關(guān)于宇宙運(yùn)行的幾個(gè)哲學(xué)、物理學(xué)問題思考（物理篇）

------物理學(xué)的邏輯思考

物理學(xué)在二十世紀(jì)上半葉迅猛發(fā)展，形成了兩大物理理論，即相對(duì)論和量子場(chǎng)論。目前遇到了瓶頸。一些觀念制約著人們的思想。我們需要理清思路，方可前行。

一、經(jīng)典力學(xué)體系邏輯

（一）物質(zhì)的作用性和力的概念

1、物質(zhì)的作用性

在哲學(xué)篇中闡釋了“聯(lián)系與作用規(guī)律”的含義，即萬物是有聯(lián)系的，而且是通過相互作用而聯(lián)系的，相互作用是通過物質(zhì)的傳遞實(shí)現(xiàn)的，只有物質(zhì)的相互作用才能體現(xiàn)物質(zhì)的存在，只有相互作用才能支撐物質(zhì)的空間位置和發(fā)展時(shí)序。物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的根本原因是物質(zhì)的相互作用，物質(zhì)是通過物質(zhì)間的相互作用并形成相互制衡而存在。

在哲學(xué)篇中我們將事物的作用性分為三個(gè)層次，即基本作用性、基礎(chǔ)作用性和復(fù)合作用性，基本作用性起根本作用?；咀饔眯跃褪墙y(tǒng)一性中的相互吸引性、相互碰撞性和對(duì)立性中的互相排斥性、互相離散性。

從物理上是以力的作用建立起物質(zhì)間的相互聯(lián)系和相互作用，力與相互聯(lián)系和相互作用是同等意義，相互作用表現(xiàn)為四種基本力（也許還有其他基本力）和碰撞作用。

2、力的概念

力是改變物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的根本原因，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變必然是力的作用。各種力的作用效應(yīng)是一致的，可以統(tǒng)一度量。這是哲學(xué)上的萬物運(yùn)行具有自洽性的基礎(chǔ)，也是統(tǒng)一的物理體系建立的基礎(chǔ)，所以是根本性原理，我們可稱之為力的作用性原理。

一般將力定義為物質(zhì)與物質(zhì)之間的相互作用，相互作用是通過物質(zhì)場(chǎng)傳遞來實(shí)現(xiàn)的。力的大小、方向、作用點(diǎn)是力的三要素，為矢量。力是使物質(zhì)改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的根本原因。

在經(jīng)典力學(xué)中，牛頓第一定律(慣性定律)是對(duì)實(shí)物物質(zhì)的慣性下的定性定義，其實(shí)質(zhì)是實(shí)物物質(zhì)的質(zhì)量，但沒有給出定量。牛頓第二定律首先是一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定力、質(zhì)量和加速度的關(guān)系，即力等于物體的質(zhì)量與加速度的乘積，所以它是一個(gè)定律。但這個(gè)定律同時(shí)給出了力和質(zhì)量的定量定義，所以它又是一個(gè)定義性定律。力和質(zhì)量應(yīng)是一對(duì)直接相關(guān)的物理量，當(dāng)力一定時(shí)對(duì)不同質(zhì)量的物體產(chǎn)生的加速度是不同的，通過對(duì)加速度的測(cè)量即可計(jì)算出兩個(gè)物體的質(zhì)量比，定義一個(gè)物體的質(zhì)量值，即可確定另一個(gè)物體的質(zhì)量，再通過牛頓第二定律公式就能確定力的數(shù)值。顯然質(zhì)量是一個(gè)基本量，而力是導(dǎo)出量。質(zhì)量就是物質(zhì)的數(shù)量，這種說法是不準(zhǔn)確的，物質(zhì)的數(shù)量也可以用摩爾數(shù)、體積、重量等表示，而質(zhì)量可以當(dāng)作物質(zhì)的數(shù)量是因?yàn)閷?shí)物物質(zhì)慣性質(zhì)量具有相對(duì)固定值，所有可以用來表示實(shí)物物質(zhì)的數(shù)量。

力的效應(yīng)有，一、做功，在物體（物質(zhì)）運(yùn)動(dòng)方向上的力將改變物體（物質(zhì)）的運(yùn)動(dòng)速度，從而動(dòng)能從一個(gè)物體傳給另一個(gè)物體；二、改變物體運(yùn)動(dòng)方向，在物體（物質(zhì)）運(yùn)動(dòng)垂直方向上的力將改變物體（物質(zhì)）的運(yùn)動(dòng)方向，但不做功，沒有動(dòng)能傳遞；三、力的作用除了改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)還有保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的作用，即維持勢(shì)能，力可通過力的平衡（如動(dòng)的平衡、慣性離心力等）約束物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)而形成勢(shì)能禁錮；四、形成碰撞，作用力和反作用力使動(dòng)量和動(dòng)能重新在兩個(gè)碰撞物體（物質(zhì)）間分配，并可能改變運(yùn)動(dòng)方向。

力的作用與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)一樣要通過時(shí)間和空間來實(shí)現(xiàn)。而且，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化量或物體形態(tài)的變化量，取決于力對(duì)時(shí)間和空間的累積效應(yīng)。且兩力作用于同一物體所產(chǎn)生的加速度，是該兩力分別作用于該物體所產(chǎn)生的加速度的矢量和。

3、基本力的作用方式

蘇聯(lián)物理學(xué)家朗道在《場(chǎng)論》中指出，“實(shí)驗(yàn)證明，瞬時(shí)的相互作用在自然界中是不存在的。因此，根據(jù)相互作用的瞬時(shí)傳播觀念的力學(xué)，本身就含有某些不確定性。實(shí)際上，如果相互作用的物體中的一個(gè)發(fā)生任何變動(dòng)，僅僅在某一段時(shí)間過了以后才能影響到其他物體。只是在這段時(shí)間以后，由于最初變動(dòng)所引起的過程，才開始在第二個(gè)物體上發(fā)生。用這段時(shí)間除兩個(gè)物體間的距離，就得到相互作用的傳播速度?！薄爸档米⒁獾氖?，由相對(duì)性原理可以推斷相互作用的傳播速度在所有慣性參考系統(tǒng)中都是一樣的。因此，相互作用的傳播速度是一個(gè)普適常數(shù)。------這個(gè)恒定速度就是光在真空中的速度?！?/span>

這一思想在量子理論中也得到了驗(yàn)證。玻色子是在粒子之間的作用中起媒介作用和傳遞相互作用的粒子，具體是電磁相互作用的光子、弱相互作用的W 及 Z 玻色子、強(qiáng)相互作用的膠子，以及尚未驗(yàn)證的引力相互作用的引力子。而力的本質(zhì)就是物體之間拋接玻色子的過程，或者說玻色子在物體間傳遞力的作用。

任何兩個(gè)粒子之間的作用總是相互的，力的大小相等、方向相反，這些是符合牛頓第三定律，但力的延遲性卻不滿足牛頓第三定律。

顯然，物質(zhì)基本相互作用具有以下特征：一、相互作用一定是物質(zhì)（場(chǎng)）的傳遞；二、作用的傳遞不是瞬時(shí)的，即具有延遲性，并具有一定速度，最大速度為光速，光速傳遞且與參照系無關(guān)；三、具有相互性，即力一定是兩個(gè)物體之間的相互作用，并為同一性質(zhì)力，最終都會(huì)作用到力源體上；四、四種基本力是所有物質(zhì)作用的最終體現(xiàn)。

這里需要指出的是，相對(duì)論將引力作用“時(shí)空”化，由于質(zhì)量作用改變“時(shí)空”，從而影響物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，我們假設(shè)存在引力子，那么引力子是作用于時(shí)空，還是直接作用于物質(zhì)？另外由于W及Z玻色子靜止質(zhì)量不為零，弱相互作用傳遞速度應(yīng)該不可能是光速。

4、牛頓第三定律的局限性

牛頓第三定律一般表述為兩個(gè)相互作用的物體，在無外力的情況下，它們之間的作用力與反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。作用力與反作用力具有瞬時(shí)性，即為過程中的同時(shí)性，或是說同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)消失、同時(shí)變化。

在慣性系中實(shí)物物體之間的相互作用時(shí)，假定作用是瞬時(shí)的（嚴(yán)格講是同時(shí)的），如在哲學(xué)篇中的物質(zhì)碰撞作用性，作用力與反作用力就會(huì)是大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，這樣我們研究物質(zhì)的碰撞過程會(huì)非常方便。并由此引申出動(dòng)量守恒定律。顯然“假定作用時(shí)瞬時(shí)”具有局限性，與作用的延遲性相矛盾。

由于四種基本力具有延遲性，所有嚴(yán)格講都不滿足牛頓第三定律。而四種基本力是所有作用的最終體現(xiàn)，那么牛頓第三定律在自然界中也是不成立的。就是物質(zhì)碰撞作用性也不可能是瞬時(shí)的，因?yàn)槠渥罱K還是體現(xiàn)為四種基本力。

可見牛頓第三定律是一個(gè)近似性定律，其引申出動(dòng)量守恒定律是整個(gè)作用過程完成后成立，這是因?yàn)槲镔|(zhì)基本相互作用具有相互性，并為同一性質(zhì)力，最終都會(huì)作用到力源體上的特征。所以動(dòng)量守恒也不是瞬時(shí)性守恒，而是過程性守恒。

作用力與反作用力的形式，一是相互的吸引力，如引力作用，兩個(gè)具有質(zhì)量的物體的引力作用，是它們共同的作用。（但在廣義相對(duì)論中，引力用時(shí)空彎曲來表述，物體在時(shí)空中運(yùn)行遵循短程線規(guī)則，那么作用力與反作用力就失去了意義）；二是電磁性實(shí)物物質(zhì)的異性相吸力和同性相斥。（局部電磁場(chǎng)對(duì)電磁實(shí)物物質(zhì)的作用并不具有作用力與反作用力的性質(zhì)，而只能是對(duì)電磁性實(shí)物物質(zhì)的單向作用力，因?yàn)闊o法確定具體的場(chǎng)源）；三是實(shí)物（粒子）的碰撞作用，是由于實(shí)物具有時(shí)空排他性，當(dāng)兩個(gè)物體或粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡具有某一相同“時(shí)空”點(diǎn)，就會(huì)發(fā)生碰撞，即碰撞作用。也可以說這種作用是實(shí)物與時(shí)空共同作用的形式，在哲學(xué)上我們把這種作用定義為統(tǒng)一性的碰撞性（也可稱為共軌性造成）。

由此可以看出引力和電磁力甚至其他物質(zhì)場(chǎng)力（即基本力，我們可稱之為原生力）并不完全具有作用力和反作用力性質(zhì)，而碰撞作用必然具有作用力和反作用力性質(zhì)，這種作用力實(shí)質(zhì)是阻擋力。

5、慣性力不是力，對(duì)物體運(yùn)動(dòng)起制衡作用的不僅僅是作用力

物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)（機(jī)械運(yùn)動(dòng)）在物理上的最基本形式為勻速圓周運(yùn)動(dòng)、勻速直線運(yùn)動(dòng)、變速運(yùn)動(dòng)和它們的混合運(yùn)動(dòng)（曲線運(yùn)動(dòng)），相對(duì)靜止是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的特殊形式。勻速圓周運(yùn)動(dòng)是吸引力（向心力）和物體慣性共同作用的結(jié)果。直線運(yùn)動(dòng)即運(yùn)動(dòng)軌跡是一條直線的運(yùn)動(dòng)，其分為勻速直線運(yùn)動(dòng)也稱慣性運(yùn)動(dòng)和變速直線運(yùn)動(dòng)。慣性運(yùn)動(dòng)物體所受外力的合力為零時(shí)，靠其的慣性所做的運(yùn)動(dòng)。

牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》里定義慣性為“物質(zhì)固有的屬性，是一種抵抗的現(xiàn)象，它存在于每一物體當(dāng)中，大小與該物體的質(zhì)量成正比，并盡量使其保持現(xiàn)有的狀態(tài)，不論是靜止?fàn)顟B(tài)，或是勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。”也就是說慣性是指物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)，是物體的一種固有屬性。其表現(xiàn)為兩個(gè)方面，一是運(yùn)動(dòng)方向的不改變性；二是運(yùn)動(dòng)能力的不改變性。質(zhì)量是物體運(yùn)動(dòng)能力即慣性大小的量度。

從上面的分析得出，慣性是表述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度，或?yàn)槲矬w對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的一種阻抗程度。我們假設(shè)用一種力來度量慣性，即度量物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度，而且這種力可用牛頓第二定律衡量，我們稱這種力為慣性力。顯然慣性力實(shí)質(zhì)上是無作用力，是一種假想力，實(shí)際上并不存在，其沒有施力于物體，是用來描述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的。慣性和慣性力，在本文的哲學(xué)篇中表述為實(shí)物物質(zhì)的離散性作用。慣性力主要有兩種形式：平移慣性力（簡(jiǎn)稱慣性力）即維持運(yùn)動(dòng)方向上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)能力，與質(zhì)量有關(guān)；離心慣性力（簡(jiǎn)稱離心力）即維持運(yùn)動(dòng)方向的能力，與運(yùn)動(dòng)速度和質(zhì)量有關(guān)，顯然不是向心力的反作用力。

制衡物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都是以作用力來表述或稱力的分析，如桌子上的物體之所以相對(duì)桌子靜止是因?yàn)槲矬w受到向下的重力和桌子對(duì)物體有向上的支撐力，其大小相等方向相反?；鸺强炕鸺耐屏Υ笥诘厍虻囊Χw離地球。在分析物體的勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)我們假想出不存在的離心力，這說明物體圓周運(yùn)動(dòng)并不是向心力與離心力的平衡或制衡的結(jié)果，而是向心力與物體運(yùn)動(dòng)共同作用的結(jié)果。也就是說對(duì)物體運(yùn)動(dòng)起制衡作用的不僅僅是作用力，物體本身的運(yùn)動(dòng)就是起制衡作用的重要因素方面。

我們知道四種基本力表現(xiàn)為吸引力為主，排斥力只有電磁相互作用中的同性電場(chǎng)或磁場(chǎng)的相斥，說明基本力是不平衡的，而我們的宇宙是相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，其重要原因是物質(zhì)（實(shí)物）運(yùn)動(dòng)的平衡狀態(tài)往往是吸引力與有質(zhì)量的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度的平衡，這種平衡是勢(shì)能與動(dòng)能的制衡。當(dāng)然由于電磁相互作用具有同等量的吸引力和排斥力，所以在我們周圍大多為電磁相互作用，起制衡作用的以電磁的吸引力和排斥力為主，如日常物質(zhì)（化學(xué)物質(zhì)）的化學(xué)成分、分子結(jié)構(gòu)、相態(tài)以及生物世界等等。在天體物理中起制衡作用一定是引力與物體本身的運(yùn)動(dòng)（或稱之為離散性作用中的慣性作用，再次強(qiáng)調(diào)慣性作用不是“力”的作用）。

6、信息物質(zhì)流、信息流、意識(shí)流

物質(zhì)相互作用一定是物質(zhì)（場(chǎng)）的傳遞來實(shí)現(xiàn)的，物質(zhì)相互作用在物理上就是力的作用，最終體現(xiàn)為四種基本力。人們通過獲得物質(zhì)世界的信息來認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界，獲得信息的過程一定是物質(zhì)作用的過程，也就是物質(zhì)（場(chǎng)）傳遞的過程，這種物質(zhì)（場(chǎng)）傳遞對(duì)于我們的思維稱之為信息物質(zhì)流。信息物質(zhì)流反映物質(zhì)流源的運(yùn)動(dòng)狀況和變化。信息物質(zhì)流所載的信息稱為信息流。所謂意識(shí)流，是人為的附于信息物質(zhì)流的特殊意識(shí)意義。紅色信號(hào)，紅色光是物質(zhì)流，附于停車意思是意識(shí)流，其與信息源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。

信息流一定是物質(zhì)流，物質(zhì)流一定是通過相互作用形成互相的聯(lián)系，所有相互作用是信息的本質(zhì)。相互作用物理上就是基本力的作用，目前基本力的傳遞速度為光速，所有信息傳遞最高速度為光速。狹義相對(duì)論光速的作用其實(shí)是物質(zhì)作用的速度，不僅僅是光速不變?cè)淼囊饬x。參照系間的聯(lián)系是作用的聯(lián)系，不是光的信息聯(lián)系。兩個(gè)參照系的同時(shí)的相對(duì)性其實(shí)是講兩個(gè)事件，這兩個(gè)事件是相互獨(dú)立的，所有它們的相互比較是沒有物理意義的，因?yàn)樗鼈冎g沒有產(chǎn)生作用。如果強(qiáng)硬進(jìn)行聯(lián)系，就是一種“觀察者效應(yīng)”，是一種非物質(zhì)反應(yīng)，即意識(shí)行為。

通過物質(zhì)流的檢測(cè)結(jié)果的分析總結(jié)出的理論是意識(shí)活動(dòng)，并可對(duì)信息源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)形成推論和判斷。

（二）、物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的物理狀態(tài)部分參量分析

物理性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)研究，是從相對(duì)抽象實(shí)體物質(zhì)狀態(tài)（質(zhì)量、慣性、加速度、力等）逐漸向微觀具體實(shí)體狀態(tài)（基本粒子、物理場(chǎng)、基本力等）方向發(fā)展，從而使宇宙運(yùn)行規(guī)律在物理層面上達(dá)到高度融合和概括，且把物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的具體形式作為主要研究?jī)?nèi)容。所用的工具是實(shí)驗(yàn)（包括思想實(shí)驗(yàn)），表述的方法是數(shù)學(xué)和基本模型。

物理上對(duì)物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)的研究方向主要分為兩大類：一是宏觀天體，以廣義相對(duì)論為基礎(chǔ)，將物質(zhì)作為一個(gè)相對(duì)整體加以研究，其能量、動(dòng)量、空間、時(shí)間以及物質(zhì)場(chǎng)等作為研究要素；二是微觀基本粒子，以相關(guān)量子理論為基礎(chǔ)，研究物質(zhì)的基本組成即基本粒子和物質(zhì)場(chǎng)及其相互作用，并將基本粒子的屬性分為外在屬性和內(nèi)稟屬性。外在屬性主要是能量、動(dòng)量、空間、時(shí)間等，可通過物質(zhì)間的相互作用而改變的物理量但不改變物質(zhì)本性。內(nèi)稟屬性是某種物質(zhì)特有的，如靜止質(zhì)量、電子的電荷、自旋、宇稱、夸克的色荷和味荷等。

哲學(xué)上我們將實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的本性稱之為離散性作用（哲學(xué)篇），在物理學(xué)中稱之為慣性，用動(dòng)能、動(dòng)量和角動(dòng)量來衡量，而動(dòng)能是反映離散性作用中的實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向上的慣性能力的度量，這就是動(dòng)能的本質(zhì)。角動(dòng)量是反映離散性作用中的保持實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向的慣性能力的度量。動(dòng)量是反映離散性作用中的實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)全部的慣性能力的度量。實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)一般是指機(jī)械運(yùn)動(dòng)。

1、動(dòng)能

一般是通過力的做功來定義動(dòng)能的。其實(shí)在動(dòng)能定理中是同時(shí)定義“功”和“動(dòng)能”這兩個(gè)概念，并確定它們的關(guān)系。牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的位移和速度的關(guān)系公式導(dǎo)出動(dòng)能定理（F×s=(1/2)m(v2)^2-(1/2)m(v1)^2）。

動(dòng)能反映了力對(duì)空間的積累效果，即做功本領(lǐng)（Fs），這是動(dòng)能定理公式的左側(cè)，是“功”的定義。一般功是這樣表述的，合力與物體在力的方向上通過的距離（位移）的乘積稱為功。我們也可以表述為合力在物體的移動(dòng)方向上的分力與移動(dòng)距離的乘積稱為功，而另一分力與移動(dòng)方向垂直且不做功，只改變運(yùn)動(dòng)方向（此項(xiàng)在兩個(gè)矢量叉乘中消失）。這兩種表述是等價(jià)的，因?yàn)楣κ橇εc位移的叉乘。后一種表述與前面所述的力的效應(yīng)（運(yùn)動(dòng)方向上的力做功，垂直方向上的力改變運(yùn)動(dòng)方向不做功）相一致。

動(dòng)能定理公式的右側(cè)表示實(shí)物物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，即定義為動(dòng)能的變化，其前后項(xiàng)即為實(shí)物物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)末期和初期動(dòng)能的定義量，所以動(dòng)能定義公式是：Ek=(mv^2)/2，其中Ek為動(dòng)能，m為物體質(zhì)量，v為速度。在相對(duì)論中完整的公式是：Ek=m0C^2/√(1-V^2/C^2)-m0C^2，其中m0是靜止質(zhì)量。

顯然，動(dòng)能是描述實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的能力，是實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)量，并只描述實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向上的保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能力，表達(dá)了某一時(shí)刻實(shí)物物質(zhì)具有的做功的本領(lǐng)，且以機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為一定量的其他形式運(yùn)動(dòng)的能力來量度機(jī)械運(yùn)動(dòng)的。而實(shí)物物質(zhì)的動(dòng)能還可通過做功的方式，轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>勢(shì)能、內(nèi)能、電能等其他形式的能量，反之也是，所以這種做功能力可轉(zhuǎn)變能量形式，更具有普遍性，也是功跟各種形式的能量變化的共同關(guān)系，即功是能量變化的量度，是改變實(shí)物物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，是過程量。所以動(dòng)能可稱為物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的量度，也可以說實(shí)物物質(zhì)的動(dòng)能可用以做功量，即動(dòng)能為物體因機(jī)械運(yùn)動(dòng)而具有的作功本領(lǐng)。

動(dòng)能是相對(duì)的，不同參照系其量值不同，參照系確定其動(dòng)能值確定。由動(dòng)能定理可知實(shí)物物質(zhì)相對(duì)參照系獲得或失去動(dòng)能，其量值為力與作用位移的叉乘，且與實(shí)物物質(zhì)質(zhì)量和速度有關(guān)。當(dāng)兩個(gè)參照系之間具有一定的相對(duì)速度，實(shí)物物質(zhì)相對(duì)兩個(gè)參照系的速度將會(huì)不同，當(dāng)然在狹義相對(duì)論中質(zhì)量也是不同，所以其在兩個(gè)參照系中的動(dòng)能也是不同的。但動(dòng)能變化量值不隨參照系的改變而改變，因?yàn)榱Φ淖龉κ窍嗤摹?/span>

可見，動(dòng)能是描述實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的物理量，具有以下性質(zhì)和作用：

a、動(dòng)能是專指實(shí)物物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)量，在某一時(shí)刻，一定質(zhì)量的實(shí)物物質(zhì)具有一定的速度，即具有一定的動(dòng)能，恒為正值的標(biāo)量，并具有瞬時(shí)性；

b、由于速度是相對(duì)于參照系的，所以動(dòng)能也具有相對(duì)性，對(duì)不同的參照系，實(shí)物物質(zhì)速度有不同的瞬時(shí)值，也就具有不同的動(dòng)能。實(shí)物物質(zhì)動(dòng)能對(duì)應(yīng)某一參照系是唯一確定的；

c、實(shí)物物質(zhì)所具有的動(dòng)能反映了力對(duì)空間的積累效果；

d、做線性運(yùn)動(dòng)的實(shí)物物質(zhì)且自身又在旋轉(zhuǎn)，其質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能與相對(duì)于質(zhì)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能之和為實(shí)物物質(zhì)的總動(dòng)能，即動(dòng)能具有疊加性。但這兩種動(dòng)能在一個(gè)整體系統(tǒng)的反映是不同的，后面將有相關(guān)論述；

e、動(dòng)能是一切能量的轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)或衡量標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)物物質(zhì)的動(dòng)能可轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>勢(shì)能等其他形式的能量。用動(dòng)能轉(zhuǎn)換的量來確定或計(jì)量其他能量值，從而可以統(tǒng)一度量，這種轉(zhuǎn)換是由物理定律決定的，因此動(dòng)能可作為能量的一般量度。

2、動(dòng)量

動(dòng)量定理定義了動(dòng)量和沖量，并確定了它們的關(guān)系。牛頓第二定律、牛頓第三定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的速度和時(shí)間公式導(dǎo)出動(dòng)量定理【Ft=m(v2) -m(v1)】。

動(dòng)量定理公式的左側(cè)定義為沖量（Ft），是力對(duì)時(shí)間的積累，右側(cè)表示實(shí)物物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，即定義為動(dòng)量的變化，其前后項(xiàng)即為實(shí)物物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)末期和初期動(dòng)量的定義量，動(dòng)量定義公式是：P=mv，其中P為動(dòng)量 ，m為物體質(zhì)量，v為速度。因?yàn)樗俣葹槭噶?，所以?dòng)量為矢量。

從動(dòng)量定理可以看出，沖量是實(shí)物物質(zhì)動(dòng)量變化的量度，動(dòng)量的增減表示實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，沖量則是引起運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因，顯然這是一個(gè)過程。由此可見動(dòng)量也是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)量，反映了力對(duì)時(shí)間的積累效果，表達(dá)了機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞的本領(lǐng)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)所傳遞的不是速度，而是物體的動(dòng)量。動(dòng)量，總是指某一時(shí)刻或某一位置時(shí)物體的動(dòng)量，即具有瞬時(shí)性。

由于動(dòng)量是矢量，是描述實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的能力，涵蓋運(yùn)動(dòng)方向上的運(yùn)動(dòng)能力和運(yùn)動(dòng)方向改變的能力。即從力的作用效應(yīng)看，動(dòng)量反映了力作用于實(shí)物物質(zhì)的兩種效應(yīng)（做功和改變物體運(yùn)動(dòng)方向）和原實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的全部結(jié)果，其只限定于機(jī)械運(yùn)動(dòng)。這與動(dòng)能有著很大的不同，動(dòng)能只能反映力在實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向上對(duì)實(shí)物物質(zhì)的作用。動(dòng)量與動(dòng)能具有P^2=2mEk的關(guān)系式。

將力定義為動(dòng)量的時(shí)間變化率，是不恰當(dāng)?shù)?。因?yàn)榕ｎD第二定律直接定義了力的概念，然后由牛頓第二定律、牛頓第三定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的速度和時(shí)間公式導(dǎo)出動(dòng)量定理，并定義了動(dòng)量和沖量，所以“力是動(dòng)量的時(shí)間變化率”是這一過程的導(dǎo)出結(jié)果，即力是動(dòng)量變化的原因，否則就是循環(huán)定義，但在狹義相對(duì)論中有所改變。

在經(jīng)典力學(xué)中，動(dòng)量守恒定律是動(dòng)量定理的一個(gè)結(jié)果，即當(dāng)合外力為零時(shí)動(dòng)量守恒。其中隱含內(nèi)力作用不改變這一性質(zhì)，這是由牛頓第三定律所決定的。所以動(dòng)量守恒定律應(yīng)是一個(gè)定理。能量守恒定律由于內(nèi)力作用也會(huì)導(dǎo)致能量形式的改變，而且合外力有可能轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌问降哪芰?，但總的能量守恒，這是經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，而不是推導(dǎo)出來的（動(dòng)能定理更導(dǎo)不出），所以能量守恒一定是定律。

一般都是先定義功、沖量和動(dòng)能、動(dòng)量，在用動(dòng)能定理和動(dòng)量定理將它們聯(lián)系起來，這也是物理發(fā)展的順序。但從物理原理內(nèi)在的聯(lián)系看，要理解功、沖量和動(dòng)能、動(dòng)量這幾個(gè)概念的意義，應(yīng)該是先通過牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)方程推導(dǎo)出動(dòng)能定理和動(dòng)量定理，從而確定功、沖量和動(dòng)能、動(dòng)量的概念和意義，這樣的邏輯是恰當(dāng)?shù)模?jīng)典力學(xué)體系簡(jiǎn)便明了，易于物理理念和過程的理解。但在狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué)體系將會(huì)有很大變化。

3、角動(dòng)量、角動(dòng)量定理（本文只討論質(zhì)點(diǎn)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)）

轉(zhuǎn)動(dòng)是實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的重要形式，在哲學(xué)上是離散作用和吸引作用共同作用的結(jié)果。在力的效應(yīng)看是實(shí)物物質(zhì)的慣性和力的做功（在物體運(yùn)動(dòng)方向上的力將改變物體的運(yùn)動(dòng)速度）共同與力的改變物體運(yùn)動(dòng)方向（在物體運(yùn)動(dòng)垂直方向上的力將改變物體的運(yùn)動(dòng)方向，但不做功）總體反映。這種形式普遍存在于物質(zhì)世界中，如果沒有轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式就不會(huì)有我們的物質(zhì)世界，或者說物質(zhì)世界就不會(huì)是我們所看到的樣式。

1）角動(dòng)量理論是研究實(shí)物物質(zhì)轉(zhuǎn)動(dòng)的理論，是動(dòng)量理論的延申和擴(kuò)展

動(dòng)量定理為Fdt=mdv=dP，即力的大小和作用時(shí)間決定了動(dòng)量的變化量。把物體的受力點(diǎn)和轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的距離 r （力臂）考慮進(jìn)去，即動(dòng)量定理公式兩側(cè)叉乘上力臂，可得到r×Fdt=r×dP=d（r×P）。定義， r×F為力矩（M ）， r×P 為角動(dòng)量（ L ），則有Mdt=dL ，說明力矩的大小和作用時(shí)間決定了角動(dòng)量的變化量，這就是角動(dòng)量定理。由此可見角動(dòng)量是物體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)量。

也可以先定義角動(dòng)量（ L ）為 r×P，即 L =  r×P。求角動(dòng)量對(duì)時(shí)間的變化率得：

dL/dt=d(r×p)/dt=(dr/dt)×p+r×dp/dt

上式中，右側(cè)前項(xiàng)的dr/dt=v，p=mv，兩個(gè)部分叉乘為零，可得：

dL/dt= r×dp/dt=r×F    （根據(jù)動(dòng)量定理，dp/dt= F）

令M= r×F，且定義為力矩M（即徑矢r與力F的叉乘），所以有dL/dt=M，即為角動(dòng)量定理的表達(dá)式。

以上兩種方法意義相同。但力矩的概念形成的比較早，起源于阿基米德對(duì)杠桿的研究。力矩是物體旋轉(zhuǎn)的原因或動(dòng)力，表示力對(duì)物體作用時(shí)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的物理量，是較早得到定義的物體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的物理量。角動(dòng)量定理的推導(dǎo)也可以先定義力矩M，即M= r×F，根據(jù)動(dòng)量定理（dp/dt= F）推導(dǎo)出，并在過程中定義角動(dòng)量L。這更接近物理學(xué)的實(shí)際發(fā)展路徑。

2）從物體旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)方程來推導(dǎo)角動(dòng)量定理

首先確定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量這一概念。我們知道動(dòng)能Ek =(1/2)mv^2，旋轉(zhuǎn)物體的線速度v有v=ωr，ω為角速度（角速度ω=dθ/dt，θ為角位移），r為質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離即轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，將線速度公式代入動(dòng)能公式，得到：

Ek=(1/2)m(ωr) ^2=(1/2)m r ^2ω^2

由于質(zhì)量m和旋轉(zhuǎn)半徑r一般不變， m r ^2在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中也為不變量，我們定義為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，即J= m r ^2。

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量又稱質(zhì)量慣性矩, 顯然轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是物體保持原來轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)能力的物理量。

在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，動(dòng)能Ek=(1/2)Jω^2。定義M=Jα，其中M為合外力矩，α為角加速度。顯然力矩是物體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的原因，即力矩直接導(dǎo)致物體的角加速度α，其實(shí)質(zhì)是牛頓第二定律的延申，也是動(dòng)量定理的延申。由于角加速度 α=dω/dt，所以有：

M=Jα=J dω/dt=d(Jω)/ dt

這里將（Jω）定義為物體的角動(dòng)量L，即 L=Jω，其微分形式為 dL=Jdω ，那么就有角動(dòng)量定理：

M=Jdω/dt= d(Jω)/ dt =dL/dt    （向量問題不在此討論）

即，物體所受的外力矩等于其角動(dòng)量的變化率，角動(dòng)量的變化量是力矩對(duì)時(shí)間的累積效應(yīng)。

3）角動(dòng)量定理的推導(dǎo)方式的分析

上述幾種角動(dòng)量定理的推導(dǎo)不同點(diǎn)在于，第一類第一種方法是由動(dòng)量定理出發(fā)，經(jīng)與徑矢r的叉乘后，在式中同時(shí)定義了力矩M和角動(dòng)量L，最終導(dǎo)出角動(dòng)量定理；而第一類第二方法是先定義角動(dòng)量L或力矩M，根據(jù)動(dòng)量定理推導(dǎo)出角動(dòng)量定理，并在過程中確定力矩M或角動(dòng)量L的定義。個(gè)人認(rèn)為第一種在一個(gè)公式中同時(shí)定義了角動(dòng)量和力矩，從而明確了它們的關(guān)系和由來，說明這兩個(gè)概念是不可分割的關(guān)系，數(shù)理邏輯更清晰。

第二類推導(dǎo)方式是從動(dòng)能定理出發(fā)結(jié)合旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程推導(dǎo)出角動(dòng)量定理。很難看出角動(dòng)量L與動(dòng)量P的關(guān)系，角動(dòng)量L的動(dòng)量矩的旋轉(zhuǎn)的物理特性明顯，但看不出力F與力矩M的關(guān)系。顯然它們隱含在力矩M的定義中。而第一類推導(dǎo)方式也看不出力矩M、角動(dòng)量L等概念與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程各個(gè)運(yùn)動(dòng)量的關(guān)系，而顯得不直觀。當(dāng)然這些都可通過推導(dǎo)來建立聯(lián)系{L=r×P=r×（mv）=mr^2ω=Jω}，而且都能證明角動(dòng)量是動(dòng)量的延申和擴(kuò)展。

這兩類角動(dòng)量定理的推導(dǎo)方式的等價(jià)的原因在于對(duì)力矩M的定義是等價(jià)的，即第一類力矩M的定義M= r×F與第二類力矩M的定義M=Jα是一個(gè)意義，只是反映實(shí)物物質(zhì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的不同方面，這里不再做具體推導(dǎo)。

需要注意的是徑矢r是一個(gè)可變量，與向心力有關(guān)，所以轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也是可變的。向心力公式：F向=mrω^2 =mv^2/r=mvω  其中：F向?yàn)橄蛐牧Γ?/span>v為線速度 ，ω為角速度，r為物體的運(yùn)動(dòng)半徑。這里不做具體討論。

從角動(dòng)量定理Mdt=dL式子可以看出，當(dāng)合外力矩M為零，dL為零，即角動(dòng)量是常量，此為角動(dòng)量守恒定律，顯然角動(dòng)量守恒定律是推導(dǎo)出的定理而已。需要明確的是合外力矩M為零，并不是合外力為零，只是旋轉(zhuǎn)向心力不可能為零（否則就不是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)），向心力的變化不影響角動(dòng)量守恒定律。這也說明角動(dòng)量守恒，動(dòng)量不一定守恒，它們互為獨(dú)立。當(dāng)兩個(gè)物體通過吸引力聯(lián)系在一起，如地球和月亮，它們作為一個(gè)整體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)吸引力為內(nèi)力的互為向心力，其角動(dòng)量和動(dòng)量都守恒。

4、動(dòng)能、動(dòng)量、角動(dòng)量之間的關(guān)系

動(dòng)能、動(dòng)量、角動(dòng)量都是表示實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量，力的作用不同效應(yīng)對(duì)應(yīng)著不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)量的改變。它們之間有著必然的聯(lián)系，具有以下關(guān)系：動(dòng)能與動(dòng)量有P^2=2mEk，動(dòng)量與角動(dòng)量有L=r×P。它們的相關(guān)定理都是牛頓第二定律導(dǎo)出，動(dòng)量定理的推導(dǎo)牛頓第三定律起關(guān)鍵作用，角動(dòng)量將轉(zhuǎn)動(dòng)因素（徑矢）納入其內(nèi)，這是造成它們區(qū)別的重要原因。它們的區(qū)別還在于分別反映不同的實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，動(dòng)能反映運(yùn)動(dòng)的能力和做功本領(lǐng)，動(dòng)量反映機(jī)械運(yùn)動(dòng)的傳遞本領(lǐng)，角動(dòng)量反映轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的量。當(dāng)物體的動(dòng)量發(fā)生改變時(shí)，動(dòng)能不一定發(fā)生變化，而物體的動(dòng)能發(fā)生改變時(shí)，動(dòng)量一定發(fā)生變化，角動(dòng)量也是這樣。角動(dòng)量改變動(dòng)量一定改變，動(dòng)量改變角動(dòng)量不一定改變。

根據(jù)諾特定理，每一種對(duì)稱性對(duì)應(yīng)一個(gè)守恒量，空間平移對(duì)稱性對(duì)應(yīng)動(dòng)量守恒，時(shí)間平移對(duì)稱性對(duì)應(yīng)能量守恒，空間旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性對(duì)應(yīng)角動(dòng)量守恒，它們分別有定了守恒定律、能量守恒定律和角動(dòng)量守恒定律。這就是反映出動(dòng)能、動(dòng)量、角動(dòng)量在對(duì)應(yīng)的不同守恒規(guī)律，以及它們的作用是不同的（動(dòng)能只是能量的一種，不具有守恒性）。

二、狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué)框架邏輯

從經(jīng)典力學(xué)框架分析看，其邏輯是清晰的，體系是完美的，但由于光速不變?cè)碓斐蛇@一體系框架的破缺。狹義相對(duì)論體系解決了光速不變?cè)碓斐傻囊幌盗袉栴}，同時(shí)在經(jīng)典力學(xué)條件下回歸經(jīng)典力學(xué)。當(dāng)然狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué)的建立基本沿用經(jīng)典力學(xué)的基本概念和體系框架，并加以推廣。

（一）狹義相對(duì)論的動(dòng)量定義、力的新定義和動(dòng)量定理及動(dòng)量守恒定律

狹義相對(duì)論沿用經(jīng)典力學(xué)的動(dòng)量定義，并將質(zhì)量變?yōu)榕c速度有關(guān)的可變量。根據(jù)相對(duì)性原理，狹義相對(duì)論首先確定動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律不變，并與洛倫茲速度變換一起導(dǎo)出質(zhì)速方程，確定質(zhì)量與速度的關(guān)系（質(zhì)速公式）。同時(shí)重新定義動(dòng)量為P=mv=γ m0v，其中P為動(dòng)量 ，m為動(dòng)質(zhì)量，v為速度，γ為相對(duì)論因子（1/√(1-V^2/C^2)），m0為靜質(zhì)量，以及定量定義了質(zhì)量，質(zhì)量分為動(dòng)質(zhì)量m和靜質(zhì)量m0，m=γ m0。

力的新定量定義。在狹義相對(duì)論中，因?yàn)橘|(zhì)量是速度的函數(shù)，所以牛頓第二定律不能成為定律，進(jìn)而不能用牛頓第二定律來定義力和質(zhì)量，需要明確力的作用在質(zhì)量和加速度之間分配關(guān)系。狹義相對(duì)論首先定義動(dòng)量和質(zhì)量，即P=mv=γ m0v公式，對(duì)公式兩邊對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得出以下關(guān)系式：

狹義相對(duì)論稱該方程為相對(duì)論力學(xué)基本方程，將dP/dt定義為力，這是定量性質(zhì)的定義。F=dP/dt這一形式與經(jīng)典力學(xué)通過動(dòng)量定理確定的“力是動(dòng)量的時(shí)間變化率”是一樣的，所不同的是這里的質(zhì)量是速度的函數(shù)，是一個(gè)變量。

相對(duì)論力學(xué)基本方程也可稱為相對(duì)論動(dòng)力學(xué)的動(dòng)量定理。當(dāng)合外力為零時(shí)，動(dòng)量隨時(shí)間的改變而不變，具有動(dòng)量守恒定律的性質(zhì)，但這是在先確定動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律的前提下推導(dǎo)出質(zhì)速公式，而重新定義動(dòng)量的定量定義，最終確定相對(duì)論力學(xué)基本方程的必然結(jié)果，體現(xiàn)了力是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（動(dòng)量）的根本原因，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變必然是力的作用。也就是說在質(zhì)速公式推導(dǎo)的結(jié)果同時(shí)完全確定了動(dòng)量定量定義和動(dòng)量守恒定律具體含義，而假定條件卻是較模糊的動(dòng)量定量定義和動(dòng)量守恒定律含義，所以推導(dǎo)的過程也是確定動(dòng)量定量定義和動(dòng)量守恒定律含義的最終含義的過程，其與經(jīng)典力學(xué)完全不同。也可以說相對(duì)論力學(xué)基本方程即也含有動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律，再用相對(duì)論力學(xué)基本方程來推出動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律是不可取的。

（二）狹義相對(duì)論的能量、動(dòng)能定義和動(dòng)能定理

在狹義相對(duì)論中，動(dòng)能的定性定義沒有改變，但定量定義有了巨大的變化。

根據(jù)動(dòng)能定理F=-dE/dr（r為位移），力對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能的增加，從而可得：

  （在這里， m 和 v 都是時(shí)間的函數(shù)）

其中：

結(jié)合質(zhì)速公式，即可推導(dǎo)出狹義相對(duì)論動(dòng)能方程（定理）：

愛因斯坦將m0c^2確定為物體的靜止能量，將m c^2確定為物體的總能量（即E= m c^2）。顯然在狹義相對(duì)論中動(dòng)能沒有了具體數(shù)學(xué)形式，只是物體的總能量與靜止能量的差。

能量動(dòng)量關(guān)系：E^2=(E0)^2+P^2c^2

（三）相關(guān)分析

在經(jīng)典力學(xué)中對(duì)動(dòng)量及沖量的描述，而狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué)中有了很大的變化。在狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué)中，由于由于光速不變?cè)怼⒙鍌惼澴儞Q和相對(duì)性原理導(dǎo)致實(shí)物物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度不可能超過光速，實(shí)物物質(zhì)加速度不可能完全體現(xiàn)力的作用，動(dòng)量將會(huì)不守恒，為了保證動(dòng)量守恒定律成立，質(zhì)量必然與速度有關(guān)。質(zhì)量不是一個(gè)恒定值，質(zhì)量隨速度的變化而改變，致使牛頓第二定律不再適用，所以也加以了調(diào)整。

在經(jīng)典力學(xué)中嚴(yán)格講動(dòng)量守恒定律不能稱之為定律，因?yàn)閯?dòng)量守恒定律可以從動(dòng)量定理導(dǎo)出，即當(dāng)外力作用為零時(shí)動(dòng)量是一個(gè)常數(shù)，而由于牛頓第三定律原因內(nèi)力作用只能使系統(tǒng)的動(dòng)量改變量為零。顯然在經(jīng)典力學(xué)中動(dòng)量守恒定律應(yīng)是一個(gè)定理。而在狹義相對(duì)論中將動(dòng)量守恒定律確定為真正的定律具有重要意義。

在經(jīng)典力學(xué)中動(dòng)能定理是隱含著一個(gè)條件，即內(nèi)力做功應(yīng)為零，所以動(dòng)能定理是表示外力對(duì)動(dòng)能的影響結(jié)果，是不可能推導(dǎo)出動(dòng)能守恒的（動(dòng)能不是守恒量），更不可能推導(dǎo)出能量守恒定律，這與動(dòng)量定理完全不同，關(guān)鍵在內(nèi)力對(duì)動(dòng)能和動(dòng)量的影響不同。這里也可以看出，內(nèi)力在能量轉(zhuǎn)換中有著重要作用，而在狹義相對(duì)論中能量守恒定律更加需要。

一個(gè)理論框架優(yōu)劣在于是否是用最少的定律和原理推導(dǎo)出更接近實(shí)際的結(jié)果。

三、能量的形式和轉(zhuǎn)換方式

能量，物理學(xué)的基本概念之一，在經(jīng)典力學(xué)、相對(duì)論、量子力學(xué)以至宇宙學(xué)都為核心概念。物質(zhì)運(yùn)動(dòng)有多種形式，表現(xiàn)各異，但可互相轉(zhuǎn)換，表明這些運(yùn)動(dòng)具有共性，有內(nèi)在的統(tǒng)一的可量度的量，這個(gè)量即為能量，是所有物質(zhì)運(yùn)動(dòng)（狀態(tài)）的一般量度，而且是唯一通用的物理量，即能量是一切運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)的共同特性。

（一）能量的形式

能量必須附著于物質(zhì)，沒有物質(zhì)即不可能有能量，不同的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式對(duì)應(yīng)著不同的能量形式。如：實(shí)物物質(zhì)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的是動(dòng)能；實(shí)物粒子運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的是內(nèi)能（熱能）；原子運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的是化學(xué)能；帶電粒子的定向運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的是電能；光子（電磁場(chǎng)）運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的是光能（電磁波能）；原子核運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的是核能，等等。

如果按能量的存在方式或力的作用與否來劃分，只有兩種形式，即動(dòng)能和勢(shì)能。

動(dòng)能是表示實(shí)物物質(zhì)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量。在哲學(xué)上為離散性作用，是一種無作用的作用（參見哲學(xué)篇），在力學(xué)中即為實(shí)物物質(zhì)的慣性。動(dòng)能是通過力的作用（包括碰撞）得到加速或減速以及質(zhì)量的增加或減少從而增加或減少。即動(dòng)能形式上表現(xiàn)為物體（實(shí)物物質(zhì)的集合體）的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的能量，和實(shí)物粒子機(jī)械運(yùn)動(dòng)的整體體現(xiàn)即熱能。

勢(shì)能是通過力與力或慣性的平衡將能量禁錮在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)而存儲(chǔ)的能量，一方力的解除或外力的作用而打破力的平衡，勢(shì)能得以釋放并轉(zhuǎn)化成其他能量形式。在物質(zhì)世界中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)都是受力的作用下而存在的，力的作用除了改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)還有保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的作用，改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就是一種能量向另一種能量轉(zhuǎn)換的趨勢(shì)能力（如高處的物體），保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或阻止運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變就是對(duì)物質(zhì)能量的禁錮（如原子核中的核能），在力的作用方式下的能量即為勢(shì)能。勢(shì)能是能量的被束縛狀態(tài)。顯然，勢(shì)能不是屬于單獨(dú)物體所具有的，而是相互作用的物體所共有，是儲(chǔ)存于一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的能量，也可以釋放或者轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，如動(dòng)能。

勢(shì)能形式上表現(xiàn)為：1、引力勢(shì)能，引力勢(shì)產(chǎn)生的一個(gè)物體相對(duì)另一個(gè)物體增加動(dòng)能的趨勢(shì)能力，也稱為重力勢(shì)能；2、核勢(shì)能，原子核內(nèi)部受到強(qiáng)作用和弱作用對(duì)基本粒子運(yùn)動(dòng)約束或束縛，而基本粒子有向外脫離的趨勢(shì)能力，也稱為核能；3、電磁能由于其作用力有吸引和排斥兩種，所以表現(xiàn)的形式是多樣的。帶電粒子的在電磁勢(shì)作用下定向運(yùn)動(dòng)具有增加動(dòng)能的趨勢(shì)能力，電能是其一種，但電能不是電子從一段運(yùn)動(dòng)到另一端的能力，而是在電壓作用下導(dǎo)電體電子整體共動(dòng)的結(jié)果，所以速度可達(dá)光速。壓縮的彈性物體具有恢復(fù)原狀的能力，稱為彈性勢(shì)能，其實(shí)質(zhì)是分子結(jié)合能，也即電磁勢(shì)能的一種表現(xiàn)?；瘜W(xué)能同樣是電磁能存在形式的一種。光能是電場(chǎng)與磁場(chǎng)相互作用而形成的光子的運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)格講光子運(yùn)動(dòng)不是機(jī)械運(yùn)動(dòng)，而是電磁運(yùn)動(dòng)，其具有的能量應(yīng)歸于勢(shì)能，所以說光子具有動(dòng)質(zhì)量是不恰當(dāng)?shù)?，光子的能量?/span>E=hγ（h是普朗克常數(shù)，γ為頻率）是準(zhǔn)確的。

振蕩是物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)一種形式，其能量形式有兩種：一是勢(shì)能與動(dòng)能再到勢(shì)能（鐘擺、星體的運(yùn)動(dòng)等。宇宙大的振蕩是否是引力作用或時(shí)空的雙向張力？），二是勢(shì)能到勢(shì)能再到勢(shì)能（磁場(chǎng)-電場(chǎng)的電磁波，電磁力作用）。振蕩一定有力的作用！

勢(shì)能可以是物質(zhì)作用（力）（垂直運(yùn)動(dòng)方向）禁錮動(dòng)能而形成，小的外力可釋放之。當(dāng)物質(zhì)作用（力）與運(yùn)動(dòng)方向一致可改變運(yùn)動(dòng)速度，及改變動(dòng)能。

熱能是一種獨(dú)特的能量形式，其存在形式是復(fù)雜的。熱能是微觀粒子機(jī)械運(yùn)動(dòng)和電磁運(yùn)動(dòng)的綜合反映或效應(yīng)，既有微觀粒子的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，又有微觀粒子振動(dòng)或格波的動(dòng)能和勢(shì)能的振蕩（電磁彈性勢(shì)能）結(jié)合，還有自由電子的動(dòng)能，等等，熱能存在形式往往是它們的混合形式。一般用溫度表示物體冷熱程度，其與物體的熱能有關(guān)，在微觀上顯示微觀粒子（分子、原子、電子等）的運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，微觀粒子的運(yùn)動(dòng)包括平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)和電磁運(yùn)動(dòng)等，所以可以說微觀粒子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能和微觀粒子間的電磁勢(shì)能在宏觀物體整體能量稱之為熱能。熱量是熱傳遞過程中熱能變化的量度。

（二）能量的轉(zhuǎn)換方式和條件

能量轉(zhuǎn)換是指從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式或是從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。各種能量的互相轉(zhuǎn)換是通過力的作用來實(shí)現(xiàn)的，而各種能量形式都可以轉(zhuǎn)換成動(dòng)能。物理學(xué)上首先定量定義了力和動(dòng)能，由于各種力的尺度是統(tǒng)一確定的，那么所有的能量都可以與動(dòng)能做對(duì)比并加以確定，且能量在轉(zhuǎn)換中不會(huì)丟失（即能量守恒），這些是能量可以統(tǒng)一度量的根本原因，也就是說能量是一切運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)的共同特性，能量尺度是衡量一切運(yùn)動(dòng)形式的通用尺度。這符合哲學(xué)上所講的宇宙運(yùn)動(dòng)的自洽性原理（參見哲學(xué)篇）。

能量轉(zhuǎn)換方式是多樣的，具體表現(xiàn)形式為物理效應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)等。如：光電效應(yīng)，光合作用，電子躍遷，電能與磁能的互相轉(zhuǎn)換，引力勢(shì)能與動(dòng)能互轉(zhuǎn)換，熱核反應(yīng)轉(zhuǎn)為動(dòng)能和輻射能，化學(xué)反應(yīng)，電能與機(jī)械能（動(dòng)能和勢(shì)能）互轉(zhuǎn)換，電能與熱能互轉(zhuǎn)換，熱能與機(jī)械能互轉(zhuǎn)換（做功），機(jī)械能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能（兩種物體之間的轉(zhuǎn)換），等等。

能量轉(zhuǎn)換方式按有無物質(zhì)交換分為純能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)和能量交換，即封閉系統(tǒng)和開放系統(tǒng)的能量物質(zhì)的轉(zhuǎn)換方式。（在哲學(xué)篇中已做了相關(guān)分析）

按不同能量形式之間的轉(zhuǎn)換分為，不同物質(zhì)之間的動(dòng)能轉(zhuǎn)換、不同勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)換和動(dòng)能與勢(shì)能之間的互相轉(zhuǎn)換，以及三種轉(zhuǎn)換的混合。

能量轉(zhuǎn)換具有方向性，其與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和變化的方向是一致的，或者說物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和變化的方向可以用能量轉(zhuǎn)換的方向來表示。具體分析如下：

1、碰撞作用下的動(dòng)能轉(zhuǎn)換

動(dòng)能在沒有力的作用不可能自動(dòng)轉(zhuǎn)換成其他形式的勢(shì)能，也不可能自動(dòng)降低自己的能量而輸出能量，所以動(dòng)能是基礎(chǔ)性能量形式，是實(shí)物物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)慣性所致，即哲學(xué)上的離散性作用。

1）個(gè)體的離散性實(shí)物物質(zhì)之間的碰撞，當(dāng)實(shí)物物質(zhì)具有碰撞物性不變性時(shí)，能量由高能量體向低能量體傳遞；而實(shí)物物質(zhì)不具有碰撞物性不變性時(shí)，除了能量由高能量體向低能量體傳遞外，還有一部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)槲矬w內(nèi)部的動(dòng)能即熱能，這種碰撞為非彈性碰撞，其轉(zhuǎn)換為整體動(dòng)能與熱能的比例決定于彈性系數(shù)大?。ㄈ绻鲎策^程存在摩擦生熱，就決定于摩擦系數(shù)大?。?/span>

2）在一個(gè)不均衡的孤立系統(tǒng)，動(dòng)能、動(dòng)量趨于均衡化，這就是熵增原理，即熱力學(xué)第二定律。其反映了孤立系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換的方向，但有兩個(gè)條件：一是這個(gè)系統(tǒng)由離散性實(shí)物物質(zhì)的集合體組成且實(shí)物物質(zhì)具有碰撞物性不變性；二是內(nèi)力只能是碰撞作用而不能導(dǎo)致整體動(dòng)能的增加（如，不能有放射性物質(zhì)存在等）。碰撞作用由于平行四邊形法則只能導(dǎo)致動(dòng)量和動(dòng)能的均衡化。

2、不同勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)換

電勢(shì)能與磁場(chǎng)勢(shì)能的互相轉(zhuǎn)換是較普遍的勢(shì)能之間的互換的形式，即電流的磁效應(yīng)和變化的磁場(chǎng)的電效應(yīng)，它們是互為轉(zhuǎn)換的方向，如電磁互感器。電磁波（光子）是典型的電勢(shì)能與磁勢(shì)能的互相轉(zhuǎn)換的結(jié)果。

1）電子躍遷中的輻射躍遷有為受激吸收、自發(fā)輻射和受激輻射。受激吸收，物質(zhì)在光的輻射下，電子吸收光子能量，從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)；自發(fā)輻射，而在沒有外界輻射下，電子從高能級(jí)轉(zhuǎn)移到低能級(jí)并釋放出光子，如熒光；受激輻射在有外界輻射下，電子從高能級(jí)轉(zhuǎn)移到低能級(jí)并釋放出光子，如激光。顯然這些都是輻射能（光能）與電子勢(shì)能相互轉(zhuǎn)換的方式，轉(zhuǎn)換方向與電子的能態(tài)有著直接的關(guān)系。

2）光電效應(yīng)是無輻射電子躍遷的一種現(xiàn)象，即在光作用下能使物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。當(dāng)然光電效應(yīng)必然有光子的作用造成電子動(dòng)能增加的效應(yīng)，生成熱效應(yīng)。

3）光合作用是指綠色植物利用光能，把二氧化碳和水合成為貯存了能量的有機(jī)物，同時(shí)釋放出氧氣的過程。顯然光能經(jīng)過光合作用而轉(zhuǎn)換成化學(xué)勢(shì)能，當(dāng)然，有機(jī)物在一定溫度下燃燒也會(huì)有光能的釋放，可見轉(zhuǎn)換方向是有條件的，光合作用在常溫下就能進(jìn)行，有機(jī)物的化學(xué)能在一定溫度下燃燒才能釋放光能，而實(shí)際情況更加復(fù)雜。

4）通過化學(xué)反應(yīng)使得正離子和負(fù)電子分別在陽極和陰極匯聚，其實(shí)這也是電池的放電過程。

單一的不同勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)換以電磁能為主。電磁運(yùn)動(dòng)是常規(guī)物質(zhì)存在的基礎(chǔ)，這是電磁作用同時(shí)具有吸引力和排斥力所決定的，導(dǎo)致我們的世界豐富多彩。

3、動(dòng)能與勢(shì)能之間的互相轉(zhuǎn)換

動(dòng)能與勢(shì)能之間的互相轉(zhuǎn)換是通過力的做功來實(shí)現(xiàn)的，即做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程，做了多少功，就有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化，所以功是能量轉(zhuǎn)化的量度。合力的作用形式和方向決定了能量的轉(zhuǎn)換方向。

引力勢(shì)能與動(dòng)能互轉(zhuǎn)換，典型的例子是鐘擺運(yùn)動(dòng)。地球圍繞太陽等星體運(yùn)動(dòng)是一個(gè)較完美的例子，單從地球來講為橢圓軌道，其不斷的在做動(dòng)能轉(zhuǎn)換為引力勢(shì)能和引力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的運(yùn)動(dòng)，地球離太陽最遠(yuǎn)處動(dòng)能最小勢(shì)能最大，最近處動(dòng)能最大勢(shì)能最小，由于太空中接近真空無熱的耗散，因此該過程的效率接近100％；如果將地球和太陽作為一個(gè)整體來研究，它們的運(yùn)動(dòng)也是引力勢(shì)能與動(dòng)能互轉(zhuǎn)換的過程。

動(dòng)能、電能的轉(zhuǎn)化。閉合電路中的一部分導(dǎo)體與磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通常所講的切割磁力線，穿過閉合電路的磁場(chǎng)發(fā)生變化（閉合電路的磁通量發(fā)生變化），產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)形成電流，即電磁感應(yīng)可以使動(dòng)能（導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能）轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能，這種情況產(chǎn)生的電流稱為動(dòng)生電流。發(fā)電機(jī)就是這個(gè)原理，其與電磁互感器原理一致的是磁通量的變化能產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)能，所不同的是能量的來源不同。電動(dòng)機(jī)的原理是通過電磁現(xiàn)象產(chǎn)生磁力而推動(dòng)磁性物體的運(yùn)動(dòng)，即電能也能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。它們都是向相對(duì)方轉(zhuǎn)換。

4、能量轉(zhuǎn)換的混合形式

1）由于熱能的存在形式是復(fù)雜的，是微觀粒子運(yùn)動(dòng)的集體的綜合反映或效應(yīng)，其自身的熱傳遞也是多種方式，如熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射等，微觀機(jī)理也是不同。氣體的傳遞熱能的方式是微粒間無序的直接碰撞，由于碰撞作用遵守平行四邊形法則只能導(dǎo)致動(dòng)量和動(dòng)能的均衡化，即熱能由溫度高的向溫度低的方向傳遞。固體的傳遞熱能的方式是由組成固體的粒子或晶格振動(dòng)或格波（動(dòng)能和電勢(shì)能結(jié)合體）和自由電子的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，顯然也遵循碰撞作用傳遞的平行四邊形法則，并導(dǎo)致動(dòng)量和動(dòng)能的均衡化，即熱能由溫度高的向溫度低的方向傳遞，所不同的是固體的粒子受到限制，不具有流動(dòng)性，金屬主要以自由電子的運(yùn)動(dòng)傳遞熱能，非金屬以振動(dòng)傳遞為主。液體上述兩種方式均具有。

氣體和液體還通過熱對(duì)流進(jìn)行傳遞熱能，如大氣環(huán)流、洋流等。由于碰撞作用遵守平行四邊形法則，必然造成熱能由溫度高的向溫度低的方向傳遞，微觀粒子也是由溫度高的向溫度低的方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其他方向被限制時(shí)，氣體和液體一定表現(xiàn)為向沒有限制的方向做整體運(yùn)動(dòng)，這就轉(zhuǎn)化為整體氣體和液體的動(dòng)能，蒸汽機(jī)就是利用這一原理，但首先是將熱能轉(zhuǎn)換成媒介自身的動(dòng)能，再轉(zhuǎn)換成其他物體的動(dòng)能。因而蒸汽發(fā)電機(jī)并不是熱能直接轉(zhuǎn)換成電能。目前發(fā)現(xiàn)只有少部分物質(zhì)如陶瓷等，在溫度變化時(shí)可以產(chǎn)生電勢(shì)差，進(jìn)而產(chǎn)生微弱電能，但無法用于發(fā)電。

熱輻射、熱吸收是電子熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，它既是熱現(xiàn)象，也是電磁現(xiàn)象，是能量傳遞的方法，一個(gè)物體的熱輻射、熱吸收都是同時(shí)在進(jìn)行。物體的微觀粒子中的電子由于碰撞或電磁運(yùn)動(dòng)，使電子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，就會(huì)向外發(fā)射電磁波（光子），這就是熱輻射。熱輻射必然導(dǎo)致物體熱能的損失，是熱傳遞的一種方式。熱吸收的過程正好相反。這兩個(gè)過程同時(shí)進(jìn)行，我們稱之為熱交換。

熱能與動(dòng)能的關(guān)系。熱能是微觀粒子機(jī)械運(yùn)動(dòng)和電磁運(yùn)動(dòng)的綜合反映或效應(yīng)。動(dòng)能是作為微觀粒子集合體的物體的整體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的反映。顯然熱能含有微觀粒子的動(dòng)能，但這種動(dòng)能在物體內(nèi)部表現(xiàn)為無序狀態(tài)。

2）熱核反應(yīng)轉(zhuǎn)為動(dòng)能、熱能和輻射能。原子核存有大量的核能，其是在強(qiáng)相互作用和弱相互作用束縛下而存在，是一種勢(shì)能。核反應(yīng)是核裂變、核聚變以及核輻射等的過程。

原子核的穩(wěn)定性是不同的，鐵原子核最為穩(wěn)定，高于鐵原子核數(shù)的核反應(yīng)將會(huì)釋放能量（原子彈），低于鐵原子核數(shù)的核聚變反應(yīng)也將釋放能量（氫彈）。很顯然核反應(yīng)具有明顯的方向性，其與原子核的聚合能級(jí)有關(guān)，或者說與原子核內(nèi)部的聚合力（強(qiáng)相互作用、弱相互作用）以及質(zhì)子電磁排斥力有關(guān)。強(qiáng)相互作用是短程力，原子核尺寸過大過小穩(wěn)定性都會(huì)變差，通過破壞這種穩(wěn)定性都會(huì)釋放核能。核能釋放的形式為粒子的動(dòng)能和輻射能，最初粒子表現(xiàn)為動(dòng)能經(jīng)碰撞作用轉(zhuǎn)化為熱能，所以是一種混合釋放。在核裂變中，用于轟擊的粒子只是起啟動(dòng)作用，即改變?cè)雍说膹?qiáng)相互作用，以小博大。顯然核能是較高級(jí)別的能量。

另外放射性衰變?cè)油ㄟ^核衰變自發(fā)地放出α射線、β射線、γ射線以及正電子、質(zhì)子、中子、中微子等其他粒子的性質(zhì)，將元素的原子核轉(zhuǎn)變成別種元素的原子核的現(xiàn)象，是核反應(yīng)的一種。實(shí)驗(yàn)表明，溫度、壓力、磁場(chǎng)都不能顯著地影響射線的發(fā)射，可見放射現(xiàn)象是由原子核內(nèi)部變化引起的。α衰變是原子核通過強(qiáng)相互作用和隧道效應(yīng)，發(fā)射α粒子而發(fā)生的，β衰變是通過弱相互作用和電磁作用而發(fā)生的，γ射線的自發(fā)放射一般是伴隨α或β射線產(chǎn)生的與α衰變或β衰變有聯(lián)系。

3）化學(xué)反應(yīng)是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能、熱能和輻射能或動(dòng)能、熱能和輻射能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程?；瘜W(xué)能實(shí)質(zhì)是一種電磁勢(shì)能，是低于核能級(jí)別的能量，這是由于電磁作用強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于強(qiáng)相互作用。化學(xué)反應(yīng)吸收或釋放能量的多少與化學(xué)物質(zhì)的電磁作用強(qiáng)弱（或化學(xué)結(jié)合力）有關(guān)，并由此化學(xué)物質(zhì)分為惰性和非惰性物質(zhì)?；瘜W(xué)反應(yīng)首先由于微觀粒子（分子）的碰撞作用造成分子斷鍵，而后重新另外結(jié)合而吸收或釋放能量。一般來說，在一定條件下化學(xué)反應(yīng)向化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的方向發(fā)展（即向需要更大的能量破壞才能改變物質(zhì)的結(jié)合的方向）。

4）電能與熱能互轉(zhuǎn)換、熱能與機(jī)械能互轉(zhuǎn)換（熱能做功）、光能轉(zhuǎn)化熱能等，這幾種轉(zhuǎn)換方式，是由于熱能是多種形式的能量形式，所以也屬于能量轉(zhuǎn)換的混合形式。

（三）對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)及變化方向趨勢(shì)的分析

前面分析中將能量分為動(dòng)能和勢(shì)能兩大形式，但由于熱能同時(shí)具有動(dòng)能和勢(shì)能的兩方面同時(shí)存在形式，而且熱能中的動(dòng)能與物體整體宏觀動(dòng)能有著不同的物理性質(zhì)和表現(xiàn)，另外動(dòng)能與勢(shì)能往往共存一體（如原子中的電子即具有電磁勢(shì)能又有電子動(dòng)能）共同表現(xiàn)出同一的物理運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，這對(duì)能量作用的具體分析帶來了不便，所以我們也可將能量分為禁錮能與非禁錮能（實(shí)物物質(zhì)的整體動(dòng)能）兩大類。

1、禁錮能、非禁錮能及其關(guān)系

禁錮能定義為被禁錮的能量形式。禁錮的方式有兩種：一是通過力的禁錮而不能讓能量外溢，如各種勢(shì)能包括物理場(chǎng)勢(shì)能；二是通過外界的限制而不能使能量對(duì)外交流，如封閉系統(tǒng)中的熱能。據(jù)此禁錮能分為勢(shì)能和熱能兩類。禁錮能與內(nèi)能相近，區(qū)別在于它們研究的對(duì)象不同，相對(duì)的能量形式也不同。

非禁錮能（整體動(dòng)能）只是物體的整體表現(xiàn)的動(dòng)能，不含物體內(nèi)部的粒子動(dòng)能，其沒有任何力的禁錮和外界的限制。

禁錮能與非禁錮能（整體動(dòng)能）是相對(duì)的，如當(dāng)研究封閉系統(tǒng)內(nèi)的粒子的機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)，粒子的動(dòng)能就為非禁錮能（整體動(dòng)能），而研究封閉系統(tǒng)整體運(yùn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)部粒子的機(jī)械運(yùn)動(dòng)即熱運(yùn)動(dòng)就為禁錮能。

宇宙中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最終表現(xiàn)為禁錮能與非禁錮能（整體動(dòng)能）的轉(zhuǎn)換和它們的狀態(tài)，相互之間具有制衡作用，從而宇宙運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為動(dòng)與靜的相對(duì)平衡。禁錮能和非禁錮能（整體動(dòng)能）狀態(tài)和轉(zhuǎn)換方向決定了物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方向和變化趨勢(shì)。

哲學(xué)上講物質(zhì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為吸引作用與離散作用、排斥作用的制衡，力的作用上表現(xiàn)為吸引力與慣性（慣性是一種運(yùn)動(dòng)的能力，但不是力）、電磁排斥力的制衡，而在能量上表現(xiàn)為禁錮能和非禁錮能（整體動(dòng)能）的制衡，宇宙萬物不離其中。（參見哲學(xué)篇）

2、物質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)方向和趨勢(shì)分析

熱運(yùn)動(dòng)遵循熱力學(xué)四大定律，熱力學(xué)第二定律規(guī)定了熱運(yùn)動(dòng)的方向和趨勢(shì)，即熵增原理，物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)向無序方向進(jìn)行。前面我們談到，熱能傳遞是微觀粒子運(yùn)動(dòng)的集體的綜合反映或效應(yīng)，其方式有熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射等，微觀機(jī)理是微粒間無序的直接碰撞或振動(dòng)碰撞，由于碰撞作用遵守平行四邊形法則只能導(dǎo)致動(dòng)量和動(dòng)能的均衡化，即熱能由溫度高的向溫度低的方向傳遞。同樣處于非禁錮能（整體動(dòng)能）狀態(tài)下的物質(zhì)直接碰撞也適用，但非禁錮能（整體動(dòng)能）絕不是熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它是宏觀的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。需要說明的是，熱力學(xué)第二定律只適用于由很大數(shù)目微觀粒子所構(gòu)成的系統(tǒng)的宏觀過程，而不適用于少量的微觀體系，更不能推廣到無限的宇宙，因?yàn)闊崃W(xué)第二定律是微觀粒子運(yùn)動(dòng)在宏觀系統(tǒng)上的整體反映。

3、具有禁錮能的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向和趨勢(shì)分析

對(duì)于具有禁錮能的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向和趨勢(shì)，顯然不能用熵增原理來描述。禁錮能是被力鎖固的能量，主要有動(dòng)能和物質(zhì)場(chǎng)能兩種形式。如桌子上的物品由于桌子的支撐力而保持不落地，而物品具有落地的勢(shì)能，這種勢(shì)能就是禁錮能；再如原子核內(nèi)部勢(shì)能表現(xiàn)為質(zhì)子間的電磁斥力向處由于強(qiáng)作用的吸引力而被禁固的勢(shì)能，以及中子與中子及質(zhì)子間的向外的離散作用（動(dòng)能）由于強(qiáng)作用的吸引力而被禁固的勢(shì)能；還有核外電子的動(dòng)能由于電磁的吸引力而被禁固的勢(shì)能。電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互作用由于電磁作用而產(chǎn)生的勢(shì)能也是禁錮能。

解除禁錮能需要破壞禁錮的力，可通過其他力的作用或能量的施加達(dá)到，我們定義這種施加的能量為束縛能，即束縛能是解除束縛力的最小能量。顯然禁錮能并不能顯示物質(zhì)的穩(wěn)定性，物質(zhì)的穩(wěn)定性與束縛能直接有關(guān)，束縛能越大越穩(wěn)定，也可說越有序。當(dāng)然束縛能的大小也與禁錮能的大小有關(guān)。束縛能與禁錮能之比為束禁比，當(dāng)其大于1時(shí)解除禁錮吸收能量，小于1時(shí)放出能量。物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的方向和趨勢(shì)與束禁比和“外部”能提供的能量大小和方式以及禁錮能量級(jí)別有關(guān)。這里的“外部”包含物體內(nèi)部的應(yīng)力作用，如在核裂變中鈾原子核衰變放出中子導(dǎo)致鏈?zhǔn)椒磻?yīng)等，不確定原理起著關(guān)鍵性作用。核聚變和核裂變都是向穩(wěn)定的方向變化，鐵元素最為穩(wěn)定?；瘜W(xué)反應(yīng)也是這種趨勢(shì)。但它們都受環(huán)境的能量狀態(tài)制約。

在宇宙中形成禁錮能的力主要是四種基本力的吸引作用，強(qiáng)相互作用、弱相互作用形成了原子核，電磁作用形成了原子和分子，引力作用形成了星體。它們都具有物質(zhì)聚集的作用和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。如果只有這一種效應(yīng)，宇宙必然是“大坍縮”。而物質(zhì)的整體動(dòng)能（離散作用）和電磁的斥力表現(xiàn)為物質(zhì)的離散，最終就是熱寂論所得結(jié)果，即大撕裂。而我們的宇宙顯然不是這樣，禁錮能與整體動(dòng)能的互相轉(zhuǎn)換、互為漲落、互相制衡是物質(zhì)世界運(yùn)動(dòng)的總體規(guī)律，是對(duì)物質(zhì)發(fā)展趨勢(shì)的規(guī)定，或者說禁錮能與動(dòng)能（物體的整體）的相互制衡是宇宙平衡穩(wěn)定發(fā)展的根本原因。

4、禁錮能、熱能和物體整體動(dòng)能的界定問題

處于禁錮能狀態(tài)的粒子都不能表現(xiàn)為熱運(yùn)動(dòng)和熱能，不具有熱效應(yīng)，顯然不能用“熵”來表述，如原子核中的中子和質(zhì)子的禁錮能不具有熱效應(yīng)。被原子或分子禁錮的電子也不具有熱效應(yīng)，而自由電子具有強(qiáng)烈的熱效應(yīng)，但被禁錮的原子或分子由于振動(dòng)的勢(shì)能和動(dòng)能不被禁錮而具有熱效應(yīng)。這是解釋微觀情況下熱能與禁錮能的界限，那么宏觀上怎么解釋物體整體動(dòng)能與熱能的界限，是否可用物體內(nèi)部粒子的松散度（內(nèi)部粒子互相影響的能力）來界定？是否一定設(shè)定在原子和分子嗎？這是需要進(jìn)一步研究的。

（四）宇宙的能量和能量守恒定律及參考坐標(biāo)系選擇問題

從前面的分析可以看出一個(gè)物體的全部禁錮能相當(dāng)于相對(duì)論所定義的靜能，它們都是不可變的物理量，即不隨坐標(biāo)系改變而改變的。非禁錮能（整體動(dòng)能）是可變的，其隨坐標(biāo)系的不同而不同，即為可變量。

能量守恒定律：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其它物體，而能量的總量保持不變。當(dāng)然這里的能量的總量是指一個(gè)系統(tǒng)的總能量，也就是本文所指的禁錮能和非禁錮能（整體動(dòng)能）總和。很顯然非禁錮能（整體動(dòng)能）與參考坐標(biāo)系的選擇有關(guān)，同一個(gè)物體不同參考坐標(biāo)系有著不同的非禁錮能（整體動(dòng)能），也就有不同的總能量。那么整個(gè)宇宙作為一個(gè)系統(tǒng)的總能量不是一個(gè)固定數(shù)，整個(gè)宇宙能量守恒嗎？顯然這是一個(gè)需要探究的問題。其涉及參考坐標(biāo)系的選擇，我們?cè)O(shè)想三種情況來討論整個(gè)宇宙的總能量與參考坐標(biāo)系選擇的關(guān)系。

第一種情況，宇宙中所有的能量都轉(zhuǎn)換為光能，即所謂熱寂論的“大撕裂”。由于光速不變?cè)恚还軈⒖甲鴺?biāo)系怎么選擇，宇宙的總能量不變，是一個(gè)恒定值。

第二種情況，宇宙中所有的能量都轉(zhuǎn)換為禁錮能，即不存在整體動(dòng)能，也就是所謂的“大坍縮”。這時(shí)宇宙的所有物質(zhì)集中一處為一體，參考坐標(biāo)系只能選擇與這一體相對(duì)靜止，其他坐標(biāo)系的選擇將無物理意義，而且違反能量守恒定律，因?yàn)槊恳粋€(gè)參考坐標(biāo)系都有一個(gè)值且互相不同，宇宙不可能有不同的總能量。

第三種情況，宇宙無限大且物質(zhì)均勻分布，不管參考坐標(biāo)系怎么選擇，兩個(gè)參考坐標(biāo)系的相對(duì)速度的改變都會(huì)造成一部分物質(zhì)動(dòng)能的增加而另一部分物質(zhì)動(dòng)能的減小，而宇宙總能量不變，即宇宙遵守能量守恒定律且與參考坐標(biāo)系選擇無關(guān)。同時(shí)也表明能量守恒定律可以證明宇宙是無限大且物質(zhì)均勻分布。宇宙無限大，那么能量也將是無限大，能量守恒定律就失去了意義。

前面兩種情況證明宇宙的能量是有限的，并遵守能量守恒定律。第三種情況，如果宇宙無限大就會(huì)違反能量守恒定律（宇宙視為孤立系統(tǒng)），如果讓宇宙能量有限，需要選擇相對(duì)宇宙靜止的參考坐標(biāo)系，意思是還應(yīng)有相對(duì)我們宇宙的另外一個(gè)宇宙，或者我們的宇宙有一個(gè)絕對(duì)靜止點(diǎn)，也就是有一個(gè)絕對(duì)時(shí)空坐標(biāo)，這些都違反通常的物理理論。這是一個(gè)嚴(yán)重的悖論。

顯然不同參考坐標(biāo)系的選擇有著不同的結(jié)果，參考坐標(biāo)系的選擇是有條件的，這不僅僅是消除坐標(biāo)奇性的問題。這里只列出三種特殊情況，其實(shí)參考坐標(biāo)系選擇更加復(fù)雜。怎樣消除選擇參考坐標(biāo)系這一人為因素，是需要我們考慮和研究。當(dāng)然這也不僅僅是參考坐標(biāo)系選擇的問題。

四、時(shí)空的物質(zhì)性

時(shí)間和空間的研究也是哲學(xué)和物理學(xué)研究的重要內(nèi)容，哲學(xué)上和物理上均將時(shí)間和空間表示為運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)的存在形式。物質(zhì)、時(shí)間和空間是相互聯(lián)系的整體，沒有無物質(zhì)的空間和時(shí)間，也沒有無空間和時(shí)間的物質(zhì)。時(shí)間和空間是物質(zhì)的特性，也是對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的度量。這是我們對(duì)時(shí)間、空間的一般認(rèn)識(shí)。由于近代物理學(xué)的發(fā)展，時(shí)間、空間的概念有了很大的變化，就此問題做以下探討。

（一）、時(shí)間、空間在不同的物理理論中的不同含義

研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)不可能不研究時(shí)間和空間。時(shí)間是物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)、變化的持續(xù)性、順序性的表現(xiàn)，是人類用以描述物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程或事件發(fā)生過程的一個(gè)參數(shù)，確定時(shí)間，是靠不受外界影響的物質(zhì)周期變化的規(guī)律?？臻g是運(yùn)動(dòng)物質(zhì)的廣延性和伸張性。這是時(shí)間、空間一般性定義，但對(duì)于不同的物理理論的時(shí)間和空間概念是不同的，在經(jīng)典物理學(xué)中時(shí)間和空間是絕對(duì)的。而在相對(duì)論中時(shí)間和空間卻是相對(duì)的，并且時(shí)間和空間是統(tǒng)一的，合稱為時(shí)空。

1、經(jīng)典物理學(xué)中，物質(zhì)、時(shí)間和空間是三個(gè)獨(dú)立的概念，雖然它們緊密相聯(lián)，卻是互為獨(dú)立。物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)具有持續(xù)性（順序性）和廣延性，分別體現(xiàn)在時(shí)間上和空間上（也只是度量），且時(shí)間和空間是絕對(duì)的，其尺度是不變的。這就是牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀。絕對(duì)時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間與空間的度量與慣性參照系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，同一物體在不同慣性參照系中觀察到的運(yùn)動(dòng)學(xué)量（如坐標(biāo)、速度）可通過伽利略變換而互相聯(lián)系，也就是說不同的參照系用同一個(gè)時(shí)間和空間的標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)間是一維的，用一維坐標(biāo)系表示?？臻g是三維的，用三維坐標(biāo)系表示。即時(shí)間和空間各自為獨(dú)立系統(tǒng)，且時(shí)間和空間坐標(biāo)系與物質(zhì)的存在無關(guān)而獨(dú)立存在，雖然它們共同表述物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀況，但兩者無內(nèi)在的必然聯(lián)系。

2、狹義相對(duì)論以光速不變?cè)?，結(jié)合狹義相對(duì)性原理推出勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的慣性參照系間的時(shí)間和空間（及質(zhì)量）的洛侖茲變換，進(jìn)而推導(dǎo)出時(shí)間的延緩（膨脹）、同時(shí)性的相對(duì)性、長(zhǎng)度的收縮（尺縮效應(yīng)），它們與兩個(gè)參照系的相對(duì)速度相關(guān)，與兩個(gè)參照系的距離和兩個(gè)參照系相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向無關(guān)。同時(shí)還推導(dǎo)出質(zhì)速關(guān)系和質(zhì)能關(guān)系。

與經(jīng)典物理學(xué)不同的是，狹義相對(duì)論認(rèn)為空間和時(shí)間是相聯(lián)系的整體，統(tǒng)一于四維時(shí)空，時(shí)間、空間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)是不可分割的，說明時(shí)間和空間具有客觀性，而光速不變?cè)韺?duì)物質(zhì)的勻速運(yùn)動(dòng)和時(shí)空的作用是關(guān)鍵因素。但狹義相對(duì)論仍然承認(rèn)時(shí)間和空間的平直性、各向同性和各點(diǎn)同性，即時(shí)空結(jié)構(gòu)具有均勻性和平直性，這是與經(jīng)典物理學(xué)一致的，所以它們都采用“慣性參照系”來描述運(yùn)動(dòng)體系。

狹義相對(duì)論尚未論及物質(zhì)分布對(duì)時(shí)空的作用，其認(rèn)為不同質(zhì)量的物體對(duì)時(shí)空的影響是平權(quán)的。這里需要明確的是，狹義相對(duì)論的時(shí)空概念是數(shù)理邏輯推理的結(jié)果，它以光速不變?yōu)檫壿嬈瘘c(diǎn)，得出時(shí)空的可變性結(jié)論。它并沒有直接回答“尺縮”和“時(shí)間膨脹”的物理原因，這些只是公理的邏輯結(jié)果，沒有明確時(shí)空的本質(zhì)究竟是什么。但是其物理理論體系在一定適用范圍內(nèi)也得到了自洽，并經(jīng)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)證明。

3、廣義相對(duì)論的時(shí)空觀是在狹義相對(duì)論的時(shí)空觀的基礎(chǔ)上另辟蹊徑，通過等效原理的設(shè)定（即引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量等價(jià)），結(jié)合廣義相對(duì)性原理，運(yùn)用黎曼幾何，將物質(zhì)質(zhì)量密度分布和時(shí)間、空間整合為一體，以描述引力場(chǎng)作用，從而導(dǎo)出引力場(chǎng)方程，來闡述物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。這一理論預(yù)測(cè)到引力場(chǎng)造成時(shí)空的彎曲并會(huì)引起光線的彎曲、引力波的存在、引力紅移現(xiàn)象等，均已得到驗(yàn)證。

通常對(duì)廣義相對(duì)論的時(shí)空觀是這樣描述的，時(shí)空是一個(gè)整體，是四維的（這與狹義相對(duì)論的時(shí)空觀是一致的），時(shí)空與物質(zhì)是緊密地聯(lián)系的，不可分割的，物質(zhì)質(zhì)量密度分布及其運(yùn)動(dòng)對(duì)時(shí)空狀況直接產(chǎn)生影響和作用并造成時(shí)空的彎曲（我們可以稱之為時(shí)空的形變），時(shí)空的狀況同時(shí)對(duì)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生作用，時(shí)空的幾何性質(zhì)（如聯(lián)絡(luò)和度規(guī)）取決于物質(zhì)及能量的分布和運(yùn)動(dòng)，且時(shí)空具有拓?fù)湫再|(zhì)（如點(diǎn)集結(jié)構(gòu)、連續(xù)性和光滑性）。

按照廣義相對(duì)論的史瓦西解以及其他解都具有奇點(diǎn)性，空間和時(shí)間在奇點(diǎn)處都喪失了自己的特征，用以測(cè)量距離和時(shí)間的規(guī)則都失效了，時(shí)間變成0，而距離趨于無限。這對(duì)我們理解時(shí)空帶來了很大的困惑。

相對(duì)論的時(shí)空觀，主張物質(zhì)、時(shí)間和空間是不可分割的整體，它們是相互聯(lián)系相互制約的，物質(zhì)分布及其運(yùn)動(dòng)對(duì)時(shí)間和空間產(chǎn)生作用，時(shí)空限定并度量了物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，時(shí)間、空間、質(zhì)量（引力場(chǎng)）合稱宇宙三要素，并構(gòu)成宇宙的基本結(jié)構(gòu)。同時(shí)其還認(rèn)為，時(shí)間和空間是相對(duì)的，觀測(cè)者的位置及參照系的選擇具有重要意義，直接影響觀測(cè)的量值，即時(shí)間和空間的長(zhǎng)短是相對(duì)于觀測(cè)者而言的，因而物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和變化與觀測(cè)者的狀態(tài)不可分割。從一定意義上講，觀測(cè)者（觀察者）的地位和及參照系的選擇造成了相對(duì)論時(shí)空觀的不協(xié)調(diào)，具有相對(duì)的主觀性。

可以說，相對(duì)論的時(shí)空觀實(shí)現(xiàn)了突破性的發(fā)展，時(shí)間和空間從物質(zhì)存在的形式的依附概念發(fā)展為具有實(shí)體物質(zhì)的獨(dú)立概念。時(shí)空的實(shí)體物質(zhì)性將在后面有專門論述。

4、量子力學(xué)是研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)與變化規(guī)律的，其適用于高速、微觀的物質(zhì)現(xiàn)象。量子力學(xué)的時(shí)空觀，基本沿用經(jīng)典物理的時(shí)間和空間概念，即物質(zhì)、時(shí)間和空間是相互獨(dú)立的，當(dāng)然也認(rèn)為時(shí)間和空間是物質(zhì)的存在形式，是與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系的。由于波函數(shù)疊加導(dǎo)致的不確定性（原理）的原因，時(shí)間與能量、位置與動(dòng)量等不能同時(shí)確定。并且時(shí)間是可逆的，即不是單向的，這與以往的時(shí)間觀是完全不同的。

狹義相對(duì)論與量子力學(xué)的結(jié)合導(dǎo)致的量子電動(dòng)力學(xué)、量子場(chǎng)論、電弱統(tǒng)一模型及強(qiáng)作用的量子色動(dòng)力學(xué)在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)模型，取得很大成功。這些標(biāo)準(zhǔn)模型由于采用狹義相對(duì)論協(xié)變性和規(guī)范不變性，使時(shí)空的含義具有了狹義相對(duì)論的意義，其主要體現(xiàn)在物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的速度對(duì)時(shí)空的影響上。

（二）時(shí)空的物質(zhì)性質(zhì)

從以上分析可以看出，這些物理理論對(duì)時(shí)空的處理的共同的特點(diǎn)是時(shí)間和空間都是對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的量度，區(qū)別在于這種量度是否有可變性。這些理論的時(shí)間和空間概念存在著諸多矛盾，難以統(tǒng)一，需要進(jìn)一步研究。

1、力的再分析、力的方程系數(shù)常數(shù)

1）前面已分析了力的作用效應(yīng)，那么力是怎么產(chǎn)生的？實(shí)際上力只有兩種生成方式：一是原生力，四種基本力都是原生力，是力源直接發(fā)出，并通過傳遞物質(zhì)（如光子、膠子和尚無確定的引力子等）對(duì)相對(duì)的物質(zhì)發(fā)生作用；另一種是碰撞作用，實(shí)物（粒子）的碰撞作用，是由于實(shí)物物質(zhì)具有時(shí)空排他性，當(dāng)兩個(gè)物體或粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡具有某一相同“時(shí)空”點(diǎn)，就會(huì)發(fā)生碰撞，雖然在碰撞過程中也有基本力的作用，但這些基本力不是發(fā)生碰撞的原因。碰撞作用表現(xiàn)為碰撞的作用力和反作用力，顯然它們不是原生力，而是實(shí)物物質(zhì)動(dòng)能、動(dòng)量傳遞的力的原因。

2）相關(guān)力的物理常數(shù)及其關(guān)系

物理上常數(shù)有很多種，其中基本物理常數(shù)是物理體系中的普適常數(shù)，不隨時(shí)間、空間等物理環(huán)境而變化，是表征物理現(xiàn)象和物理關(guān)系的定值。

基本物理常數(shù)可以分為兩類，即自然常數(shù)和耦合常數(shù)。自然常數(shù)專指通過基本物理量之間的聯(lián)系關(guān)系確定基本物理量單位換算的系數(shù)。而耦合常數(shù)一般是物理量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的常數(shù)系數(shù)，是在確定自然常數(shù)的基礎(chǔ)上確定各種物理量作用聯(lián)系的常數(shù)量，耦合常數(shù)一般是物理公式推導(dǎo)設(shè)定，但最終都應(yīng)由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。

（1）自然常數(shù)

2018年前 物理體系是建立在7 個(gè)國(guó)際基本物理單位：時(shí)間單位秒 s，長(zhǎng)度單位米 m，質(zhì)量單位千克 kg，電流單位安培 A，溫度單位：開爾文K，物質(zhì)的量單位：摩爾 mol，亮度單位：坎德拉cd。

在2018年11月16日，法國(guó)凡爾賽第26屆CGPM會(huì)議上表決通過修訂國(guó)際單位制SI的提案，將 7 個(gè)國(guó)際基本單位用 7 個(gè)定義成確定數(shù)值的常數(shù)來代替，即：銫133原子基態(tài)超精細(xì)譜線的頻率精確定義為9192631770Hz；真空中光速c精確定義為299792458m/s；普朗克常數(shù)h精確定義為6.62607015x10^-34J.s；元電荷量e精確定義為1.602176634x10^-19C；玻爾茲曼常數(shù)kB精確定義為 1.380649×10^–23J.K^?1；阿伏伽德羅常數(shù)NA精確定義為 6.02214076×10^23mol^?1；頻率為540x10^12Hz的單色輻射的發(fā)光效率 Kcd精確定義為683lm.W^-1。通過這 7 個(gè)常數(shù)定義了一套單位制。這些常數(shù)即為自然常數(shù)。

（2）相關(guān)力的耦合常數(shù)

這里我們只討論力學(xué)和電磁學(xué)中的有關(guān)力的常數(shù)，如萬有引力常數(shù)、真空磁導(dǎo)率和真空介電常數(shù)，它們都與力的定義有關(guān)。相關(guān)力學(xué)的常數(shù)為系數(shù)常數(shù)，是耦合常數(shù)的一種。

a、牛頓第二定律公式的系數(shù)及萬有引力常數(shù)

牛頓第二定律F=ma，其系數(shù)取1，m和a的量綱都已通過自然常數(shù)確定，定義力的單位為牛頓。這里質(zhì)量m為慣性質(zhì)量與加速度a一起反映力的效應(yīng)，即是通過力的效應(yīng)來定義力，可稱為效應(yīng)力，或稱為牛頓力。由于碰撞作用而形成的力也是效應(yīng)力。

在萬有引力定律F= GMm/r2中，是萬有引力的產(chǎn)生，是原生力，另一方面講這個(gè)原生力作用于形成引力的一方也就是效應(yīng)力了，其遵守牛頓第二定律F=ma。這里假設(shè)慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量等效并且質(zhì)量和距離都已在牛頓第二定律F=ma中被定義，那么為了保證效應(yīng)力和原生力具有一致性，必然在萬有引力定律公式中存在萬有引力常數(shù)。

消除引力常數(shù)有兩種方法：一是重新定義一個(gè)物理量引力勢(shì)，令其等于GM/r2，那么就把引力常數(shù)吸收進(jìn)引力勢(shì)中，但并沒有真正消除引力常數(shù)，只是引力常數(shù)在引力勢(shì)中體現(xiàn)，所以屬于假消除；二是通過重新定義質(zhì)量和距離的單位，消除引力常數(shù)，那么必然導(dǎo)致牛頓第二定律F=ma添加新的常數(shù)，而這個(gè)新的常數(shù)與引力常數(shù)意義相同，因?yàn)槭窍Τ?shù)引起的結(jié)果，同時(shí)也會(huì)引起一系列有關(guān)其他力的相關(guān)常數(shù)的改變。牛頓第二定律F=ma的力是所有原生力對(duì)應(yīng)的效應(yīng)力，其系數(shù)常數(shù)定為1，除了使物理體系簡(jiǎn)單化外，更重要的是使各種相關(guān)原生力生成的常數(shù)具有與力源相關(guān)的明確獨(dú)立的物理意義。

b、有關(guān)電磁力的常數(shù)

庫侖定律是描述靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力的規(guī)律，即在真空中，點(diǎn)電荷q1與q2的作用力為F=k*(q1*q2)/r^2。其中：r為 q1與q2之間的距離，k為庫侖常數(shù)。若q1與q2同號(hào)表現(xiàn)為斥力，異號(hào)表現(xiàn)為吸引力。電荷已在洛倫茲定律中定義了，顯然，庫侖定律與萬有引力定律相近，庫侖力也是原生力，那么為了保證該原生力與牛頓第二定律定義的效應(yīng)力具有一致性，必然在庫侖定律公式中存在庫侖常數(shù)k。

在有介質(zhì)時(shí)定義ε=Q/ES=D/E 為介電常數(shù)，當(dāng)介質(zhì)為真空時(shí)表示為ε0。對(duì)于真空中的一個(gè)點(diǎn)電荷Q，電通量密度D=Q/S=Q/4πr^2，電場(chǎng)強(qiáng)度 E=kQ/r^2，即可導(dǎo)出 ε0= Q/ES = D/E =1/4πk，所以在真空中ε0是一個(gè)不變數(shù)，稱其為真空介電常數(shù)。由此可見真空介電常數(shù)ε0顯示了真空的電場(chǎng)特性，表示真空具有對(duì)電場(chǎng)傳播的作用性。

由于不存在單極磁荷，所以不能象庫侖定律那樣來表示磁荷之間的相互作用力，因而安培定律是用電流元在空間某一點(diǎn)所激發(fā)的磁場(chǎng)來描述的。安培定律是F=BIL，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，I為電流，L為導(dǎo)線長(zhǎng)度，微分形式是dF=IdL×B。用兩個(gè)電流元的相互作用來表述安培定律有下式：

其中r12表示由I1dl1指向I2dl2的矢徑，dF12是電流元I1dl1對(duì)I2dl2的作用力。以上有關(guān)磁場(chǎng)相關(guān)的推導(dǎo)和論述都是排斥其他因素的影響，也即在真空條件下。由此可見式中μ0與電場(chǎng)中的真空介電常數(shù)ε0相近，稱其為真空磁導(dǎo)率，顯示了真空的磁場(chǎng)特性，表示真空具有對(duì)磁場(chǎng)傳播的作用性。

把式中I2dl2作為試探電流元，定義磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量dB為：

此式即為畢奧－薩伐爾定律的微分形式，也可用下式表述：

   其中θ為電流元矢量Idl和矢徑r間的夾角。

在電場(chǎng)能力狀況描述中用電通量密度D、電場(chǎng)強(qiáng)度 E來表示，其關(guān)系為 ε0= D/E；同樣在磁場(chǎng)能力狀況描述中用磁感強(qiáng)度B（磁感應(yīng)強(qiáng)度也被稱為磁通量密度或磁通密度）、磁場(chǎng)強(qiáng)度H來表示，其關(guān)系為 μ0=B/H。這里不再贅述。

在電動(dòng)力學(xué)里有洛倫茲定律方程，也稱洛倫茲力方程，即F=q(E+v×B）， qE項(xiàng)是電場(chǎng)力項(xiàng)，qv×B項(xiàng)是磁場(chǎng)力項(xiàng)。其中，F是洛倫茲力，v是帶電粒子的速度（v<<c）。這里洛倫茲力F表示運(yùn)動(dòng)于電磁場(chǎng)所產(chǎn)生的電磁力，屬原生力，帶電粒子電荷q是原生力源之一，相對(duì)方卻沒有表現(xiàn)出具體的力源，但電場(chǎng)強(qiáng)度E、磁感應(yīng)強(qiáng)度 B分別是另一方力源的綜合體現(xiàn)。洛倫茲力F不是被定義項(xiàng)，其延用牛頓第二定律中的力的定義。這個(gè)方程是無系數(shù)常數(shù)定律方程，是一個(gè)定義性定律，同時(shí)定義了電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B。無常數(shù)項(xiàng)，這是因?yàn)槁鍌惼澚Ψ匠?/span>F=q(E+v×B）中常數(shù)的消除屬于假消除，在qE和q（v×B）兩個(gè)單項(xiàng)式中分別消除了真空介電常數(shù)和真空磁導(dǎo)率，即電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B中包含著真空介電常數(shù)和真空磁導(dǎo)率。這里想講的是我們可以在不明力源或無法明確力源的情況下，可以根據(jù)這些力源在一點(diǎn)上的相關(guān)物理反映量（如電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B）同樣可以計(jì)算作用力的大小，這就是場(chǎng)的作用。

在不改變牛頓力的定義的情況下，可以通過重新定義元電荷量e這個(gè)自然常數(shù)，即重新定義電流單位，將真空磁導(dǎo)率μ0改變?yōu)?/span>1，這樣必然導(dǎo)致以下兩點(diǎn)結(jié)果：一、元電荷量e將重新定義為μ0^-2e，將μ0^-2e代入庫侖定律公式，必然得出真空介電常數(shù)ε0改變?yōu)?/span>ε0μ0。這樣就形成新的常數(shù)ε0μ0，其與元電荷量e定義單位無關(guān)。而真空介電常數(shù)ε0、 真空磁導(dǎo)率μ0將失去原來相互對(duì)應(yīng)的物理意義和本源，顯然不妥；二、元電荷量e的新定義，將失去量子意義，顯然不可接受。

當(dāng)然我們也可通過定義真空介電常數(shù)ε0為1，也將得出真空磁導(dǎo)率變?yōu)?/span>ε0μ0。這些都說明ε0μ0是一個(gè)真正的常數(shù)，其與電荷即力源無關(guān)，是真空的屬性，也表明電磁這一原生力傳播與力源無關(guān)，而表現(xiàn)為與真空的作用性。

顯然真空介電常數(shù)ε0、真空磁導(dǎo)率μ0是相互聯(lián)系的一對(duì)耦合常數(shù)，表明電場(chǎng)和磁場(chǎng)是一個(gè)統(tǒng)一的物理場(chǎng)，我們可將這兩個(gè)常數(shù)稱之為對(duì)偶常數(shù)。

c、相關(guān)分析

以上分析可以看出，萬有引力常數(shù)、真空介電常數(shù)和真空磁導(dǎo)率是相對(duì)應(yīng)的原生力與牛頓第二定律F=ma的單位力的對(duì)比或比例系數(shù)，是在確保牛頓第二定律F=ma的系數(shù)常數(shù)為1，其各相關(guān)物理量單位統(tǒng)一定義的情況下而得出的原生力方程系數(shù)。

在哲學(xué)上吸引性和碰撞性作用與離散性和排斥性作用相對(duì)應(yīng)。在物理的能量上表現(xiàn)為禁固能與非禁固能（整體動(dòng)能）相對(duì)應(yīng)。在力的形式上為原生力和效應(yīng)力相對(duì)應(yīng)，即基本力和牛頓力（牛頓第二定律定義的力）。牛頓力作為效應(yīng)力是各原生力的最終表現(xiàn)，所以用牛頓力統(tǒng)一衡量其他原生力是符合物質(zhì)作用的客觀狀況的，并不僅僅是物理理論簡(jiǎn)單化的問題，而是體現(xiàn)在牛頓第二定律公式系數(shù)為1，而其他原生力生成公式系數(shù)常數(shù)各不相同的互相轉(zhuǎn)換的比例，同時(shí)表征作用強(qiáng)度的對(duì)比。

顯然這些耦合常數(shù)是以上對(duì)應(yīng)物理效應(yīng)的連接橋梁，即反映其相互轉(zhuǎn)換的聯(lián)系系數(shù)。它們是物質(zhì)相互作用的內(nèi)在的聯(lián)系，具有客觀性，也是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)自洽性的體現(xiàn)，其具有重要的物理意義，是物理關(guān)系的一種體現(xiàn)。

另外，無量綱常數(shù)則更為本質(zhì)和重要，因?yàn)闊o量綱意味著它的值并不取決于相關(guān)理論體系或者單位制，就像數(shù)學(xué)中的e和π以及物理上的精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)。這里不再論述。

2、光速不變?cè)?/span>

根據(jù)麥克斯韋方程組可以推導(dǎo)出光速（電磁波速度）c=1/（ε0μ0）^-2，ε0μ0作為整體常數(shù)決定了光的運(yùn)動(dòng)特性，即光速與光源無關(guān)，與參考坐標(biāo)系的選擇無關(guān)，是真空的特性與電磁之間的作用使然，而且在真空中是一個(gè)常數(shù)。這是愛因斯坦在相對(duì)論中將光速不變?cè)碜鳛橐粋€(gè)基本原理設(shè)定的重要原因。

電磁作用傳遞是通過光子進(jìn)行，這種傳遞體現(xiàn)了真空與電磁之間的作用，即與真空介電常數(shù)和真空磁導(dǎo)率有關(guān)，其傳遞速度為光速，或者說光速是真空（時(shí)空）束縛態(tài)。

在狹義相對(duì)論中把光速不變?cè)碓碜鳛閰⒖甲鴺?biāo)系間作用聯(lián)系的原理，其實(shí)質(zhì)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)聯(lián)系的基礎(chǔ)。其表明對(duì)于任意兩個(gè)參考坐標(biāo)系的聯(lián)系都是通過物質(zhì)的作用相聯(lián)系，這種作用聯(lián)系是以光速建立起來的，顯然兩個(gè)參考坐標(biāo)系的聯(lián)系是時(shí)空的聯(lián)系，所以真空與電磁之間的作用其應(yīng)是時(shí)空與電磁之間的作用，這里真空與時(shí)空等價(jià)。因而光速反映在時(shí)空中就是作用聯(lián)系的傳遞物質(zhì)與時(shí)空的作用，也就是參考坐標(biāo)系的聯(lián)系具有客觀性，并不是完全人為的。當(dāng)然作用聯(lián)系的傳遞物質(zhì)不一定非是光子，如膠子或尚未發(fā)現(xiàn)的引力子等，關(guān)鍵在于光速來體現(xiàn)時(shí)空的作用性。觀察者的實(shí)質(zhì)是對(duì)傳遞物質(zhì)檢測(cè)，而不是觀察者自身。對(duì)檢測(cè)結(jié)果的分析才具有人的思維性。

3、時(shí)空的形變

時(shí)空的形變是物質(zhì)場(chǎng)引起的時(shí)空變化，如彎曲、扭曲、非均勻和非各向同性。而物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)在慣性情況下按形變的時(shí)空規(guī)定運(yùn)動(dòng)，即按測(cè)地線運(yùn)動(dòng)。

1）狹義相對(duì)論的時(shí)空的形變

洛倫茲變換中的相對(duì)論因子γ，將光速作為重要的因素列入，從前面分析可以知道光的速度已經(jīng)不是運(yùn)動(dòng)學(xué)的概念，而是動(dòng)力學(xué)概念，具有動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，其受電磁作用和真空的特性（真空介電常數(shù)ε0、真空磁導(dǎo)率μ0）共同制約，表現(xiàn)為電磁作用在真空（時(shí)空）中的傳遞，所以狹義相對(duì)論的洛倫茲變換和運(yùn)動(dòng)方程具有動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，而不能簡(jiǎn)單的把光作為信息傳遞者，而是與真空或時(shí)空的作用的物理主體。對(duì)于這一點(diǎn)我們必須要有足夠的認(rèn)識(shí)。

狹義相對(duì)論的洛倫茲變換和運(yùn)動(dòng)方程是因?yàn)楣馑俨蛔兊膭?dòng)力學(xué)原因所造成的時(shí)空形變的結(jié)果。尺縮效應(yīng)、時(shí)間膨脹、質(zhì)（能）速關(guān)系都這一時(shí)空形變結(jié)果的體現(xiàn)。

2）廣義相對(duì)論的時(shí)空的形變

廣義相對(duì)論是關(guān)于引力與時(shí)空作用的理論，是引力場(chǎng)引起的時(shí)空形變的理論，即時(shí)空區(qū)域內(nèi)物質(zhì)能量的分布狀況決定了時(shí)空形變的情況，以及物質(zhì)運(yùn)動(dòng)遵循形變的時(shí)空規(guī)定。

愛因斯坦場(chǎng)方程如下：

其是描述時(shí)空和物質(zhì)相互作用的方程。其中G為牛頓引力常數(shù)，c為光速。左邊表示時(shí)空的幾何性質(zhì)，R是時(shí)空的曲率，g為時(shí)空的度規(guī)。右邊T表示能動(dòng)張量，即時(shí)空的物質(zhì)及能量分布以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

廣義相對(duì)論將引力效應(yīng)幾何化，表明時(shí)空的幾何性與物質(zhì)的分布及其運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，物質(zhì)分布及其運(yùn)動(dòng)決定了時(shí)空的曲率，反過來彎曲的時(shí)空又決定物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。我們將彎曲的時(shí)空稱之為廣義相對(duì)論的時(shí)空形變。

這些都說明廣義相對(duì)論還是將時(shí)空作為物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的度量工具來理解，時(shí)空并不是能動(dòng)張量成員。但反映時(shí)空作用性的光速卻是愛因斯坦場(chǎng)方程右邊能動(dòng)張量T的系數(shù)之一，說明方程中的光速體現(xiàn)了時(shí)空對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的作用性的一部分。時(shí)空形變也說明時(shí)空具有彈性，這種彈性與物質(zhì)作用（即能動(dòng)張量）有關(guān)。

4、關(guān)于真空與時(shí)空問題

在哲學(xué)上講運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的存在方式（也可說是“根本屬性”），時(shí)間和空間則是運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)的表現(xiàn)形式或是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的度量。顯然時(shí)空不能獨(dú)立存在，它們依附于物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)而存在。那么時(shí)間和空間是否不能獨(dú)立存在嗎？離開物質(zhì)是否時(shí)間和空間就失去了意義？真空是否就是無任何物質(zhì)？時(shí)間和空間可以度量真空嗎？

經(jīng)典電磁理論都將真空定義為沒有物質(zhì)（包括物質(zhì)場(chǎng)）的時(shí)空，按照哲學(xué)的思想沒有物質(zhì)就不可能有時(shí)空，顯然它們不相容。

在經(jīng)典電磁理論中，真空具有電磁性，具有真空介電常數(shù)ε0、真空磁導(dǎo)率μ0，其與電磁場(chǎng)的存在與否無關(guān)，真空是電磁場(chǎng)存在的基底，由于電磁場(chǎng)可以被屏蔽，所以這里的真空是絕對(duì)的真空。同時(shí)真空一定具有時(shí)空性，可用時(shí)空進(jìn)行度量。顯然在這里真空與時(shí)空在某種意義上是一個(gè)概念，真空和時(shí)空都是獨(dú)立存在的，不依賴于物質(zhì)，包括物質(zhì)場(chǎng)。這與時(shí)空的本身含義相矛盾，即時(shí)空脫離了物質(zhì)。

有關(guān)引力的相關(guān)理論都將真空不作為重要問題來研究，這是因?yàn)橐?chǎng)具有不可屏蔽性，但引力場(chǎng)趨于無限遠(yuǎn)處為零，因此無限遠(yuǎn)處即為也可是絕對(duì)的真空。這個(gè)無限遠(yuǎn)處時(shí)空卻正常存在，而且可以通過時(shí)空來量度，可以說明在無限遠(yuǎn)處時(shí)空是獨(dú)立于物質(zhì)存在。這里的真空與時(shí)空具有等同性，或者說真空中具有時(shí)空。同樣是與時(shí)空的本身含義相矛盾。當(dāng)然廣義相對(duì)論中一般將真空是沒有實(shí)物物質(zhì)的時(shí)空，所以愛因斯坦提出真空是引力場(chǎng)的某種特殊狀態(tài)。

在量子理論中，狄拉克為了解決狄拉克方程負(fù)能解的問題，將真空定義為所有的正能態(tài)都空著，所有的負(fù)能態(tài)都被填滿的狀態(tài)，即能量最低狀態(tài)。也就是說真空充滿了負(fù)能態(tài)的電子海，即真空是時(shí)刻有虛粒子與實(shí)物粒子轉(zhuǎn)化的，可見真空具有一定的物理內(nèi)容。

現(xiàn)代量子場(chǎng)論認(rèn)為真空是沒有任何場(chǎng)量子被激發(fā)的狀態(tài)，或者說真空是量子場(chǎng)系統(tǒng)的基態(tài)。

從以上分析可以看出，真空與時(shí)空既有聯(lián)系又有區(qū)別。聯(lián)系在于它們可以對(duì)無物質(zhì)情況（相對(duì)于各個(gè)理論的真空定義）的進(jìn)行共同描述，在某種意義上它們是等價(jià)的。區(qū)別在于真空是物質(zhì)存在的特殊形態(tài)，時(shí)空可以對(duì)這一形態(tài)進(jìn)行描述，其描述一定是作用性的。這樣的解讀是一種調(diào)和的方法，改變了時(shí)間和空間的原定義，但是沒有解決時(shí)空為什么會(huì)因?yàn)槟軇?dòng)張量的作用產(chǎn)生形變的問題。

5、時(shí)空的物質(zhì)性猜想

從以上分析中我們可得到以下兩個(gè)悖論：

電磁理論中，真空是無物質(zhì)（包括無物質(zhì)場(chǎng)），那么真空就無法用時(shí)空來度量，因?yàn)闀r(shí)空依附物質(zhì)，是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的存在形式，離開物質(zhì)就談不上時(shí)空。而電磁理論的真空卻是可以通過時(shí)空來度量的。這是一個(gè)悖論。

在相對(duì)論中時(shí)空在物質(zhì)的作用下可產(chǎn)生形變（即能動(dòng)張量是作用的一方，時(shí)空是作用的另一方，相互發(fā)生作用），將時(shí)空獨(dú)立出來且能接受物質(zhì)的作用，顯然時(shí)空已具有獨(dú)立的物質(zhì)的屬性。而時(shí)空是度量物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的工具，是物質(zhì)的存在形式，不應(yīng)獨(dú)立出來作為作用的一方。這是一個(gè)非常嚴(yán)重的矛盾，或者說是一個(gè)悖論。

這兩個(gè)悖論其實(shí)質(zhì)是時(shí)空是否只是度量物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的工具，時(shí)空是否可以獨(dú)立于物質(zhì)存在的問題。所謂物理上的度量就是物質(zhì)之間相同屬性數(shù)量上的比較，度量可以是意識(shí)層面的比較和作用性的比較。前者為思維性比較，又稱對(duì)比性比較，這一點(diǎn)在此不做討論。對(duì)于物理學(xué)更重要的是后者。

作用性的比較是物質(zhì)作用過程中的相互對(duì)比，是物質(zhì)世界自洽性的自我體現(xiàn)。廣義相對(duì)論能動(dòng)張量與時(shí)空的作用就是作用性的比較。這樣我們直接將時(shí)空認(rèn)定為物質(zhì)的一種形態(tài)，上述兩個(gè)悖論自然解決。物質(zhì)與時(shí)空的作用，時(shí)空產(chǎn)生形變，就是物質(zhì)與時(shí)空的作用比較，這本身就是一種度量。

我們的宇宙是由物質(zhì)組成，不存在真正的真空狀態(tài)，只是有相對(duì)真空，真空也是物質(zhì)的特殊形態(tài)。那么真空可以用時(shí)空來度量，其實(shí)質(zhì)是真空與時(shí)空的作用比較。

慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量都是表示實(shí)物物質(zhì)與時(shí)空作用的能力，即為同一個(gè)能力表現(xiàn)，所以兩者就是一種物理量。只是一個(gè)表現(xiàn)為原生力，一個(gè)表現(xiàn)為慣性能力。這樣等效原理就不是一個(gè)假?zèng)]了。

時(shí)空是否具有能量？從廣義相對(duì)論的場(chǎng)方程看彎曲時(shí)空一定具有能量。廣義相對(duì)論的引力能量不可定域化，沒有能量密度可言，是否可以將時(shí)空能量計(jì)入到時(shí)空中來解決？我們的宇宙暗能量無法尋找，時(shí)空能量是一個(gè)方向。

可以說，時(shí)空是撐起宇宙的骨架，時(shí)空與物質(zhì)的作用起到了根本性作用。這種作用是通過基本粒子（如光子或引力子等）或場(chǎng)的傳遞，速度為光速，所以用作用的傳遞物質(zhì)之一的光子在真空中的速度來度量時(shí)空是非常合理的。尺縮和時(shí)間膨脹以及廣義相對(duì)論的時(shí)空形變都是作用傳遞的物質(zhì)場(chǎng)或粒子（如光子或引力子等）與時(shí)空的作用的結(jié)果，也是一種效應(yīng)力。所以時(shí)空具有物質(zhì)性，是物質(zhì)的一種形式。也可以說時(shí)空是其他物質(zhì)的載體，而不僅是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的度量尺度（可稱之為一般等價(jià)尺度）。時(shí)空具有物質(zhì)性，也具有度量性，度量的時(shí)空依附于物質(zhì)的時(shí)空，是一切物理量度量的基礎(chǔ)。

結(jié)語：蘇聯(lián)物理學(xué)家福克講，“偉大的以及不僅是偉大的發(fā)現(xiàn)，都不是按照邏輯的法則得來，而是猜測(cè)得來，換句話說大都是憑著創(chuàng)造性直覺得來”。但這種猜測(cè)并不是憑空想象的，其具有與現(xiàn)有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和思維邏輯相符合，最終必須得到實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。雖然這種思維邏輯與客觀世界運(yùn)行邏輯并不一致，但形成的理論體系的邏輯性必須與客觀世界運(yùn)行邏輯相一致。本文想體現(xiàn)的是后一種邏輯性，即物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在運(yùn)行邏輯。

本文沒有涉及量子等方面的理論，所以不是很全面。提出一些猜想，僅供參考而己。