早期的探测器非常简单：设置某种对带电粒子敏感的乳剂（或者后来的云室），并在其周围放置一个磁场。当带电粒子进来时，我们可以看到两件事情：粒子的质量粒子的速度,根据施加的磁场强度，然后根据粒子留下的轨迹曲线，我们就能知道粒子的速度和质量之间的关系。在20世纪30年代，一系列实验无论是在早期的地球粒子加速器中，还是通过更复杂的宇宙射线探测器发现了一些有关宇宙射线的信息。
首先，绝大多数的宇宙射线粒子（大约90%）是质子，而且能量范围很广，从几兆电子伏（MeV）一直到可以测量到的最高能量！剩下的绝大多数是α粒子，也就是两个质子和两个中子的氦原子核，它们的能量都不相上下！宇宙射线中的极限能量为5×10^10 GeV当这些宇宙射线到达地球大气层顶部时，高能宇宙射线与大气层发生相互作用，产生级联反应，并且生成大量的高能粒子，其中包括两种新粒子：正电子（保罗·狄拉克于1930年提出的电子的反物质版本，与电子质量相同，但带一个正电荷）和介子（一种不稳定的粒子，具有与电子相同的电荷，但重约206倍）。
正电子是卡尔·安德森在1932年发现的，介子是他和他的学生赛斯·内德梅尔在1936年发现的。最神奇的事情是，如果你把手伸出来并于地面平行，大约每秒钟就有一个μ子穿过你的手掌。每一个通过你手掌的μ介子都起源于宇宙射线簇射，每一个到达地面的μ介子都是狭义相对论的证明！因为这些μ介子是在高度大约100公里的地方产生的，但一个μ介子的平均寿命只有2.2微秒左右。
即使以光速（299,792.458千米/秒）移动，μ介子在衰变前也只能走660米。然而，由于时间膨胀，或者说从一个静止的外部观察者的角度来看，接近光速的粒子经历时间以较慢的速度流逝，这些快速运动的介子可以在衰变之前到达地球表面，而这正是地球表面μ介子的来源！快进到今天，事实证明我们已经精确地测量了这些宇宙高能粒子的丰度和能谱！能量在100 GeV及以下的粒子是目前最常见的，每秒钟大约有一个100 GeV的粒子（即10^11 eV）会撞击到我们所在区域的每平方米的横截面上。
虽然高能量粒子仍然存在，但它们出现的频率要低得多。例如，能量达到10000000GeV（或10^16 eV）的粒子，每平方米每年只能得到1个这样的粒子，而对于能量最高的粒子，在5×10^10 GeV（或5×10^19 eV）时，就需要建造一个方形探测器，这个放形探测器每侧测量大约10公里的范围，每年只检测一个这样的高能粒子！更高能量的粒子基本上就探测不到了。
为什么宇宙射线中的高能粒子这么少呢？宇宙粒子的能量极限因为宇宙射线的能量有一个截止值，也就是阈值！宇宙中的质子有一个速度限制，也就是光速！我们可以用磁场加速带电粒子，宇宙中最大、最活跃的黑洞可以产生能量比我们看到的高能粒子中携带的能量要大得多，也比我们加速器中所能提供的能量大的多。但是高能粒子必须穿越宇宙空间才能到达我们地球，而宇宙中充满了大量冷的、低能量的辐射：宇宙微波背景！宇宙中产生能量最高的粒子，唯一的地方是那些最大、最活跃的黑洞，所有这些黑洞都远在我们的星系之外。
如果能量超过5×10^10 GeV（5×10^19eV）的粒子被黑洞创造出来，这些粒子最多只能携带超过阈值的能量旅行几百万光年，因为大爆炸留下的光子，会与超高能粒子相互作用，产生一个π介子(pion)，放射出多余的能量，并下降到理论上的宇宙能量极限，称为GZK极限。宇宙中能量最高的质子，几乎与光速相当皮埃尔·奥杰天文台证实了宇宙射线存在，但不可能超过的高能阈值，比大型强子对撞机达到的能量大1000万倍！这意味着我们所见过的宇宙中速度最快的质子几乎是以光速运动的，也就是299,792,458米/秒，但只是稍微慢了一点点。
慢了多少呢?最快的质子（就是能量在GZK极限阈值处的质子），以每秒299,792,457.9999999999918米的速度移动，或者如果你让一个光子和其中一个质子跑到仙女座星系然后回来，经过五百多万年的旅程，光子会比质子快六秒。具有能量阈值的质子来自拥有超大质量黑洞的活动星系，比如ngc1275，但这些黑洞往往在数亿甚至数十亿光年之外。
宇宙中所有恒星的能量全部消耗完，太空之中还会有光明吗？
原创思想，我觉得物质运动是此长彼消或是此消彼长的，物质能量是转换性的是没有全部消耗完尽的，因为能量是守恒的。因此就觉得就算现在我们所看得见的每一颗恒星，将来的能量是消耗完的，而亦有着其它的物质元素而再形成出恒星的，而就不会使到太空之中陷入绝对性的黑暗，而没有一点能量性运动性的光亮的。因为物质性的东西，是有着多维度性的量变性质变性而在运动的，而不是我们所见到的一般性能源材料那样，当能源耗尽后而就没有了反应的那种性质了。
能量不能凭空产生，那么宇宙中的起始能量怎么来的呢？宇宙是不是个永动机？
如果我们把宇宙当作整个外在的客观世界，那么宇宙的产生与膨胀就是一个从无到有的过程。这是违反质能守恒原则的。之所以会得出如此矛盾的结论，是因为我们一方面把宇宙视为抽象的概念，而另一方面却又将宇宙当作一个具体的物体。前者是无限的，没有起始与生成，其最多只是存在形式的转换；而后者则是有限的，是一个由隐到显的形式变化过程，其存在的时间是有限的，有着一个诞生与消亡的具体演化过程。
既然质能守恒是人类千百年来认识到的一个基本定律，既然宇宙有一个具体的创生过程，是在不断地膨胀，说明我们的宇宙仅只是一个具体的物体，是自然界的一部分。由于自然界具有不连续性，存在着质的变化。当自然界发生波动，导致其局部远离平衡态时，就会使该高能的局部暂时形成耗散结构，即形成了不稳定的能量聚集状态。这一耗散结构的具体表现形式，就是由不可再分的最小粒子构成的封闭体系。
该体系在其解体之前，具有相对的独立性。这就好比是一个气球?，其内外部的粒子是相对隔绝的。于是，作为封闭体系的宇宙，其存在的状态取决于宇宙内外部空间粒子能量密度的比值。所谓能量密度，就是我们常用的物理参量——压强，面积乘以压强等于力。所以，宇宙的初始能量，来自自然界的波动；而宇宙膨胀的动能，则是由宇宙外部空间对其压缩所产生的势能转化而来的。
这就好比是一根弹簧，在被压缩之后，其迟早会进行反转，将其所获得的势能转化为动能，对外进行膨胀。只是，随着宇宙的膨胀，其势能会大幅减少，从而使宇宙的膨胀动力减弱。于是，宇宙的膨胀趋于平缓，进入了相对平稳的状态。这就是为什么，我们宇宙中的各种天体，在百十亿年间得以稳定存在，从而可以有机会演化出各种不同阶段的天体，如星云、恒星、白矮星、中子星和黑洞等。
上述这些天体都是宇宙极速膨胀时，暂时形成的能量聚集，即形成的耗散结构。而且，伴随着它们对外辐射☢️能量，使作为耗散结构的天体越来越紧密，直至以超新星的形式爆发和解体，重新还原为离散的能量状态。总之，我们的宇宙是一个具体的物体，是由最小粒子构成的封闭体系，其仅只是自然界的一部分。因此，宇宙的本质，是自然界中某个局部的能量聚集，是不违反能量守恒定律的。
但是宇宙本身的剧烈振动也会在其中产生能量积聚的耗散结构，形成各种有质量的基本粒子和天体。所以严格来说，宇宙遵循质量和能量守恒定律。因为宇宙本身的演化有质变。而且，正因为宇宙也遵守能量守恒定律，所以宇宙不是永动机。它既不能产生能量，也不能永远膨胀，更不能永远存在。
