率有關(guān)，與參考系無關(guān)）。由此可知，加速度a與速率v兩者都可以等價地表示引力場強度。換句話說，一個加速系等同于制造出一個局域的引力場；一個慣性系等同于處在一個引力場中的某一點上。
根據(jù)牛頓定律，物體半徑與質(zhì)量達到關(guān)系式
時，物體便成為黑洞。黑洞意味著光也無法脫離黑洞的引力，意味著任何物體在到達黑洞的邊界時，它的速度變?yōu)楣馑?。即黑洞除了以光子的形式存在以外，它不會以任何實體的形式存在。黑洞導(dǎo)致空間反演，反演的空間是原先空間結(jié)構(gòu)的異化，即正反空間的位置互換?；兊目臻g由黑洞產(chǎn)生并傳播出去，從而引起原先空間的振蕩。空間是能量經(jīng)由黑洞轉(zhuǎn)化而來的?？臻g具有能量的屬性，是能量的相變。由于空間的唯一性，這就要求空間的中心是制造空間的唯一點，這一點就是宇宙的原點，整個宇宙只有唯一的黑洞?，F(xiàn)代天文觀測有許多證據(jù)似乎支持黑洞的普遍存在。由于黑洞在原則上是不可觀測的，因此，當(dāng)一顆恒星或許多恒星圍繞著一個“看不見”的質(zhì)量運動時，我們就推測它有可能是一個黑洞?，F(xiàn)在我們要說，它只是有著巨大引力紅移（因此“不可見”），由穩(wěn)定的輕粒子組成的巨大質(zhì)量星體。
前面提到引力場能量是負能量，按照E = MC2，引力場制造出反物質(zhì)。它與空間波創(chuàng)造的物質(zhì)是對稱的，它們質(zhì)量相等、符號相反，相遇后會完全湮滅成光子。從空間結(jié)構(gòu)上，可以認為物質(zhì)的結(jié)構(gòu)中心是空間元，反物質(zhì)的結(jié)構(gòu)中心是反空間元。引力場的強度與反物質(zhì)的質(zhì)量成正比。
在太陽中，強大的引力場制造了大量的反物質(zhì)。它們與正物質(zhì)湮滅并為太陽提供了巨大的能量，在太陽的中心，這種湮滅率最高。在太陽外圍較弱引力場中，反物質(zhì)的質(zhì)量會減少，但因為外圍的物質(zhì)極其稀薄，這些少量的反物質(zhì)要向太陽運動較長的距離才能遇到正物質(zhì)，所以，日冕層里反物質(zhì)的密度相對要高，導(dǎo)致日冕層的溫度達到幾百萬度，遠高于太陽表面6000℃的溫度。同樣，遙遠的星系核、類星體中的巨大能量釋放，也主要是由正反物質(zhì)湮滅而提供的。
盡管地球的引力場非常微弱，它也在不斷地制造著反物質(zhì)，放射性衰變和反物質(zhì)湮滅是地球內(nèi)部兩種重要的熱量來源。反物質(zhì)也是可以在地球表面測得的，只是它的質(zhì)量極小，存在時間極短。
出現(xiàn)在星體上的反物質(zhì)我們無法探測，我們最?？吹降姆次镔|(zhì)出現(xiàn)在現(xiàn)代的高能粒子加速器上。從加速度與引力場等價的原理可以知道，加速器制造的是一個局域強引力場。當(dāng)粒子之間撞擊時，一個巨大的速度差發(fā)生在一個足夠小的空間內(nèi)，這個與引力場等價的加速場就會瞬間創(chuàng)造出反物質(zhì)粒子。
黑洞是天文學(xué)中一種數(shù)學(xué)理論的產(chǎn)物，它一直沒有被證實，它在真實世界中不應(yīng)普遍存在。我們知道，黑洞的引力無限大，以致于速度極限的光都無法逃脫它的引力半徑。根據(jù)反物質(zhì)的原理，無限大的引力能產(chǎn)生無限質(zhì)量的反物質(zhì)，也就是說，在這個引力場中所有的物質(zhì)將與同樣質(zhì)量的反物質(zhì)完全湮滅，那么，除了能量態(tài)的光子以外，不再存在任何物質(zhì)。如果反物質(zhì)是被引力能量所創(chuàng)造的，那么，黑洞便失去了它在宇宙中普遍存在的理由。黑洞只能是唯一的，它創(chuàng)造了唯一的空間。
在宇宙中，到處存在著物質(zhì)與反物質(zhì)，物質(zhì)存在的地方，就是反物質(zhì)存在的地方，就象一張紙的兩個面。我們生活在一個物質(zhì)與反物質(zhì)的世界中。
核聚變反應(yīng)是與核裂變反應(yīng)相對立的一種核反應(yīng)理論,核裂變反應(yīng)是重原子核由粒子轟擊并使之碎裂，從而釋放出重原子核里面的禁閉能量。這種被禁閉的結(jié)合核子的結(jié)合能在原子核中表現(xiàn)為質(zhì)量。以我們前面的分析可知，這種結(jié)合能就是空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的緊束力量。核裂變的解釋與我們對空間結(jié)構(gòu)的分析雖然表示方式有差異，但原理是基本相同的。
核聚變是輕核子聚合成重核子并放出比裂變更強的能量?，F(xiàn)代核物理的聚變模型有
質(zhì)子—質(zhì)子鏈反應(yīng)
1H + 1H→2H +β++ V
2H + 1H→3He +γ
3He + 3He→4He +2 1H
總的結(jié)果是4個氫核聚合成一個氦核，同時放出26.7 MeV的能量
41H = 4He + 2β＋+ 2γ + 2V + 26.7 MeV
碳—氮—氧聚變模型
12C + 1H → 13N + γ
13N → 13C+β++ V
13C +1H → 14N + γ
14N +1H → 15O + γ
15O→15N +β++V
15N + 1H→12C +4He
總結(jié)果仍然是4個氫核聚合成一個氦核,在這個反應(yīng)中，碳、氮、氧并不消耗，它們只起中介的作用。
氘氚氦聚變模型
2H + 2H →3H + 1H + 4.04 MeV
2H + 2H →3He + 1n + 3.27 MeV
3H + 2H →4He + 1n + 17.58 MeV
3H + 2H →4He + 1H + 18.34 MeV
這些核反應(yīng)要加速許多入射粒子才能引起一次反應(yīng)，因此耗費的能量遠遠超過從核反應(yīng)中獲得的能量。
現(xiàn)代核物理學(xué)認為，原子核的質(zhì)量由質(zhì)子和中子構(gòu)成。不同質(zhì)量的核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)也會不同。由于核子間有強烈的相互吸引的核力作用，當(dāng)我們將原子核分散成彼此無關(guān)的核子時，就需要耗費相當(dāng)大的能量。因此，原子核的質(zhì)量比組成它的質(zhì)子與中子的質(zhì)量總和小。它們之間的差額叫質(zhì)量虧損。按照質(zhì)能關(guān)系的原理，質(zhì)量虧損的那部分能量就是把質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核時將要放出的能量，也就是把原子核中所有核子分開時需要提供的能量，這一能量叫原子核的總結(jié)合能，它的大小標志著原子核穩(wěn)定度的大小。由總結(jié)合能除以原子內(nèi)的核子總數(shù)，便得到了每個核子的平均結(jié)合能，叫比結(jié)合能。比結(jié)合能在鐵族元素達到最大值，由鐵元素向兩邊延伸，比結(jié)合能下降。由此得出，鐵是自然界元素中最穩(wěn)定的，因為它每個核子與其它核子“握緊”的力度最大。因此，當(dāng)兩個質(zhì)量數(shù)小的輕核聚合成一個較重核，或一個質(zhì)量數(shù)大的重核分裂成兩個較輕核時，由于比結(jié)合能的增大，都會使核能釋放出來。前者是輕核的聚變反應(yīng)，后者是重核的裂變反應(yīng)。就每單位質(zhì)量物質(zhì)反應(yīng)所釋放能量的大小來說，聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)更有效，因為聚變時比結(jié)合能的改變更大。
比結(jié)合能B/A隨質(zhì)量數(shù)A的變化示意圖
科學(xué)家通過光譜分析得知太陽和其它恒星上氫的含量最高，其次是氦。為了解釋太陽與恒星的能源問題，美國和德國的物理學(xué)家提出了復(fù)雜的碳循環(huán)和稍簡單一些的質(zhì)子循環(huán)來說明氫聚變?yōu)楹さ奈锢磉^程（見前述），隨后氦又繼續(xù)聚變以生成穩(wěn)定的鐵。如果恒星再大一點，則在超新星爆發(fā)的巨大壓力下，鐵又聚合成更重的其它元素直至鈾。
這些理論就是目前成熟的核聚變理論。氫彈的爆發(fā)似乎已經(jīng)無可爭議地證明了核聚變的成功。盡管我們描述的非常簡單，只是概括性地說出核聚變理論的框架，但這個框架已可以使我們對理論提出一些疑問。
1． 現(xiàn)代粒子物理學(xué)中，對粒子組成的理解是否合理？我們往往簡單地將小粒子直接相加而組成大粒子，這就產(chǎn)生許多的問題，如β衰變過程中（放出電子），實驗充分肯定衰變粒子是從原子核中發(fā)出，按照簡單相加的方法，可以推斷電子是原子核的組成部分，這顯然與原子核中不存在電子的實驗論斷相矛盾。
按照前述中關(guān)于質(zhì)量虧損的描述，一個大原子量的原子核是由低原子量的原子核或基本粒子直接相加組合而成，這種靜止的觀點是否反映了真實世界的影像。假設(shè)粒子可由更小粒子相加組成，那么一個粒子的質(zhì)量應(yīng)該由質(zhì)子質(zhì)量、中子質(zhì)量，結(jié)合能質(zhì)量三者之和組成，新的粒子質(zhì)量由于多出的結(jié)合能質(zhì)量應(yīng)該大于組成它的小粒子質(zhì)量之和。而實際的元素并不如此，現(xiàn)有理論得出的論斷是否正確？
2． 粒子聚合成更大粒子是物質(zhì)創(chuàng)造的過程，（因為它是質(zhì)量增加，能量轉(zhuǎn)換成物質(zhì)的過程），根據(jù)質(zhì)能關(guān)系，這一過程是以吸收能量為前提的。按照熱力學(xué)觀點，小的粒子有序性要小于大的粒子的有序性。這樣，由高熵向低熵的轉(zhuǎn)化也要求以吸收能量為前提，而不是放出能量。
3． 碳循環(huán)和質(zhì)子循環(huán)聚變?yōu)楹さ哪Ｐ?，推測性過強，實驗的基礎(chǔ)薄弱，尤其是在高溫、高壓環(huán)境的模擬方面更是欠缺實驗基礎(chǔ)。
4． 總結(jié)合能與比結(jié)合能都不是說明原子核穩(wěn)定性的依據(jù)。例如，鈾核（235）的總結(jié)合能1783.9 MeV遠遠大于氦4的總結(jié)合能28.3 MeV，但氦核遠比鈾核穩(wěn)定的多，同樣氦的比結(jié)合能為7.074 MeV，鈾的為7.591 MeV，穩(wěn)定的氦核比結(jié)合能還要小于不穩(wěn)定的鈾核的比結(jié)合能。
5． 按照理論，由于質(zhì)子攜帶正電荷，質(zhì)子之間的正電荷互相排斥，會削弱強力的作用，導(dǎo)致核的不穩(wěn)定。中子不攜帶電荷，只攜帶強力，它不會受到質(zhì)子的電磁力排斥。因此，一個質(zhì)子與兩個中子組成的核將由強大的核力緊密地結(jié)合成一個十分穩(wěn)定的核。但實際上，氚核卻是半衰期為12年的極不穩(wěn)定的核，大多數(shù)的擁有富余中子的同位素都是不穩(wěn)定的。
6． 理論計算氫聚變反應(yīng)所需溫度應(yīng)該達到10億度以上，既使是容易反應(yīng)的氘氚反應(yīng)，所需溫度仍接近億度。這都遠遠高于認定的太陽內(nèi)部1500萬度的溫度，太陽的聚變反應(yīng)何以進行呢？
7． 如果太陽正在進行著氫聚變反應(yīng)，為什么擁有豐富的氫的太陽沒有形成鏈式反應(yīng)而一次性燥發(fā)？如果說位于太陽外層的氫由于壓力不夠，沒有形成鏈式反應(yīng)，那么地球上的氫彈爆炸，同樣也不是在高壓下形成反應(yīng)。
8． 根據(jù)超新星爆發(fā)理論，鐵鎳核心的恒星在爆發(fā)時，受到巨大的壓力和高溫。很難想象，在這樣極端的物理條件下，原子不是被壓裂，而是被精巧地重組成更為復(fù)雜的重原子核，包括鈾核。而這些鈾核竟然沒有在極端的高溫高壓下重新裂變。有沒有充分的根據(jù)斷定在這種極端條件下，會形成穩(wěn)定的重核而留存下來？
9． 根據(jù)太陽核聚變理論，實際觀測到的太陽中微子只及理論的三分之一，這消失的中微子哪里去了？是實驗出了問題，還是理論出了問題？
種種疑問指向最終的一個疑問：核聚變理論是否行的通？如果行不通，又如何解釋氫彈的爆炸與太陽的能源機制？
氫彈的原料并不是氫，氫是非常穩(wěn)定的粒子，氫彈用的是不穩(wěn)定的易衰變的氫的同位素氘和氚。用原子彈的爆炸能量引發(fā)氘氚反應(yīng)，從而獲得更大的能量。氘與氚相對鈾核來講小得多。前面已提到過，越小的粒子意味著能量密度越高，打開它的能量要求就越大，同時，一旦打開，它釋放的能量強度也更大。由于原子彈的高溫打開了氘氚內(nèi)部的能量，從而使它放出比鈾裂變更強的裂變能量。氫彈的爆炸是一次裂變引發(fā)的另一次裂變。
太陽的能源一方面來自強引力場制造出的反物質(zhì)，一方面來自于高溫、高壓、強引力下原子核的衰變和裂變。由于引力波的擠壓，使得許多地球上可以存在的重元素在太陽上早已裂變消失。目前我們在太陽上能觀測到的最重元素是金，它也有消失的一天。這些元素裂變或衰變的產(chǎn)物大多指向穩(wěn)定的氫氦。氫氦成為恒星的物質(zhì)主體。
這樣說，太陽形成的歷史圖像將與我們現(xiàn)在的太陽及恒星的模式不大相同。我們將利用前面的許多結(jié)論，來合理地構(gòu)建出一個太陽系歷史的模型。
由空間波的振蕩創(chuàng)造出來的物質(zhì)形成彌漫的星云。任何微小的擾動都會形成不同的星系結(jié)構(gòu)。一大一小兩個恒星組成的雙星結(jié)構(gòu)是最普遍的系統(tǒng)，而我們太陽系星云的最初擾動有一點點特別，本來是構(gòu)成兩個恒星的結(jié)構(gòu)卻成了現(xiàn)在的太陽與九大行星結(jié)構(gòu)，被分裂的土星和木星代替了可能的一顆小恒星（它倆的質(zhì)量之和占了太陽系行星總質(zhì)量的92%）。這樣，九大行星就分為了密度較高的類地行星和密度較低的類木行星?，F(xiàn)在，讓我們重溫一下太陽系形成的那個時刻。
一團混沌的星云飄浮在宇宙空間中，由于微小擾動，形成一個引力中心，輕粒子與重粒子向引力中心下落。在這個宇宙塵的粥里面，重粒子與輕粒子分出了密度層（因為宇宙塵的密度適當(dāng)加大時，就會產(chǎn)生阻力，重粒子速度就會快于輕粒子的下落速度），越靠近引力中心，重粒子越多。與此同時，粒子的下落、互相碰撞、引力的拖拽，使得整個星云慢慢轉(zhuǎn)動起來，此時由于擾動又產(chǎn)生了另兩個小的引力中心，即土星木星引力中心，由于這種不規(guī)則的擾動，兩個引力中心造成的不平衡引力場，又導(dǎo)致了其它幾個引力中心的出現(xiàn)，從而形成了以太陽為中心的行星系。由于星云已有了初步的密度分層，使得太陽及接近太陽的行星形成高密度的類地行星，遠離太陽的行星則形成低密度的類木行星，太陽由于是在引力的中心位置，它將是重粒子的密集區(qū)域。我們已經(jīng)知道，引力波會擠壓波包，使得元素產(chǎn)生衰變或裂變。太陽上的重粒子在強大的引力場中不停地裂變和衰變，放出巨大能量?？梢韵胍?，最初的太陽是一個猛烈爆發(fā)的巨型原子彈，（原始恒星常具有爆發(fā)的特點）。當(dāng)初的爆發(fā)噴出許多碎塊，形成在太陽系中游蕩的彗星，甚至象冥王星這樣的軌道與密度異常的小行星也可能是由太陽的噴發(fā)制造出來的。（在太陽形成的早期某一時段，未成形的太陽將會以固態(tài)存在一段時間）。隨著時間的延伸，太陽上的重元素不斷地裂變成了較輕的元素，太陽也隨著穩(wěn)定了下來。如今，太陽的能量主要是由裂變和衰變中等質(zhì)量的較重元素及太陽強大引力制造的反物質(zhì)兩種方式來提供。（太陽中心的反物質(zhì)湮滅率最高）
同樣，我們生活的地球，在太古時期也經(jīng)歷了猛烈的運動，可以想見，當(dāng)時的地球是一個地獄般的景象。但今天的地球卻成為了一個平靜而美麗的藍色星球，我們生活其上。
地球與月亮的形成與太陽系的形成模式相同，且時間同步。月亮的整體密度比地球小。月亮的較小引力使得重元素在月亮上的衰變時間比在地球上長，如果僅根據(jù)元素放射半衰期推斷，我們會得出月球比地球的年齡還要長的錯誤結(jié)論。
隨著人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對空間的探測越來越深入，也越來越精確，人們的目光投向了宇宙的深處，用現(xiàn)有的科學(xué)知識和觀測數(shù)據(jù)來解釋宇宙，宇宙成為了物理學(xué)最大的研究對象。由于距離的遙遠，宇宙現(xiàn)象的紛繁復(fù)雜及我們自身科學(xué)技術(shù)的不完備，使我們對同一個宇宙做出了不同的解釋，形成各種宇宙論，站在不同的角度解釋宇宙的部分現(xiàn)象。其中，大爆炸宇宙論能解釋的現(xiàn)象最為豐富，它也成為現(xiàn)今宇宙學(xué)中的主流理論。做為比較，略為簡述一下。
穩(wěn)恒態(tài)宇宙論：它認為宇宙是在空間與時間中靜止的，宇宙是無始無終的，為了適應(yīng)宇宙膨脹的要求，宇宙中的粒子會被無中生有地創(chuàng)造出來。
運動宇宙論：建立在狹義相對論基礎(chǔ)上的宇宙學(xué)說。這個模型設(shè)立了一個宇宙的中心，由中心在某一個時刻（t = 0）向四面八方飛散無數(shù)各種速度的粒子，這些粒子組成星系。這個模型解釋了哈勃定律，但把空間與物質(zhì)分開了，有限的物質(zhì)在無限的空間中運動。這個模型里排斥了引力的作用。
重子對稱宇宙論：宇宙的物質(zhì)總體是0，宇宙是由相等的物質(zhì)與反物質(zhì)組成，由于特殊的機制將它們分開，從而形成了互不相碰的物質(zhì)星系與反物質(zhì)星系，只要兩者相遇時，便會產(chǎn)生大規(guī)模的湮滅，巨大的能量又會將兩個星系推開。但這個模型不能給出輕核素的合成，也難以解釋微波背景輻射。正反物質(zhì)星系的湮滅也沒有被觀測到。
等級式宇宙論：把宇宙劃分為不同的系統(tǒng)，各系統(tǒng)有不同的物理參量。因此，宇宙是由無數(shù)個復(fù)雜的子系統(tǒng)組成的。這實際上否認了宇宙的統(tǒng)一性、簡單性，把宇宙變成了無法認識的大雜燴。
大爆炸宇宙論：大爆炸宇宙學(xué)是基于廣義相對論的彎曲時空建立起來的。但有意思的是，除了說明宇宙的有限無界之外，大爆炸宇宙學(xué)自始至終運用的是被愛因斯坦廣義相對論拋棄的“引力”這個概念。大爆炸宇宙學(xué)是根據(jù)哈勃定律建立起來的。哈勃定律告訴我們，所有星系都在離我們遠去，其退行速度與我們的距離成正比。于是大爆炸宇宙論推測在過去的時間中，它們必定是集結(jié)于一點，這一點便是宇宙的起點，它的出現(xiàn)才導(dǎo)致空間、時間及物質(zhì)的出現(xiàn)。剛開始的宇宙密度極高，溫度極高。膨脹到現(xiàn)在，宇宙空間中彌漫的能量已經(jīng)低到2.7K的溫度，這便是觀測到的宇宙微波背景輻射。
大爆炸宇宙學(xué)也解釋了氫氦的豐度問題。根據(jù)現(xiàn)有的測量結(jié)果，氫占宇宙中可見物質(zhì)的四分之三，氦占四分之一，其它的元素所占比例很小。這種氫氦的豐度使科學(xué)家們推斷它們應(yīng)該是宇宙原生的。根據(jù)量子理論測算，宇宙起點時的溫度是100億度，此時不存在元素，只有微小的粒子。隨著宇宙擴大，溫度也在降低，幾秒鐘后，中子的豐度“凍結(jié)”在所有重粒子的15%左右，由于氦的核中是兩個中子兩個質(zhì)子，于是形成的氦的質(zhì)量為中子濃度的2倍，即30%，考慮一些核聚變的細節(jié)后，更精確的占有份額是四分之一，其余的是氫元素占四之三。這樣，在大爆炸5分鐘后，物質(zhì)便確定了氫氦的豐度。而其它的元素是在后來的超新星爆炸中制造出來的。
由于對宇宙膨脹，宇宙微波輻射和氫氦豐度的解釋，使得大爆炸宇宙學(xué)成為了主流的理論。但隨后的一些問題卻質(zhì)疑了大爆炸理論。
1． 宇宙的早期是完全的輻射，溫度降低后才形成粒子，這些粒子形成今天的星系。測算的光子數(shù)與重子數(shù)之比為10億比1，這就是說，每10億對正反粒子只多出了一個重粒子得以生存，并組成所有星系。這個粒子的出現(xiàn)象是魔術(shù)師變出來的，如果沒有這個粒子，則宇宙只是一片光芒，沒有星系，也沒有人類。如果多出一個粒子，則宇宙的總質(zhì)量就多出了一倍，與今天的宇宙就完全不同了。為什么不多不少就是這個數(shù)。
2． 為什么宇宙在大尺度上是如此均勻。觀測表明，宇宙微波背景輻射在各個方向上的強度變化極小，是極其均勻的。宇宙早期的膨脹中，空間相距遙遠的各點是彼此在視界之外的，它們無法交換能量以達到均勻。那么，“各自為是”的能量點擴散到今天卻為何依然保持這么好的均勻性？
3． 在大爆炸發(fā)生的100億~200億年后的今天，宇宙物質(zhì)的密度為什么非常接近臨界值，而空間幾何性質(zhì)又為什么非常接近平坦空間。要達到今天的平衡就意味著宇宙開始后的一秒，平衡精度要達到千億億分之一。這種宇宙初期的精確度就好比在120億光年遠的星系上拿一桿槍來瞄準我們地球上的一根蠟燭一樣。這種高精度是什么因素來保證的。
4． 是什么原因使原始密度出現(xiàn)微小的起伏，而導(dǎo)致今天星系的存在。
為了解釋這些疑問，又出現(xiàn)了“暴漲”理論。簡單地說，就是宇宙的爆發(fā)在10-34秒~10-32秒的極短時間內(nèi)宇宙的所有距離增加了1050倍，也就是1000萬光年的跨度。而沒有暴漲階段，宇宙在這段時間內(nèi)只會膨脹10倍，遠遠小于原子核的尺度。于是，暴漲理論便解釋了上述的四個疑問，從而獲得了廣泛承認?，F(xiàn)今的主流宇宙學(xué)是暴漲型大爆炸宇宙學(xué)。除了前面涉及到的對大爆炸理論的疑問，我們對大爆炸理論和暴漲理論提出另一些疑問。
1． 暴漲的機制完全建立在猜測基礎(chǔ)上，數(shù)值的基礎(chǔ)充滿任意性。在一個極短的時間內(nèi)宇宙得到了極大擴展，這完全失去了物理學(xué)意義。暴漲理論是為解釋問題而設(shè)計理論，該理論缺少邏輯性和客觀性。
2． 在解釋為何宇宙在大尺度上如此均勻時，暴漲理論提到早期宇宙在暴漲過程中，將原來的微小不均勻給“抹平”了，所以才使得現(xiàn)在的宇宙非常均勻。而在涉及原始密度出現(xiàn)的不均勻?qū)е铝诵窍档纳?，暴漲理論又解釋是因為暴漲結(jié)束時的不均勻?qū)е略济芏鹊钠鸱?。同一個暴漲，既抹平了不均勻，又制造了不均勻。暴漲想什么時候停就什么時候停，而且停的如此恰到好處。暴漲沒有物理規(guī)律，有的只是隨心所欲的意志和紙上的計算。
3． 大爆炸宇宙論出現(xiàn)的處處精確平衡，使我們不得不認為宇宙真是太巧合了，維持這么多且這么高度的巧合本身就是不可思議的。宇宙如果由偶然性主宰，便從根本上排除了必然的規(guī)律性，那么宇宙就是不可認識的，宇宙不存在物理規(guī)律。
4． 大爆炸理論必然涉及到奇點。無論從邏輯上，還是從物理學(xué)上，這個奇點都是難以合理解釋的。
5． 大爆炸理論在計算氫氦豐度時，雖然用了數(shù)學(xué)計算，但其基礎(chǔ)是不穩(wěn)固的。宇宙初期的溫度、哈勃常數(shù)的不定、高溫下粒子聚合的機制等等都是不十分肯定的，任何一項的變動都會引起氫氦豐度的改變。為什么中子豐度是15%而不是5%或50%？中子豐度的依據(jù)是什么？嚴密的數(shù)學(xué)計算如果建立在不嚴密的基礎(chǔ)上，也不會得到嚴密的結(jié)論。
6． 現(xiàn)代宇宙觀測已經(jīng)表明，宇宙在大尺度 上存在著結(jié)構(gòu)，是有序的，是在引力控制下的。如果空間在膨脹，那么，大尺度宇宙就不會形成蜂窩狀星系團結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)會被膨脹所沖散。因為在大尺度上，膨脹的力量遠遠大于引力聚合的力量。
這些疑問由大爆炸宇宙學(xué)難以給出答案。但在我們的邏輯構(gòu)架中，這些答案將非常自然地得出。
我們能不能用前面的理論來構(gòu)想一個新的宇宙學(xué)模型呢？答案是肯定而且是簡單的。
從靜止的，因而是絕對的，唯一的空間這個原理出發(fā)，我們必然得出宇宙總體的結(jié)構(gòu)是一個有著中心原點的球體。宇宙球內(nèi)的物質(zhì)聯(lián)合形成引力中心O并向中心加速墜落。這是一個非常簡單的引力場結(jié)構(gòu)，根據(jù)牛頓定律可以精確了解引力場中質(zhì)點的運動過程。
我們把A，B，C設(shè)為宇宙中的星系，宇宙球的引力場強度由球面向球心逐漸加強，即B點所在的引力場強于A點的引力場強度，B的下落速度大于A的速度，C的引力場強度介于A，B之間，由此得知它們的下降速度是A〈C〈B。如果以A，B，C分別為坐標系的話，都會得出其他的星系在遠離自己而去。而且距離越遠的星系遠離自己的速度也越大，它們成正比關(guān)系，這便是哈勃看到的星系退行。由于星系數(shù)量的巨大，使我們觀測的視界受到很大限制，理論上說，宇宙中存在著大范圍區(qū)域是我們不可能觀測到的，比如宇宙球另一面的藍移現(xiàn)象。
我們知道引力波與空間波是方向相反的兩種能量波，空間波與引力波都是以球心O為圓點并充滿整個宇宙球的。由于方向相反的兩種波的干涉會導(dǎo)致熱量的產(chǎn)生，或直接理解為引力波的反物質(zhì)場與空間波的物質(zhì)場湮滅而產(chǎn)生能量，這便是均勻的宇宙微波背景輻射。在每一個質(zhì)點A，B，C各自的周圍，微波背景輻射的能量場是相對均勻的。隨著質(zhì)點向中心的移動，其背景輻射會越來越強。從大空間跨度來說，微波背景輻射的強度A〈C〈B?？梢源_信，地球周圍空間的微波背景輻射將會極緩慢增加。我們現(xiàn)在的微波背景輻射的強度是很低的2.7 K，說明我們離宇宙中心的距離還很遙遠，我們向宇宙球心的運動速度還很低。根據(jù)微波背景輻射，我們可以知道我們在宇宙中的位置及運動的速度。
引力強度確定了波包的大小，因此從整個宇宙的引力場來說，波包的大小是不同的，A〉C〉B，在A場中不會衰變的元素在B場中就會衰變。而且由空間波創(chuàng)造的物質(zhì)的質(zhì)量（元素）在A場中比在B場中要高。換句話說，如果在A星系中，存在最重的元素是鈾，在C星系中就會是金，而在B星系中最重的元素就是鋁。也許我們現(xiàn)在所處的引力時代是氫元素時代，一切裂變的產(chǎn)物會指向氫，一切生成的產(chǎn)物也會指向氫。氫是這個時代最穩(wěn)定的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，其次是氦。所以，氫氦是這個時代的元素主體，氫比氦豐度更高。
如果氫是這個時代最穩(wěn)定元素，則氫以上的元素，包括氦，都應(yīng)該有放射性衰變，只是衰變的強度不同。同樣，在我們向宇宙中心前進了一大段距離后，我們就會處在引力場更強的區(qū)域，那時，氫也會產(chǎn)生衰變，穩(wěn)定的元素會是比氫更輕的粒子。我們就得更改我們的元素周期表了（如果人類還可以存在的話。也許物種滅絕與此有關(guān)）。宇宙中的元素由生成時的重元素向演化中的輕元素發(fā)展。根據(jù)星系元素的平均豐度，可以大體確定星系的年齡與質(zhì)量。
如果一個固定質(zhì)量的星系在A處生成，然后向B處運動，由于星系本身引力的作用及宇宙球引力的作用，使得星系的物質(zhì)不斷轉(zhuǎn)化為能量而釋放出去。這樣，當(dāng)星系由A運行到B時，它的質(zhì)量會減少，體積也減小，輕元素占物質(zhì)的比例越來越大。由于越輕的元素能量密度越高，裂變時產(chǎn)生的能量強度更大。所以，在接近宇宙原點運行的星系，必然具有以下特征：速度快，重力大，密度高，星系小，能量強。這倒是非常符合類星體的特征。
四面八方的星系以越來越快的速度涌向宇宙中心，在距離宇宙中心的某一個半徑點，這些星系會以光速運行，即整個星系變成光子輻射。在宇宙原點，即引力中心點，極高能量進入變異點產(chǎn)生能量的相變，能量被轉(zhuǎn)化為反演的空間波從原點發(fā)射出來向宇宙球的邊緣輻射。輻射的空間波與原先的空間波產(chǎn)生振蕩，從而在宇宙球的各處又產(chǎn)生出新的物質(zhì)，這就是為什么在星系或恒星的周圍總是彌漫著宇宙塵的原因（星暈或星系暈）。星系在運動過程中，一方面在減損質(zhì)量，放出能量；一方面在吸引空間中產(chǎn)生的物質(zhì)而增加質(zhì)量。由宇宙原點不斷向外輻射的空間波使得宇宙整體的質(zhì)量分布沿宇宙半徑由外向內(nèi)成平方關(guān)系遞增分布。
引力是波，波只有在三維球體中才有解。球形是物質(zhì)在引力場中最穩(wěn)定的狀態(tài)。引力波證明了我們的空間是三維的，而不是其它的維，彎曲空間概念本身就破壞了三維空間的結(jié)構(gòu)。數(shù)學(xué)可以幫助物理，但數(shù)學(xué)畢竟不是物理。
空間—物質(zhì)—引力通過宇宙原點構(gòu)成一個封閉的循環(huán)?？臻g—光子—物質(zhì)是能量的三種相變。宇宙是運動的，演化的，但總體上是永恒的。引力是終極的，它主宰了物質(zhì)世界，也主宰了宇宙。
引力紅移
經(jīng)過實驗的檢驗，我們確定光就象聲波一樣，存在著多普勒效應(yīng)。當(dāng)光源朝向觀測者移動時，光會出現(xiàn)藍移，而背向觀測者移動時，光則出現(xiàn)紅移。變化率與光源的相對速度成正比關(guān)系。前面已經(jīng)論述過，速度是引力場強度的等價表示，速度給光波造成的多普勒效應(yīng)在引力場中的一個點也會造成同樣數(shù)值的移動（這個比例關(guān)系與速度和光速的比值相關(guān)）。由引力紅移與引力場強度的關(guān)系可知，引力紅移與星體的平均密度（重力）正比相關(guān)。
換一個角度，按照波動理論。引力波是能量，光波也是能量，光波在迎向引力波源運動是能量的加強，背向引力波源運動是能量的減弱。根據(jù)公式
E = hv
由引力場中不同高度產(chǎn)生的勢能差便得出頻率的改變，即
△v = △E勢/h
這些解釋都可以得到符合物理基本規(guī)律的結(jié)果。引力紅移本質(zhì)上講是一個能量概念。但愛因斯坦相對論對引力紅移的解釋是光在引力場中由于時間膨脹導(dǎo)致光的振動頻率減慢，于是波長加長，出現(xiàn)了引力紅移。愛因斯坦把時間——頻率設(shè)定為一個關(guān)聯(lián)概念。而實際上，頻率是一個能量標度。能量只能由能量來加強或抵消。
按照愛因斯坦相對論，時間膨脹可以導(dǎo)致光速變慢，即重力場中不同高度的光速會不同。
設(shè)在海平面上測量光速與在海拔1000米處測量光速，按照相對論，兩處的計時會由于引力的原因有一個差值△t，海平面上的鐘走得略慢一些。相對論告訴我們光速是恒定的。這樣，我們讓光通過一根1米長的真空管，在海平面上測得的通過時間與在海拔1000米上測得的通過時間不會相同，因為兩者的計時器有一個差值△t。這樣，我們就會得出兩處的光速不同，顯然這與相對論認定的光速值恒定相矛盾。
光子具有靜止質(zhì)量
在現(xiàn)代物理學(xué)中，光子被視為無靜止質(zhì)量，卻擁有能量的基本粒子。牛頓在光的微粒說中沒有肯定或否定光子具有靜止質(zhì)量。愛因斯坦明確否定光子具有靜止質(zhì)量。原因之一是愛因斯坦的運動質(zhì)量公式
m = m0/
中，光子的v = C，使得公式分母為0，但光子的運動質(zhì)量m具有有限值，故光子的靜止質(zhì)量必須為零。分母為0將導(dǎo)致數(shù)學(xué)上的無窮。物理學(xué)的歷史已經(jīng)證明，物理在數(shù)學(xué)的無窮面前總會顯得束手無策，且背后往往蘊涵著危機。當(dāng)初的原子結(jié)構(gòu)，紫外災(zāi)難等這些連續(xù)性概念導(dǎo)致出現(xiàn)無窮，致使舊觀念被否定，新理論被樹立。光子的靜止質(zhì)量會導(dǎo)致相對論中無窮的出現(xiàn)，是不是一種暗示。
否認光子有靜止質(zhì)量的原因之二是光速為恒量，光無法靜止，一旦靜止，就不再是光，從而也談不到光子的存在了?？雌饋磉@是一個顯而易見的邏輯，但這種理解混淆了靜止與靜止質(zhì)量的含義。靜止質(zhì)量在物理學(xué)中的意義是指物質(zhì)本身的固有質(zhì)量，而不在于它是否處于靜止或相對運動狀態(tài)。比如一發(fā)炮彈在靜止時稱量的質(zhì)量為3kg，那么這枚炮彈發(fā)射出去，在空中飛行的時候，它靜止質(zhì)量3kg的屬性依然沒變。
現(xiàn)在，我們做一個理想的實驗。我們將大量的光子封閉在一個完全不漏光，全反射的循環(huán)光路中，那么光路中的光子依然在以光速運動，然而這些光子卻在一個有限的體積內(nèi)。如果我們擁有極敏感的秤，我們就可以稱量這些光子是不是有靜止質(zhì)量。當(dāng)然，我們的實驗做不到如此高的精度。我們只有從理論上分析光子是否有靜止質(zhì)量。
根據(jù)質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式E = mC2及高能粒子實驗，現(xiàn)代物理學(xué)普遍認為質(zhì)量與能量是可以相互轉(zhuǎn)化的。這樣，從理論上講，被壓縮在一個有限體積內(nèi)的能量就應(yīng)該表現(xiàn)出質(zhì)量的屬性。能的最終表現(xiàn)形式就是熱，即不同波長的電磁波。根據(jù)普朗克公式ε= hv，可知，頻率高的光子比頻率低的光子擁有更大的質(zhì)量，且頻率與質(zhì)量呈正比關(guān)系，即
m = hv/C2
將該式變形得
mC2/v = h
把v換成λ得
λmC = h
即 λp = h
這樣從頻率與質(zhì)量的正比關(guān)系中，可以得出波長與質(zhì)量的反比關(guān)系，即德布洛意的物質(zhì)波。
現(xiàn)代物理實驗已用扭擺的方法對光壓進行了精確的測量。即用光照射扭擺的一側(cè)，使扭擺發(fā)生微小扭動，從而測出光對扭擺施加的力。光子對扭擺的沖擊造成扭擺的扭動，就象子彈對目標物的沖擊一樣。這說明光子具有動量p，光子將動量傳遞于扭擺，而動量則是由m來攜帶的。根據(jù)動量公式P = mv把m = hv/C2代入，適當(dāng)變換后得出
P光= hv/C
即頻率高的光子比頻率低的光子動量大，光壓強。在光對物質(zhì)的透射中，頻率越高的光子穿透能力越強，這說明頻率高的光子擁有更大的動量，從而擁有更大的質(zhì)量。
宇宙中充滿大量運動著的光子。僅測算微波背景輻射的光子數(shù)即達500個每厘米3，如果光子具有靜止質(zhì)量，那么，宇宙中的光子對宇宙總體質(zhì)量的貢獻就不會是一個可以忽視的數(shù)量。再加上由空間波不斷制造的物質(zhì)粒子，它們構(gòu)成了宇宙看不見的暗物質(zhì)主體。其他的暗物質(zhì)還有不發(fā)光星體及由于引力紅移使得恒星及星系質(zhì)量判斷失誤造成的質(zhì)量缺損。在觀測高密度恒星，星系核及遙遠的星系時，引力紅移是一個必須計量的，有重要影響的量，否則會使我們對宇宙質(zhì)量的估計偏低。
我們的計時鐘
在物理學(xué)中，時間和長度的測量是物理實驗的基礎(chǔ)，我們在測量微小時間差的時候，一般都是使用原子振蕩或電磁波頻率等數(shù)值來計時。從使用角度講是可以的，但以此做為時間的標準則是原則性錯誤。因為它們都是能量概念，會根據(jù)引力強度、速度、溫度等改變的，如果以此做為時間的改變則是錯誤的理解。正象我們許多去證明相對論的實驗一樣。時間原則上是一個機械概念，是位置的移動所耗用的過程長短。根據(jù)空間絕對性及時間可由空間來替代的原則，時間也是絕對的，其數(shù)值由絕對的光速推出。這才是時間的標準。
加速器中的粒子
在巨型加速器中被加速的粒子不是質(zhì)量越來越大，而是局域引力場強度（重力）越來越大，其物質(zhì)波的波長越來越小。粒子速度提高的關(guān)鍵是加速器的能量密度而不是加速時間。粒子速度如果達到了相對應(yīng)的加速器強度，被加速粒子則不是再提升速度，而是將加速器的能量再釋放出去，粒子對加速器來講象是透明的一樣。如果使粒子速度更高，就必須增強加速器的能量密度，（即粒子加速度）而不是單純增強加速器的體積和耗電量。越快速的粒子其特性越傾向于一個高能光子，如果能得到同樣高能光子，則近似可以替代加速器。
運動粒子壽命延長
π介子是一種極不穩(wěn)定的粒子，它可在實驗室或宇宙射線的碰撞中產(chǎn)生出來，在實驗室中產(chǎn)生的∏介子從產(chǎn)生到衰變約2.5X 10-8秒的壽命,而在高速運動條件下的л介子(0.99C)的生存時間可以達到1.8X 10-7秒。
這個觀測事實經(jīng)常被引用為相對論的一個證據(jù)，來說明高速狀態(tài)下時間膨脹效應(yīng)。
觀測到的運動壽命延長的粒子都是輕子。我們知道，速度等價于引力場強度，一個高速粒子相當(dāng)于攜帶一個局域強引力場，強引力場的波包體積小，這就保證了體積小的粒子可以穩(wěn)定存在。如果速度一直沒有變化，則可以一直保持該粒子不變，存在時間可無限延長。但由于該粒子的運動受到其它粒子對它的摩擦阻礙作用，速度不斷降低，從而不斷衰變，從周圍吸收能量，最后形成穩(wěn)定的粒子。而該粒子則衰變消失。
由于地球的相對弱引力場也會制造反粒子，并不能排除高能粒子也會在地表附近產(chǎn)生，π介子也可以發(fā)生于我們的身邊。
太陽的脈動
恒星核聚變理論不能解釋太陽的脈動現(xiàn)象?，F(xiàn)代天文學(xué)觀測，太陽主要存在幾分鐘周期和160分鐘周期的脈動。由于引力中心反物質(zhì)與物質(zhì)的湮滅，高能量迫使太陽向外膨脹，再由于引力的巨大，使膨脹的物質(zhì)又重新向引力中心匯聚，這又引起新的湮滅反應(yīng)。如此循環(huán)便造成太陽的脈動。在其它的恒星上，在星系核中，在類星體中，都存在這種脈動，如果能量再強大，則會形成物質(zhì)噴射或恒星爆發(fā)。（如超新星爆發(fā)）物質(zhì)與能量總會自動達到均衡。一個星體的質(zhì)量、體積、密度、壓力、溫度總會自動調(diào)整。它們的物理狀態(tài)是有內(nèi)在聯(lián)系的。知道了一個物理狀態(tài)，便可近似推知其它的物理狀態(tài)。
星系
可以肯定地說，星系的大尺度結(jié)構(gòu)與小尺度結(jié)構(gòu)是同時演化的。從宇宙的整體看，將宇宙中心做為圓點，把宇宙看作是一層層的球殼組成，產(chǎn)生的物質(zhì)也是按大尺度的扁平殼層平行分布的，由于球體的曲率原因，使得扁平的星云物質(zhì)產(chǎn)生密度擾動從而分出星系，星系又分出恒星，它們同時在引力作用下在各自的系統(tǒng)演化自已，由于某一殼層區(qū)域存在相近的曲率，所以星系團、星系、恒星三者的質(zhì)量、體積、數(shù)量存在著規(guī)律性和近似性。
從引力性質(zhì)可以知道，球形是引力的最終表現(xiàn)形式，是物質(zhì)結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定狀態(tài)。宇宙是由引力主宰。所以球狀星系是古老的，發(fā)育最完全的星系，盤狀星系則是中年星系，而棒形星系則是年輕星系。我們的銀河系屬于中年。越接近宇宙中心，球形星系越多，星系成對聚攏的機會越多，星系的體積越小，但發(fā)出的能量卻越大，因此射電星系在數(shù)量上更多，在空間分布上也更密，類星體會較為常見，甚至超新星的爆發(fā)也是經(jīng)常的，這些特征與我們這片年輕的宇宙區(qū)域形成鮮明的對照。
水星近日點的進動
水星繞太陽旋轉(zhuǎn)的橢圓軌跡每年有一個偏移，根據(jù)牛頓定律計算的偏移值要小于實際的觀測值。而愛因斯坦計算的進動值原先與牛頓定律的計算值一樣，后來，愛因斯坦做了修改，使進動值提高了一倍，這就與水星的實際進動值比較接近了。于是水星近日點的進動便作為相對論的又一個證據(jù)。我們可以指明一個明顯與相對論計算完全不符的觀測事實。
美國賓夕法尼亞州大學(xué)的愛德華·吉南和弗蘭克·馬洛尼兩位天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)距我們2000光年的DI海格立斯雙星的運動與相對論完全相悖，它們的質(zhì)量都很大，分別為4.5和5.2個太陽質(zhì)量，公轉(zhuǎn)周期為10.55天，軌道偏心率0.489左右。據(jù)此，按相對論計算，其軌道應(yīng)該有明顯的最近點進動現(xiàn)象。然而事實上，當(dāng)兩星的其中之一運動到另一個星體之前并發(fā)生全食時，人們只觀測到兩次較明顯的亮度衰變。天文學(xué)家根據(jù)時間建立了該雙星的亮度曲線，計算出偏全食時間，并據(jù)此演繹出雙星相應(yīng)位置。鑒于DI海格立斯雙星的觀測已有84年的歷史，人們擁有豐富的資料，經(jīng)對3000多軌道進行詳細分析，吉南和馬洛尼兩位天文學(xué)家計算出兩星最近點進動僅為0.64度，而相對論理論推算的結(jié)果卻是2.34度！
如果相對論的解釋是不對的，我們還得回到牛頓的經(jīng)典力學(xué)。太陽是一個巨大的氣體球，在壓力的作用下，密度由外向內(nèi)逐漸增強。密度使太陽分出了層次，使得太陽內(nèi)部的轉(zhuǎn)動與太陽外部的轉(zhuǎn)動速率不一樣，內(nèi)部轉(zhuǎn)動的速度快于外部氣層的轉(zhuǎn)動。由于內(nèi)部物質(zhì)密度較大，內(nèi)部球體轉(zhuǎn)動的離心效應(yīng)構(gòu)成對內(nèi)層球體的壓扁作用，而太陽外層輕薄的氣體卻很均勻地形成一個對稱的球體，使我們無法看到太陽內(nèi)部的質(zhì)量分布結(jié)構(gòu)。均勻?qū)ΨQ的外部球體包含一個壓扁的太陽內(nèi)部球體，這種質(zhì)量的不均衡會造成水星近日點的過大進動。
元素的穩(wěn)定性
在科學(xué)所發(fā)現(xiàn)的一百多種元素中，有一部分是穩(wěn)定的，有些是不穩(wěn)定的。它們的穩(wěn)定性似乎無規(guī)律可尋。但自然界決不是雜亂無章的。如果有兩種或兩種以上的規(guī)律支配一個現(xiàn)象，這個現(xiàn)象往往會迷惑我們，使我們無所適從。元素的穩(wěn)定性便是如此。從弱力的論述中，已經(jīng)解釋了由于引力波對波包的擠壓，造成元素，尤其是重元素受到彈性擠壓后產(chǎn)生放射性，這是一個決定元素穩(wěn)定性的因素。但是，許多重一點的元素為什么比輕一些的元素反而還穩(wěn)定呢？比如氫的同位素氚，它的半衰期只有12年？這就取決于元素穩(wěn)定性的第二個條件：幾何結(jié)構(gòu)。如果我們假定三維空間中最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是球體，那么線形結(jié)構(gòu)，平面結(jié)構(gòu)或者三維不規(guī)則體都不是穩(wěn)定的，它們易于被打破而趨于平衡的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。元素的穩(wěn)定性也基于這個原理。氚的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)使得它極易衰變。
由于元素結(jié)構(gòu)的分布具有周期性，所以元素周期表中的元素周期性地出現(xiàn)放射性及超穩(wěn)固性（如He.O.Ca等）。氫元素同時具有穩(wěn)定性的二個條件，所以氫是自然界中目前最穩(wěn)定的元素。
大數(shù)假說
1937年，英國著名物理學(xué)家狄拉克曾比較一些基本的自然常數(shù)，提出了大數(shù)假說，由此斷定宇宙是一個和諧的系統(tǒng)。簡單的說，由有量綱常數(shù)（光速C，普朗克常數(shù)h，電子電荷e，原子質(zhì)量Mp，電子質(zhì)量Me，牛頓引力常數(shù)G，哈勃常數(shù)H）通過組合得到的比值，即無量綱常數(shù)往往表現(xiàn)出（1039）a 這個極大的數(shù)。（其中a=1或2）。由此，狄拉克斷定，自然界中出現(xiàn)的沒有量綱的這個非常大的數(shù)是彼此相關(guān)的，這個數(shù)連接了宏觀與微觀兩個世界的本質(zhì)，他將這個原理稱作大數(shù)假設(shè)。具體來講
1． 光穿過一個原子所需的時間與宇宙的年齡相比可以得到比值7×（1039）
2． 宇宙中的總質(zhì)量與質(zhì)子質(zhì)量的比值是1.2×（1039）2
3． 以原子尺度與可觀測宇宙半徑的比值也是（1039）
在了解了宇宙的統(tǒng)一性，簡潔性以后，就會發(fā)現(xiàn)這些大數(shù)的比值全部來自于絕對而不變的空間與時間。由絕對的空間時間導(dǎo)出的常數(shù)也是絕對的，大數(shù)假說反映了絕對時間和絕對空間的本質(zhì)。
我們知道，不同元素的原子質(zhì)量相差是很大的，可以達到二百倍，而它們的原子體積卻是近于相同的，這說明波包的大小是差不多的，它“握緊”了原子。如果我們所處的這個空間區(qū)域波包的大小是由宇宙中心的引力決定的，那么，我們就可以斷定波包的大小（原子半徑）與宇宙的半徑相比的數(shù)值等于光穿過一個波包（原子）的時間與光穿過宇宙半徑（即宇宙年齡）的時間的比值。宇宙中的總質(zhì)量與質(zhì)子質(zhì)量的比值（1039）2可以理解為宇宙中物質(zhì)的質(zhì)量分布隨著半徑向宇宙中心遞增，這正與我們的宇宙模型完全符合。
由此可以看出，宇宙是整體的，和諧的，統(tǒng)一的。它有著最深刻的簡潔性和最強的邏輯性。
數(shù)學(xué)與物理學(xué)
物理學(xué)是反映自然的科學(xué)，所以它不應(yīng)該脫離存在的實體，一旦物理學(xué)借助數(shù)學(xué)的工具推向了無限狀態(tài)，物理學(xué)家們往往就會警覺，因為真實的物理世界在無限面前是無意義的。這就是數(shù)學(xué)給我們帶來的困惑。我們太相信數(shù)學(xué)了，因為數(shù)學(xué)有著嚴密的邏輯性。但我們要記住，嚴密的數(shù)學(xué)也是建立在幾個顯而易見的公理上面的。這些公理反映了我們對自然界的基本認識，從這個角度說，數(shù)學(xué)與物理是完全同一的。我們對自然的誤解，如物質(zhì)無限可分，一個點不占有任何體積等等則導(dǎo)致數(shù)學(xué)的純思辯特征，進而產(chǎn)生了與物理學(xué)的差異。也導(dǎo)致了數(shù)學(xué)自體形成的悖論，如飛毛腿阿基里斯永遠也追不上烏龜，歐幾里德幾何是黎曼幾何的特殊形式等等。反過來，用純思辯數(shù)學(xué)導(dǎo)出的物理也就不可避免地產(chǎn)生無限的極端結(jié)果。如果我們不想讓數(shù)學(xué)成為單純的智力游戲，而希望它成為我們認識世界的工具，顯然，我們應(yīng)該去掉數(shù)學(xué)里面一切的無限，使它回歸自然?！?/p>
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