大学物理质点运动学大全11篇

大学物理质点运动学篇（1）

“质点运动”这一节的内容和初中的内容颇有联系，也有实质的区别。初中阶段研究的物理问题相对独立，而高中阶段则是一个较为紧密的知识系统；初中阶段只学习一些较为简单的知识，高中阶段则注重深层次的探讨研究。初中阶段注重定性分析，高中阶段则注重定量分析。为了让学生逐步适应这种从定性到定量的飞跃，我们在教学中需要适度调整。高一学生对物理的现状主要表现为：要么普遍不会解题，要么胡乱套用公式、瞎做一通。其中的一个主要原因就是学习的思维方式没有完全转变过来。笔者结合自己的教学经验，就“质点运动”的教学谈谈自己的观点。

一、“质点”的教学要领

1.从之前所学习的“力的图示”引入“质点”

说明我们用一个“点”来代替物体，是因为那个物体可以抽象为“质点”。再通过对一些贴近生活的现象具体讨论，很自然地概括出质点的定义：“用来代替物体的有质量的点叫做质点。即没有形状、大小的区分但具有质量的一个点，质点代表物体的全部

质量。”

2.为什么要用质点来代替物体进行探讨

质点是人们根据研究的需要而把所研究的实际问题简单化，进而引入的一种理想化模型，是科学方法选择的结果。把研究的实际问题简单化，这是一种科学抽象的方法。引入抽象化、理想化模型是中等物理学中常用的一种研究方法，是为了方便探讨实际问题的需要。用质点来代表物体，不仅是可行的而且是必要的。研究中对实际问题的简化，不是随心所欲想简化就可以简化的，而是必须从实际出发，被忽略的因素必须是对当前研究影响很小的次要因素，只能是与当前研究无重要关联的因素。用质点代表物体必须是在许可的范围之内进行。

3.探讨什么情况下可以用质点代替物体

研究中可以用质点代替物体的情形要根据具体的研究情况而定。只要满足下述条件之一就可以把物体看作质点。

（1）平动的物体可以看作质点

平动的物体，因为物体上任何一点的运动都是向同一个方向，以同样的速度运动。所以，任何一点都可以代替整个物体的运动。在这样的情形中，物体体积的大小、外观上的形状就无关紧要了，可以把整个物体当质点，可以用质点代替物体本身进行研究。

（2）所讨论的距离与物体的实际尺寸相比巨大时，物体体积上的大小、外观上的形状对于研究来说就是无关紧要的了

在此情形之下，完全可以忽略物体的大小和形状而不影响研究，可以把整个物体当作质点，用质点代替物体进行研究。

二、“运动”的教学要领

1.要考虑的是将“质点”和运动联系起来

根据哲学的观点，运动是物质的运动，没有无物质的运动，也没不运动的物质。运动和物质是分不开的。但是物质的形态万千决定了我们在研究中必须从万千的物质中抽象出什么东西，那就是“质点”。在运动中通常用质点来代替物体。

2.参考系

要描述某个物体的运动，就必须选择另外的一个物体作为参照标准，这个被选作为参照标准的物体就叫做参考系。某个物体一旦被选为参考系，研究者就假设它是静止不动的。在选定了参考系以后，要假定自己站在参考系中去考察物体的运动。如果选择不同的参考系来考察同一个物体的运动状况，观察的结果可能会有所不同，也就是说观察结果也可能相同。要比较某两个物体的运动状况时，必须选择同一个参照系，比较才有意义。在运动学中，参考系的选取可以是随意的，但在实际选择参考系时则应该以方便运动的简单描述为原则。在没有特别说明的时候，通常选择地面作为参考系。

3.坐标系

大学物理质点运动学篇（2）

0 引言

大学生学习《大学物理》这门公共基础课，在学习到其中"刚体的转动"时，将会遇到在中学学习中从未涉及过的概念、定律以及数学表示方法；内容抽象、公式多易混淆、计算难度大，学习起来会遇到很多难点。"授人以鱼不如授人以渔"，所以传授学生学习方法就显得更为重要。运用类比法学习刚体的运动，只要对照质点力学规律，触类旁通，加深理解，对本章节相关的、相似的、对称的、易混淆的概念和公式进行比较，使学生在类比中鉴别，在区别中避免混淆，在联系中掌握物理概念和物理本质。

1.运用类比法推导刚体的动能定理

质点和刚体的运动状态要发生改变，必须是受到外力或外力矩的作用。力对质点做了功，质点的动能要发生改变；力矩对刚体做了功，刚体的动能是否也要发生改变呢？

1.1 质点的动能定理的推导

设质点的质量为m，速度为v时，它的动能为。

根据牛顿第二定律：作用在质点上的力F可以表示为：F=ma=m

先考虑一个微小的过程，力F在dr位移上所做的元功为：

积分得

此即质点的动能定理--合外力对质点所做的功等于质点动能的增量。或功是质点动能变化的量度。

1.2 刚体定轴转动的动能定理的推导

类比质点动能定理的推导，我们也可以以刚体的定轴转动定律为依据进行推导。

设刚体在受到合外力矩M作用下，刚体绕定轴转动的角速度由ω1变为ω2，根据刚体

定轴转动的转动定律：，合外力矩对刚体所做的功为

即合外力矩对绕定轴转动的刚体所做的功等于刚体转动动能的增量--刚体转动动能定理。

从推导来看，质点动能定理和刚体绕定轴转动动能定理有很多"相似"之处：

（1）从动能概念上看它们很"相似"。质点的动能为，刚体定轴转动的动能为，只是m代表的是质点的惯性质量，而J代表的是刚体转动惯量，v代表的是线速度，而ω代表的是角速度；

（2）从形式上看， 和 也很"相似"；

（3）从推导过程上看，质点动能定理的推导是以牛顿第二定律和功的定义为依据进行推导的，而刚体定轴转动动能定理也是以刚体定轴转动定律和力矩做功的定义式进行推导的。它们也很"相似"；

（4）从结果上看也非常"相似"，F和M所做的功都等于动能的增量。

从整个推导看，反映质点运动规律和刚体作定轴转动规律的公式或定理具有明显的对称性（或相似性），所以在学习中只要弄清楚各物理量的物理意义及各物理量之间的内在联系，这些公式和规律也就很容易理解和掌握了。

2.刚体运动与质点运动的对应关系

在推导完刚体的所有运动学公式和定理之后，列表将其与质点运动相应的公式和定理进行类比分析，学生将不会再对刚体的运动规律感到陌生，运用起来也就自然得心应手了。

3.质点运动学与刚体运动学解题思路的相似类比

在研究刚体运动时，刚体运动与质点运动的研究方法也很"相似"。分析质点运动的基本思路：选定研究对象对研究对象进行受力分析画出受力图运用牛顿第二定律列方程求解；分析刚体运动的基本思路：选定研究对象对研究对象进行受力分析画出受力图运用刚体定轴转动定律列方程，结合运动学关系即可得出所求的结果。如下例所述：

两个滑轮的半径分别为R1和R2，质量分别为M1和M2。二者都可视为均匀圆柱体而且同轴固结在一起，可绕水平中心轴自由转动。今在两轮上各绕以细绳，绳端分别挂上质量为m1和m2的两个物体，求角加速度。

对质点m1、m2和可列出地位相当的动力学方程：

m1∶T1-m1g=m1a1 --牛顿运动定律

m2∶m2g -T2=m2a2--牛顿运动定律

对：

--刚体转动定律

角量线量关系：β=a1/R1=a2/R2

联立以上各式，可得

从解题过程看出：质点的运动只用到了牛顿第二定律，而却用的是转动定律，同时注意到线量与角量的关系，问题就迎刃而解了。

实际上，在物理学的许多知识内容中都存在着惊人的相似性，在教学中都可以充分地利用类比法加以讲授，比如在学习电磁学的电和磁的对应关系时，推导过程中仔细辨析其中的同异之处，便能使学生很好地掌握学习技巧，熟练把握所学的知识点并灵活加以应用。

参考文献

大学物理质点运动学篇（3）

刚体的定轴转动作为高职高专物理教学中的必修内容，因其原理在社会生产活动中应用广泛，受到了广大教师和学生的普遍重视。但因现阶段高职学生接受和理解能力的差异，导致该部分内容的学习似是而非，缺乏明晰而正确的认识，没有取得预期良好的效果。针对这种情况，笔者利用自己学习和教授普通物理数年的经验，尝试寻找一种类比的方法，力争在降低学习起点的同时，使同学们对普通物理中该部分的内容有一个较为清晰的认识。

牛顿三大运动定律贯穿着普通物理学产的始终，而同学们经过初中、高中数年物理知识的学习，对质点的运动公式了如指掌。刚体的定轴转动作为大学物理才开始学习的内容，如果突兀地对这一章节开始讲授，对于基础薄弱、接受能力较弱的同学而言，无异于是一场痛苦经历的开始。我们能否找到一种方法，让刚体定轴转动的学习不必另起炉灶，而是借助于同学们已有的知识储备，较为轻松地顺利地接受和学习这章内容。牛顿三大运动定律的适用对象是宏观低速运动的物体，我们可以把它理解为它不仅适用于宏观低速的质点运动，满足这两个条件的刚体的定轴转动同样也可以写出自己的牛顿运动定律或者类似公式，只不过因为是刚体的定轴转动，公式中的有些符号或量值会以另外的一种形式出现。也就是说，刚体定轴转动的公式也可以写成质点运动里一样简洁类似的样子。下面我们尝试着从质点运动学公式的角度去找寻定轴转动刚体各公式的对照。

对于一个质点而言，我们只需要知道这个物体的质量m，受力，初始位置矢量0和初始时刻速度0即可以描述出这个质点运动速度，即：

t=0+at 速度公式

a= 牛顿运动第二定律

也可以描述出物体的运动状态量，即：

t=0+0t+at2

既然刚体的定轴转动与质点运动均适用于牛顿三大定律，那么定轴转动也应该存在一个和上述式子形式相似的表达，只不过因为它是转动，每一个量可能会有所变化，就像披了层面纱，化了妆一样，重新出现在刚体定轴转动的牛顿运动三大定律的宏伟大厦下。

在刚体的定轴转动中，描述一个刚体的转动变化用角位移θ，角位移的变化率可用角速度ω=来表示，角速度的变化量可以用角加速度α=来表示。同时，对于定轴转动的刚全而言，它也存在着一个量使其正比于角加速度α，由刚体的定轴转动得知这个量为力矩Me=・d，d为作用力对转动轴的力臂。

仿照质点运动学a=，在转动里也应该存在一个类似质点动动中质量地位的物理量，这一点我们可以用转动物体的动能表达公式来寻找。刚体定轴转动物体的动能表达式Ek=∑mv2=Jω2，因转动物体的每一质量元它的线速度与角速度之间大小由=ωr来联系，所以每一个转动物体的动能都可以写成Jω2，即每一个转动物体的J=∑（mr2）都可以找出来，我们称之为转动惯量。我们发现刚体定轴转动中的动能Jω2与质点平动的动能mv2有类似之处，而刚体定轴转动中的转动惯量J也和质点平动动能中的质量m地位相当，即披了面纱的质量。

至此，我们找出了刚体定轴转动的几个基本物理量，力矩Me，转动惯量J，以及角位移θ，角速度ω，角加速度α。仿照质点运动学公式可以写出：

ωt=ω0+at角速度公式

α=刚体定轴转动的转动定律

θt=θ0+ωt+αt2

也可以写出：

L=Jω角动量表达式Met=L=J（ω2-ω1）

角冲量定理

Medθ=Ek2-Ek1=J（ω22-ω12）

动能定理

总结

不管是质点运动还是刚体的定轴转动，只要都满足宏观低速的条件，那么我们都可以写出它们自己的牛顿第二定理，以及由牛顿第二定理所推导出来的一系列公式。对于教学而言，只需要大家知道牛顿第二定理的形式，而代入转动物体有所变化的量值后，即可以写出牛顿第二定理在刚体定轴转动里的公式表达。同样基于相同的表达公式，我们也可以轻而易举地写出其它诸如角速度公式、角位移公式、角动量定理和动能定理在刚体定轴转动中的表达，相信学生对刚体的定轴转动也会有如质点运动里一样的深刻认识。

【参考文献】

[1]赵建彬主编.物理学.第一版.北京：机械工业出版社，2004

大学物理质点运动学篇（4）

【教学片断一】

1.演示：绳拉着小球做圆周运动。

2.观察：时钟指针尖端的运动。

师：上述物体的运动有何特点？

生：它们运动的轨迹是个圆。

师：在研究圆周运动时，我们的研究对象有时候就是物体本身，可以把它看成一个质点，例如小球。有的时候是把物体上某一部分看成一个质点，例如时针指针尖端。它们的共同特点是轨迹是个圆，运动具有重复性。

师：（在一系列的实验与推导过程之后，总结）在上述教学过程中，蕴含了建立质点理想化模型的科学方法。在研究圆周运动时，明确质点模型的意义有两方面：在物体形状、大小不起主要作用时，把物体看成一个质点，围绕某一圆心在做圆周运动，如地球公转；在物体形状、大小起主要作用时，把物体看成由许多质点所组成，各个质点围绕各自圆心做圆周运动，如地球自转。研究质点的圆周运动，是研究实际物体圆周运动的近似和基础。因此质点是集物理思想（建模思想）和方法（从简单问题着手，简化物体的运动）于一体的典范。

【教学片断二】

师：线速度的定义式v=■仅仅反映了物体做圆周运动的平均快慢，但是，如果要知道物体做圆周运动某一时刻的速度怎么办？

生：Δt取得很小很小， v=■就可以反映其某一时刻的速度。

师：当Δt取得很小很小时，圆弧AB几乎成了直线，弧AB与线段AB几乎没有差别，如图1所示，此时弧长Δs也就是物体由A到B的位移Δl。v实际上就是瞬时速度，可以用来描述圆周运动某一时刻的速度，A点线速度方向就是位移AB的方向，AB方向与半径垂直，与圆弧相切。

师：（学生探索验证后，总结）线速度是个矢量。在以上研究瞬时线速度的过程中，将Δt取得很小很小，弧AB无限接近于线段AB，此种无限逼近的思维方法称为“极限法”。

【教学片断三】

师：一个是在地球上随地球自转的物体A，另一个是工作着的风扇叶片上的某一质点B，那么，A和B谁运动得快呢？

生：从线速度的角度来看，A物体运动得快；从角速度的角度来看，B物体运动得快。

师：（在推导、验算之后，总结）虽然不同角度结论不同，但是线速度和角速度两者又存在一定的联系，即在角速度相同的条件下，线速度与转动半径成正比。这其实体现了一分为二看问题的哲学思想，即任何事物都包含着既对立又统一的两个方面，既要看到事物的这一面，又要看到事物的那一面，既要分析两方面之间的对立，又要分析两方面之间的统一。在历史发展的过程中，哲学对物理学的作用非常重要，早期的物理学就是在哲学的基础上派生、发展起来的，牛顿就曾撰写《自然哲学的数学原理》一书，这从很大程度上说明了物理学与哲学有密切的关系。

任何教学模式都要指向和完成一定的教学目标，在教学模式的建构中，教学目标处于核心地位，并对构成教学模式的其他因素起着制约作用。新课程的三维目标包括知识与能力、过程与方法、情感态度与价值观，三个方面既相互独立，又相互联系，融为一体。在感知物理现象、形成物理概念、建立物理规律、解决物理问题的过程中，可以体验、认识并逐步掌握科学的方法，物理知识的传授与方法的指导相互渗透，互为前提，“知法（知识与方法）并行”。因此，我们在教学的过程中，应深入挖掘各知识点所隐含的科学方法因素。

二、优化教学方式，导学并重

“学”，主要包括两个方面，一是教师事先备课，编制导学案，让导学案成为学生预习的指导“老师”，学有内容，学有方法，学有指导；二是学生课前的预习，通过学生“先学”来发现并解决“问题”。“导”，主要包括教师的指导、学生的自导和互导。教师可以转变方式，换位思考，从学生的角度看问题，故意将思维“学生化”，帮助学生学会发现问题、分析问题和解决问题，养成自主学习的好习惯。

以圆周运动这一课为例。物理概念是课堂教学的基本内容，传统的概念教学将获得知识结论作为主要任务，忽视了学生在知识形成过程中的重要作用，使学生的学习过程更多的成为机械记忆的过程。而在新课程的背景下，教师可以通过导学案的编制，课前布置学生一定的学习任务，在自主的探索中实现知识与技能、过程与方法、情感态度价值观三维一体的教学目标。

【教学片断四】

任务一：观察生活中的各种圆周运动，例如时钟指针尖端质点的运动，思考：

1.什么是圆周运动？

2.圆周运动具有哪些特点？

任务二：制作绳拉小球模型，转动小球使其做圆周运动，并改变其转动快慢。（小球模型教师课前提供）

1.做圆周运动的物体其运动快慢如何来描述？

2.你一共能找到几种方法来描述圆周运动的快慢？

3.如果你能找到几个物理量来描述圆周运动，那么这几个物理量之间有什么联系？

这是圆周运动导学案“课前准备”的节选部分。在课前，学生按导学案要求自主完成学习任务，包括自主进行概括总结，找出自己解决不了的问题；或者提出新思路、新方法、新观点，在课堂上展示其探究成果，其他的同学可以提问，参与讨论。最后教师概括总结。在这一过程中，学生自己能解决的问题教师不包办代替，在他们真正需要帮助的时候才点拨引导，教师更多地成为学生的助手与伙伴，课堂“活”起来了，学生“动”起来了，学生真正成了学习的主人。

三、创设物理情境，思维同步

学生的任何一次思维活动都是在一定的情境中完成的，作为思维环境的情境会影响着人的思维活动的结果。在物理教学中，我们应该重视学生思维环境的创设，提供一定的与教学内容相一致的感性材料，通过情境的创设，从而使学生的思维由形象到抽象，实现思维的同步。

【教学片断五】

速度大小一定的电动玩具车绕不同的半径做匀速圆周运动（投影到屏幕），围绕半径较小的圆周运动时感觉比较快，由此引出用角速度来描述圆周运动的快慢，引导学生思考图2和图3中AB之间、BC之间线速度和角速度的大小关系。

上述问题应该是本节内容重要的知识应用，也是难点之一。学生往往会机械地记忆某些结论，而不知其所以然。教师在帮助学生解决此问题时，利用了图4、图5所示的地球仪和自行车模型来创设生活的情境，以4人为一组展开分析和讨论。

大学物理质点运动学篇（5）

根据最近发展区理论，在学习过程中新知识的输入、同化和操作取决于原有的认知结构，因而原有的认知结构对新知识的学习具有制约作用.一般而言，当新、旧知识之间跨度较小，相互容纳时，学习就能顺利进行.反之，当新知识和学生的原认知结构脱节时就必然形成学习的难点.这就需要教师结合学生的实际利用变式教学在学生学习过程中起到一个过渡和支架的作用.以下是笔者在物理教学中运用“变式教学”的做法和体会.

1通过“变式”帮助学生建立物理概念

物理概念是物理基础知识中最基本也是最重要的内容，是构成物理规律、形成物理理论的基本单元，每一个物理概念都有相应的物理意义，有它的内涵与外延，在实际教学中，可以通过变式教学从不同角度、不同层次帮助学生建立完整的物理概念.比如功的概念的学习：

①如何判断力是否做功可以通过几个简单的变式来完成教学

A.某同学提一质量为1 kg的物体上楼

B.该同学提一质量为1 kg的物体在水平楼道上匀速前进

C.该同学提一质量为1 kg的物体下楼

试判断以上三种情况中，拉力是否做功

②如何正确计算恒力做功，通常利用功的定义式W=FLcosα进行计算.可以通过以下（图1）三种情况来判断位移

[TP9GW03.TIF，BP#]

2通过“变式”帮助学生理解物理规律

物理规律是在物理概念的基础上，建立起来的物质运动和相互作用的规律，是物理教学的主要任务.每一条规律都有其相应的归纳论证过程，都有相应的使用特点，需要学生在理解的基础上，在各种情景中选用合适的物理规律来分析讨论物理问题，通过变式教学就可以高效的达成这一目标.比如平抛运动规律的教学：

情景小球从距地面高为h=20 m处水平抛出，初速度大小为v0=5 m/s，空气阻力不计，重力加速度为g=10 m/s2，求小球经多长时间落地？落地点距抛出点的水平距离为多少？

变式一斜面上的平抛运动

[TP9GW02.TIF，BP#]

变式二类平抛

A.有一个很深的竖直井，井的横截面为一个圆，半径为R，且井壁光滑，有一个小球从井口的一侧以速度v0抛出与井壁发生碰撞，撞后以原速率反弹，求小球与井壁发生第n次碰撞处的深度.

B.有一个很深的竖直井，井的横截面为一个圆，半径为R，且井壁光滑，有一个质量为m小球从井口的A点沿井口圆周切线方向以速度v0水平射入井内，并贴着井壁运动，若要从A点正下方h处的B点飞出，求小球在A处的速度应满足什么条件？在运动的过程中，球对井壁的压力为多少？

通过各种情景的分析与讨论，让学生体会并掌握处理平抛运动的规律，抓住规律中不变的本质.

3通过“变式”帮助学生掌握物理方法

解决物理问题的一条常规思路就是将未知的问题转化成已知的相近问题，将复杂的大问题分解成若个简单的子问题，但往往由于未知（复杂）问题与已知（简单）问题之间没有明显的联系，可以通过一些变式在两者之间巧设的台阶，以使学生顺利地解决问题，从中体会到解决物理问题的方法.比如多过程问题的分析：

情景一平直的传输带以v0=5 m/s的速度匀速运动，A、B相距L=2.5 m.从A处把工件无初速度地放到传输带上，物体与传输带的动摩擦因数为0.5，求物体从A到B的时间为多少？

分析物体可能存在两种运动情况，一是一直匀加速运动，二是先加速后匀速直线运动.解决问题的关键在于物块受力情况（摩擦力）的分析，运动情况（速度相同）的分析，为达到学生能掌握分析物体运动情况的方法，可设置如下变式：

变式一传输带仍然水平，对A、B间的距离或物块与传输带的动摩擦因数的不同设定，物体运动情况有不同的可能性.

变式二传输带仍然水平，对物块初速度的大小与方向给出不同的设定，物块运动情况会有所不同.

变式三把传输带改成倾斜，再重新考虑各种情况.

变式四在水平传输带末端加上圆周运动轨道或者让物块冲出传输带做平抛运动等.

总之，可以在最简单的水平传输带问题基础上不断的变换情景加大问题的复杂性、未知性，通过此类问题的分析与讨论，帮助学生抓住分析方法的本质.

4通过“变式”培养学生物理思维能力

物理思维，就是物理学中的科学思维，是具有意识的人脑对客观物理事物的本质属性、内部规律性及物理事物间的联系和相互关系的间接的、概括的和能动的反映.具体到物理学习中就是运用物理方法分析解决物理问题的过程.分析物理问题的方法很多：类比法、整体法、假设法、等效法、逆向法等等，方法多，就会面临选何种方法来分析，往往会造成学生在思维上的障碍，可以通过一系列的变式，让学生体会物理分析方法的使用特点，帮助学生养成科学的思维习惯.比如等效思维的培养：

情景A如图3甲，竖直平面的光滑圆轨道半径为0.4 m，轨道内质量为0.1 kg的小球，沿轨道运动，为保证小球在运动过程中不脱离轨道，小球在轨道最低点的速度为多少？

分析小球不脱离轨道的运动情况有两种，一是通过最高点完成完整的圆周运动，这种情况关键的点在于能不能通过重力场中的最高点，二是在下半个圆中做往复运动.可为此情景设置如下变式：

变式一如图3乙，改成带电的金属球在竖直平面内的光滑绝缘圆轨道内运动，在空间里加上水平匀强电场，从题干分析可知道小球在运动过程中始终受到电场力和重力两个恒力，可以把这两个力等效成一个力，类似于原来重力，只不过不在竖直方向了，可以用等效重力场解决这个问题.

[TP9GW04.TIF，BP#]

大学物理质点运动学篇（6）

中图分类号o4-09 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）40-0107-03中国

0 引言

引用 “物理形状”这一全新的概念及其由此产生的一群新的概念系统，并对它的深入研究，以期科学的和谐（吻合）的解决牛顿、爱因斯坦、普朗克等三大科学巨人理论之间的根本不和谐之处和遗留下的悖论（矛盾性）问题，大胆的假设并探索其解决方法。详细说明了确立并运用“物理形状”概念，进一步强化、深化对“形状论”研究的必要性和紧迫性。前瞻性预言并形象的描述了“物理形状论”的基本概念，理念和主要思想、研究框架和研究方法，以及“物理形状论”将要带来的科学的美好前景和巨大进展（成就）。对人类科学研究的基本理论、认知方式等前沿领域存在的种种“疾病”开出有效的“处方”，为新一轮物理学革命的发出凯旋的信号，敲响了闹钟。从不同侧面论述和描绘 “物理形状论”是能够彻底解决理论物理和宇宙学中的一切“矛盾”和“疾病”的根治方法。本文认为爱因斯坦和霍金等科学家一生寻找并未找到的“终极理论”的首选的后选之一。因此，呼唤必需尽快组织力量投入实质性的研究。“形状论”作为科学前沿领域的一种全新的认知方法和科学思想，有望从此研究中能够涌现出原创性，具有国际水平的世界级学术成果，将对物理界带来一些巨大变化并将会引发新一轮物理学革命。

1 问题的提出

牛顿发现宇宙引力后，随着运动定律的确立和完善，物理学逐步跟哲学和神学分家。物理学最终脱离纯粹的描述，进入了定量化分析和实验阶段，便成为了首届物理学革命起点的历史性标志。

爱因斯坦发表广义相对论之前，人们普遍认为物理学大夏基本竣工，今后的主要工作就是整理和组装而已。随着人们对微观世界认识的逐渐提高及深化对黑体辐射的有关研究，发现微粒子运动并不完全服从牛顿力学中行星（星体）活动和宏观物体活动的运动规律。牛顿力学在惯性参考系统中是合理的，但在非惯性参考系统中就无法得到支持。爱因斯坦通过广义相对论使牛顿力学进一步推广并发展到适合于非惯性参考系统。他运用洛伦兹坐标变换法，从牛顿力学中推出广义相对论，提出时间、质量及运动物体的长度不是绝对而是相对学说。广义相对论的伟大贡献在于他提出质能方程式e=mc2，促进人类利用核能的进程，竖起了研究微观粒子的基础。爱因斯坦的这一伟大贡献导致人们对物理学是否达到终极（顶点）的单纯崇拜和热潮。广义相对论的成功便成为了第二次物理学革命的标志。虽然爱因斯坦刷新了牛顿绝对时空概念并缔造量子力学的基础，但对量子力学未来持半信半疑的态度，反对量子力学的或然性统计法，受“上帝不会掷骰子”信念的影响一票否决。普朗克在相对论的基础上发展量子力学，开创了人类认识和研究微观世界的新时代，成了第三次物理学革命的代表人物。现代物理学已基本掌握了从宏观世界到微观世界所有物理现象和事件及其规律，但从牛顿一直到普朗克所建立的物理学基础理论中仍存在的缺陷，在注释或难以解决的事件以及在基础概念中的不确定性和有些矛盾性问题日益暴露。我们从上述事实中可看出，进一步深化物理学研究是当前存在的矛盾（悖论）和悖论问题的基础上兴起新一轮物理学革命的紧迫性、必要性。这一迫在眉睫事实，激烈期待着理论上有所突破和原始创新的诞生。

总而言之，《物理形状论》是能够彻底解决理论物理和宇宙学中的一切《悖论》和《疾病》的有效《处方》，爱因斯坦和霍金等科学家一生寻找并未找到的“终极理论”的首选的后选之一。因此须要及时组织力量投入实质性的研究，有望在此研究中能够涌现出原创性 ，具有国际水平的世界级学术成果，并将会对物理界带来一些革命性的变化。

物理形状论的核心思想和主要主张是：牛顿空间是存在，即绝对静止的空间的确存在；客观时间不存在，时间只是描述速度的主观工具；宇宙是由物质和空间等二元组成的；宇宙总的质能体积是常数。

2 物理学存在的悖论（矛盾）和新物理学的“敲门”

在经典物理学中，牛顿认为空间是绝对的。因此，牛顿力学对于非惯性参考系统不充当。爱因斯坦的相对论又认为时间、质量及运动物体长度不是绝对而相对的。量子不定性原理正是包含了这些刺手（扎手）问题。那上述都是准确无误的理论吗？霍金在自己的书里写道“广义相对论不是完整的学说，此理论和量子论不一定都正确” [1-2]。爱因斯坦本人曾经也提出“广义相对论不能认为一个完整的理论” [3]。人类科学历史告诉我们，任何时代的科学家不可能一下子推出完整的理论，为诞生比较完整的理论需要走弯弯曲曲、艰巨繁重、逐步完善的过程才能得成。那么有必要对上述理论进行深入研究，便会更清楚的体会。

牛顿力学中的以太，空间（空隙）等概念是空间的两种名称，其判定空间的绝对静止（以太的静止）。这是牛顿力学理念中符合逻辑的一个观点。迈克尔孙-莫雷实验的结果被认为证实了以太的不存在。实际上此实验证明的不是以太不存在，而只是证明了以太（空间）的绝对静止的性质。

牛顿的运动定律对于惯性系统有效的。加入惯性力后牛顿力学同样可运用于非惯性系统。广义相对论是牛顿力学引用于非惯性系统的成果。“如光速趋向无穷大，那相对论变为经典物理学。如普朗克常数趋向零，那量子力学变成经典力学。显然，它们俩并没有反放弃经典物理学，只是认为最终界定。现代相对论的量子场理论对于怎样的理论作最终界定呢？这还是一个未知数”[4]。牛顿力学的空间理念与广义相对论空间之间存在一定的差距。牛顿提出的空间（以太）是绝对静止的空间，而相对论所提的时空空间、场论等都是物质和空间的混合体，它只是个物质环境。爱因斯坦认为物质和空间没有严格区分对待。牛顿时间是个绝对时间（时光），时间的绝对化不符合实际。爱因斯坦在狭义相对论中否认以太的存在，但在广义相对论中引入绝对化的时空坐标空间（在这里静止空间被时空空间所代替），实际上这等于把以太为主的静止背景引入到广义相对论中。“绝对静止的牛顿空间的重现，牵涉到爱因斯坦和他相对论的权威。”[5]上述所提到的一系列论证和卡生木·斯迪克的“白纸模型图1：形状和背景”被认为符合逻辑的情况下，我们不得不说牛顿空间不复存在。显而易见，牛顿空间的绝对化和爱因斯坦的时间、空间一并认为时空的绝对化都产生了理论上缺陷。

转贴于中国

相对论中最为荒谬之处，就是运动曲率取决于时空弯曲的说法。时间是主观范畴，空间是具有无形性、无限性和持续性的客观真实性。将把无形的客观空间说成是弯曲的纯属是个谬误的愚蠢话题。时间是主观范畴，它不是客观物理量。物理过程始终不渴望时间，但，它（时间）是描述速度的必备工具，同时也是具有哲学意义认知方式方法问题。然而，宇宙中不存在时间，它是周期性运动所引起的错觉而已。爱因斯坦认为物质运动的弯曲由三维时空的曲率所造成的。物质运动的弯曲和空间弯曲都是同等价值概念。如果说物质弯曲那这弯曲取正数值，说空间弯曲那这弯曲取负数值。然而，这两个概念互换引用看起来不存在问题，但时空空间弯曲的说法不合理。因为它们俩都不具备形状中国

运动的本质总是具有曲率的，所谓的直线运动是不存在。只有“运动弯曲”才能得到“周期性宇宙模型”；可以生成物体，系统和生命；守恒定理同样有效。直线运动只是弯曲运动的近似化（概算微型化）的一部分而已。运动的曲率不是空间的曲率造成的，而是物体在空间中沿着三维曲线运动，各方向运动量的合计就等同于物体运动的总量。物体与外界没有进行能量交换的情况下，物体任意方向速度的增减都引起其他方向速度的增减。比如：自转运动时的物体在轨道式运动时，如减小角速度，将增加线性运动速度。线性加速度等于某一个外力值，这叫做偏向力。偏向力是导致物体运动弯曲的原因。这种观点符合能量转换守恒规律。物体与外界没有进行能量变换的情况下，无论各方向运动发生怎样的变化机械能量大小及物体总运动量不变。 量子力学以相对论作为自己基本理论依据，把概率统计作为重要研究方法取得了一定的发展。但目前量子力学遇到了一系列矛盾性问题。这些问题包括无法同一时间判别粒子的位置和速度、物质无穷分裂观点等等。我们要清楚，物理理论和研究方向方面的问题都会产生一系列难题。假如，就按照图三所表示，如果假设《运动是直》的将无法得到宇宙的周期性；无法生成物质、系统和生命；守恒定律同样有效。

量子力学中物质无穷分裂理念还未通过更严格的逻辑性核查。在这里，我们在修正基本理论缺陷的基础上诞生的物理形状论来分析上述矛盾性问题及其处理。

3物理学中的矛盾及探索有效解决的新方法

根据经典哲学家的定义：“物质是标志客观实在的哲学范畴，这种客观实在是人通过感觉感知的，它不依赖于我们的感知而存在，为我们的感觉所腹泻、摄影、反映。”[6]也就是说，物质只因为具有一定的形状，我们才能发现它。物质的形状叫做“物理性状”。那么，什么叫“物理形状”呢？“物理形状”是指具有一定光学和几何的形态（形状、形情）。物理形状论是把物理实在（事实）以“形状”方面的实在探索作为研究方式的全新物理理论。物理形状论基本概念有：物理形状、背景、白纸模型、“虚无与牛顿空间”、绝对体积、最基本粒子、覆盖、运动、运动的形式、运动的曲率和周期性、牛顿点、空间的客观性质和基本空间、绝对速度、时间的主观性和基本时间、系统构造、连续性及断续性、基本单位等。物理形状论具体研究方式是坚持守恒定律对于宇宙任何时刻都有效及其永恒定律的立场、坚持物理真实性的客观性，避免主观方式与客观真实性相混合、滥用，从粒子到整个宇宙的具体事实描述为服从共同规律，放弃与此描述有冲突的假设，相吻合的假设坚决延续到底，从而生成所有自然科学的交叉整合方法研究方式。

物理形状论的基本观点和根本理念：运动本质是弯曲的，无法想象脱离了形状的物质世界；所有宇宙具有周期性；守恒定律对宇宙的任何时刻都有效、合理；时间是主观的；宇宙里的所有质能量具有绝对体积。一旦这些理念被公认并与理论物理学、实验物 理学和宇宙学相结合，就能够合理解决经典物理学理论中存在的缺陷及其所引起的一系列矛盾性（悖论）、不定性问题，从而可开创新一轮的物理革命。

物理形状论认为空间（空隙、空态）是无形性、无限性和持续性的客观真实存在（实在）。它是绝对静止的，没有物质的环境。空间是物质运动持续的必备条件。用此观点看，没有必要说空间是以太，时间是时空空隙的说法。如果把电场、磁场、引力场认为物质与空间的混合体，那电磁波在电磁场中传播的说法其实等于粒子在空间的传播或任何效应在空间里通过物质（粒子）运动来传送。空间是物质运动持续的必备条件。没有空间的情况下，所有物质将紧贴在一起并会自动的相互渗透一个整体物体，无法独立、单个的存在，更无法提起任何形式的运动和宇宙膨胀。

光速不变原理是否正确？爱因斯坦把光速不变原理在广义相对论中作为重要概念提出。从相对论的近期发展中可看出，存在比光速更快的速度，即：存在人类还没有发现或意识到的一种超光速度，这就是绝对速度。

引用物理形状论可以解决海森伯格不确定性问题。物理形状论认为空间的最小单位是牛顿点。物理形状论引入时间足够小的单位（kkms）标准后，粒子速度就变成较容易发现的低速度，从而我们可能发现粒子在一个kkms（千千秒）时间内经过一定牛顿点的过程。这样就可能在同一时刻测定出粒子的位置和速度。

转贴于中国

爱因斯坦认为能量是连续的；量子力学认为能量具有量子性质。此矛盾可引用物理形状论白纸模型二（图4）来能够得到合理的解释。图中，满足圆圈a和圆圈an（a是量子，an是n个量子）的生存必须存在平面b（空间、空隙）。如果作为客观实在（事实）的平面b不存在，任何形式的量子和单个体就不可能存在。这样，所有质能量集聚于作为绝对连续物质环境的极小一个点上，不能生成系统和物体[5]。在这里平面b是绝对静止的牛顿空间，平面b上存在能量和物质是不合理的。中国

上述论点是引用物理形状论来合理解释经典物理学一些矛盾的几个典型实例。由此，大家可以初步感受到物理形状论的重要意义。由于时间及版面的有限性，深入思考的机会留给了广大读者和研究人员。

图4白纸模型二：空间和量子

4新一轮物理学革命和物理形状论的几个创新亮点[7]

物理形状论以全新的方式方法，为所有的自然科学及哲学提供一个非同寻常的认知方式和认知论，同时在如下12项目中做到原始性自主创新。这些都属于目前人类需要解决的物理界、宇宙界和哲学界亟待解决的重大学术问题，其中任意一项问题的解决均能算为给人类科学事业做出的重大贡献：

1）物理形状论引入背景、虚无概念，回答了从牛顿一直到爱因斯坦等科学家都未能回答的、直到目前未解决的宇宙是否无限这个问题。通过“白纸模型：图1、2、3”来有效的解释。同时，反驳和推翻“宇宙从奇点（零点）开始，最终消失的观念。在奇点上所有物理学规律失去意义”的错误宇宙观点，并提出“奇点是前一次周期的终点，同时也是新一轮周期的始点，守恒定律在奇点同样有效”的全新宇宙概念；

2）通过坚实的逻辑推理和证实，推论出物质不会无限分裂而且存在最小单位的正真含义上的最基本粒子的观点。为了纪念科学巨人爱因斯坦及其他对人类科学事业的伟大贡献，给基本粒子命名为“爱因（ein）”，并初步计算出“爱因”的标准、静止质量、运动量以及支撑表格形式，描述出基本粒子的性质等。“物理形状论”认为自然界的基本单元不仅仅是电子、光子、中微子和夸克之类的粒子；弦也是由真正意义上的基本粒子组成的。将此很小很小的最基本粒子命名为“爱因（ein）”。前瞻性的预言并认为“物理形状论”是目前最有希望将牛顿、爱因斯坦和普朗等三大科学巨头的理论统一起来，并能够有效衔接到同一科学轨道上，比较全面的而系统和谐的描述宇宙万物的统一的“终极理论”即：“m理论”后选理论之一；

3）解决了爱因斯坦时空观点及光速不变原理造成的难题和相悖论（此问题的哲学、逻辑方面已得到解决，现正处于数学计算和量化分析阶段）。站在时间是主观范畴的立场，完成了宇宙的一天、宇宙表等必备时间对照表。在此基础上创立了时间最小的单位千千秒（kkms），为人类科学研究提供了必要而充足的时间标准；

4）提出了能够解决海森伯格不确定性原理所导致的难题与经典物理学之间矛盾的哲学逻辑基础。2500年以来没有得到解决的芝诺悖论也有了相应答案（此问题哲学、逻辑方面已得到解决）；

5）证实了比光速30×105km/s（30万km/s）更快的超光速度的存在；

6）爱因斯坦是依靠时空弯曲来解释物质运动的弯曲，而物理形状论是靠偏向现象来解释物质运动的弯曲，即偏向现象是引起物质（正真意义上的最基本粒子及系统）运动弯曲的主要原因。物理形状论第25-28等四个定理中提出“不是空间弯曲，而是运动弯曲。空间的几何形状由运动的形状来决定”等全新观点并已得到哲学、逻辑学方面的证实；

7）提供对称性、对称性的畸变和关于物质构造隐晦曲折问题解决的可能性。提出关于物质、宇宙构造的新观点和学说；

8）量子特征在物理形状论中有着广泛意义，即被认为从宏观宇宙的构造到微粒子、正真含义的基本粒子都具有量子（间断性、层状）特征；

9）提出光的本质是粒子，波动性是其（光的）运动形式而已的新思想，坚决反驳光是具有波动性又是粒子为特征的相互悖论性观点，并提出“永别波动邪说”的观点；

10）指出“力”和“场”概念的有效范围，给力同一论提供宝贵的科学线索。依照上述理论基础上，科学的吻合的衔接牛顿、普朗克、爱因斯坦理论之间的抵触和不和谐的悖论之外，奠基建立了统一的物理学新大夏的哲学、逻辑理论坚实基础。牛顿、爱因斯坦引力理念和实际“力”、“场”理念未能解决的关于宏、微观世界的问题可通过物理形状论的第29、第41定理（科学假设）来有望更加合理的加以解决（哲学、逻辑、数学方面已得到解决，现需要实验来证明）；

11）推出运动主观形状（粒子、物体）和运动方式的独立概念，特别强调避免此两种概念颠倒。提出未确定运动形状的情况下不能正确表达实际速度的观点。这正是找出实际速度的新方式；

12）确立绝对体积、覆盖和可见体积观点，提供找出最高（临界）速度实际值的新方法。证实了光速不变原理的弱点，从而开创了这原理产生的种种悖论问题解决的新思路。

转贴于中国

5 开展“物理形状论”研究的必要性和紧迫性

1）及时开展物理形状论研究是积极相应中央国务院“科教兴国，建设人才强国，坚持自主创新、建设创新型国家”的战略号召的重要，取得一批世界先进水平的科学成就，不禁能够提高我国在国际社会上的综合实力、影响力和国际科学权威，而且有可能使中国变成21世纪世界的科学中心；

2）物理形状论中有几个世界性的主题。如果国家立项，建立实验室，组织科研队伍，加大研究力度，获得诺贝尔奖的百年梦想有望将在不遥远的未来诞生在中华大地。然而，物理形状论早在十几年前提出的研究成过，目前美国等几个国家的一些科学家最在作为新的发现或学术成果的名义向世人布近公布，得到理论上的支持并具有相当的吻合性。就此，将物理形状论研究的紧迫性、重要性可想而知了。如果目前的冷漠不认得情况再继续下去，很可能错过难得的机会；中国

3）进入生物学形状论，给基因研究、医学提供新的理论工具，在争竞激烈的科学前沿领域把握机遇、抢占竞争优势，掌握主动权，占据制高点；

4）进入化学形状论，给化学提供新的一个研究框架和认知方法，进一步加快该领域的跨越式大发展。尤其在新材料技术，绿色化学领域可取得突破性的进展或属于原创性的重大科学成果；

5）哲学和形状论的成功结合，使哲学系统获得全新的活力，从而新的哲学问题和实际问题能够给予合理的解释和得到有效解决。中国

参考文献

[1]喀什教育学院学报[j]（自然科学、维吾尔语文版），2009(6).

[2]霍金.“时间简史”第1本.[m].新疆卫生出版社.维吾尔语版本，2005：19-21.

[3]爱因斯坦文集[m].商务出版社，1977：534.

[4][苏联]雷德尼克(в.и.рыдник)著“场”[m].维吾尔语版本，1986，12：307.

[5]卡生木·斯迪克.“关于理论物理学和数学中几点问题的看法”.喀什教育学院学报[j]（自然科学、维吾尔文版），2010(5)：31、33.

大学物理质点运动学篇（7）

物理学是一门研究物质最普遍、最基本的运动形式的自然科学。所有的自然现象都不是孤立的,这种事物之间复杂的相互联系,反映了必然联系的规律性,同时又存在着许多偶然性,使我们的研究具有复杂性。钱学森先生曾指出:“模型就是通过我们对问题的分解,利用我们考究得来的机理,吸收一切主要因素,略去一切不主要的因素所创造的出来的一幅图画……”它是构思在我们头脑中的形象图画的,它能具体、形象、生动、深刻地反映事物的本质和主流。例如,在研究物体的机械运动时,实际上的运动往往非常复杂,不可能有单纯的直线运动、匀速运动、圆周运动。为了使研究变为可能和简化,我们常采取忽略某些次要因素,把问题理想化的方法,如引入匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动和简谐运动等理想化的运动。这就是先建立物理模型,然后在一定条件下,用于处理某些实际问题。

一、正确认知物理模型

模型是按照实物制作的简化的样品,模型不是实物,但是模型必须在一定程度上反映实物。最常见的模型是在几何比例上与实物一致。

物理模型是心理构造物,是曾经作用于人的事物在头脑中留下的形象,它的建立是由感知到思维过渡的必要环节。这种模型不是个别事物的形象,而是反映事物一般物理关系本质的简化的一般表象。它是以视觉为主,不仅是立体的而且是变化的,也就是说是四维的,在心理活动中可以作,可以在想象中对它们进行观察、测量和实验。

二、物理模型在中学物理教学中的作用

正确建立和使用物理模型是理解和接受中学物理知识的一项必备能力。例如,我们在运动学中建立了“质点”模型,只有你对这一模型有了充分的认识和足够的理解,才能为以后学习质点的运动、万有引力定律、物体的平动和转动,以及电学中的“点电荷”模型,光学中的“点光源”模型等奠定良好的基础,学习这些新知识时容易理解和接受。

正确建立和使用物理模型有利于将复杂问题简单化、明了化,使抽象的物理问题更直观、具体、形象、鲜明,突出事物间的主要矛盾。

正确建立和使用物理模型对思维发展、解题能力的提高起着重要的作用。这样可以把复杂隐含的问题化繁为简、化难为易,起到事半功倍的效果。

三、中学物理中常见的物理模型

物理模型是物理思想的产物,是科学地进行物理思维并从事物理研究的一种方法。中学物理中常见的物理模型可归纳如下。

1.物理对象模型化。物理中的某些客观实体,如质点,舍去物体的形状、大小、转动等性能,突出它所处的位置和质量的特性,用一有质量的点来描绘,这是对实际物体的简化。如果物体本身的大小在所研究的问题中可以忽略,也能当作质点来处理。类似质点的客观实体还有刚体、点电荷、薄透镜、弹簧振子、单摆、理想气体、理想电流表、理想电压表等。

2.物体所处的条件模型化。当研究带电粒子在电场中运动时,因粒子所受的重力远小于电场力,可以舍去重力的作用,使问题得到简化。力学中的光滑面,热学中的绝热容器,电学中的匀强电场、匀强磁场,等等,都是把物体所处的条件理想化了。

3.物理状态和物理过程的模型化。例如,力学中的自由落体运动、匀速直线运动、简谐运动、弹性碰撞,电学中的稳恒电流、等幅振荡,热学中的等温变化、等容变化、等压变化等都是物理过程和物理状态的模型化。

4.理想化实验。在实验的基础上,教师应抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,根据逻辑推理法则,对过程进一步分析、推理,找出其规律。例如,伽利略的理想实验为牛顿第一定律的产生奠定了基础。

5.物理中的数学模型。客观世界的一切规律原则上都可以在数学中找到它们的表现形式。在建造物理模型的同时,我们也在不断地建造表现物理状态,以及物理过程规律的数学模型。当然,由于物理模型是客观实体的一种近似,以物理模型为描述对象的数学模型,也只能是客观实体的近似的定量描述。例如,在研究外力一定时加速度和质量的关系实验中,一般认为小车受到的拉力等于砂和砂桶的重力,其实,小车受到的拉力不正好等于砂和砂桶的总重力。只有砂和砂桶的总质量远小于小车和砝码的总质量时,才可近似地取砂和砂桶的总重力为小车所受的拉力,这是我们采取简化计算的一种数学模型。单摆作简谐运动时,为什么要求摆角小于10度?这是因为只有在这种情形下,单摆的回复力才近似与位移成正比,才满足简谐运动的条件。

四、正确构建物理模型

正确构建物理模型是学习和解决物理问题的前提和关键,也是将所谓的“难题”转化为常规问题的重要途径。正确构建物理模型的途径较多,有通过摄取信息构建物理模型,紧扣关键词句构建物理模型,探究物理实质构建物理模型,探究问题的本质特征构建物理模型,探究隐含条件构建物理模型,通过类比等效的思维方法构建物理模型,等等。基本方法如下。

1.通过审题,摄取题目信息。如:物理现象、物理事实、物理情景、物理状态、物理过程等。2.弄清题给信息的诸因素中什么是主要因素。3.寻找与已有信息(某种知识、方法、模型)的相似、相近或联系,通过类比联想或抽象概括,或逻辑推理,或原型启发,建立起新的物理模型,将新情景问题“难题”转化为常规命题。

五、物理模型在中学物理学习过程中的运用途径

1.建立模型概念,理解概念实质。概念是客观事物的本质在人脑中的反映,客观事物的本质属性是抽象的、理性的。要想使客观事物在人脑中有深刻的反映,必须将它与人脑中已有的事物联系起来,使之形象化、具体化。物理模型大都是以理想化模型为对象建立起来的。建立概念模型实际上是撇开与当前考察无关的因素,以及对当前考察影响很小的次要因素,抓住主要因素,认清事物的本质,利用理想化的概念模型解决实际问题,如质点、刚体、理想气体、点电荷等。学生在理解这些概念时,很难把握其实质,而建立概念模型则是一种有效的思维方式。

2.认清条件模型,突出主要矛盾。条件模型就是将已知的物理条件模型化,舍去条件中的次要因素,抓住条件中的主要因素,为问题的讨论和求解起到搭桥铺路、化难为易的作用。例如,我们在研究两个物体碰撞时,因作用时间很短,忽略摩擦等阻力,认为系统的总动量保持不变。条件模型的建立,能使我们研究的问题得到很大的简化。

3.结合模型构造情境模型,建立物理图境。情境模型就是将物理过程模型化,将一些复杂的物理过程经过分解、简化,抽象为简单的、易于理解的物理过程。例如,为了研究平抛物体的运动规律,我们先将问题简化为下列两个过程:第一,质点在水平方向不受外力,做匀速直线运动;第二,质点在竖直方向仅受重力作用,做自由落体运动。可见,情境模型的建立,不但可以使问题得到简化,而且可以加深对有关概念、规律的理解,有利于培养个体思维的灵活性。

4.转换物理模型,深入理解模型。通过对理想化模型的研究,我们可以完全避开各种因素的干扰,在思维中直接与研究对象的本质接触,能既快又准确地了解事物的性质和规律。例如,建立起“单摆”这一理想化模型后,理解了单摆的周期公式,可以解决类似于单摆的一系列问题,在竖直的光滑圆弧轨道内作小幅度滚动的小球的周期问题;在竖直的加速系统内摆动的小球的周期问题,在光滑斜面上摆动的小球的周期问题。

5.物理模型向数学模型的转化。建立物理模型后,分析与主要因素有关的基本物理量中,哪些是常量,哪些是变量;哪些是矢量,哪些是标量;哪些是过程量,哪些是状态量;哪些是已知量,哪些是待求量。再根据物理规律找出各物理量之间的关系式,抽象出研究对象的数学模型。

六、使用模型应注意的问题

1.模型是在一定条件下适用的。建立物理模型,可使问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差。在现实世界中,有许多事物与这种“理想模型”十分接近,在一定场合、一定条件下,作为一种近似,可以把实际事物当作“理想模型”来处理,但也要具体问题具体分析。例如,在研究地球绕太阳公转运动的时候,由于地球与太阳的平均距离(约14960万千米)比地球半径(约6370千米)大得多,地球上各点相对于太阳的运动可以看作是相同的,即地球的形状、大小可以忽略不计,这样就可以把地球当作一个“质点”来处理;但在研究地球自转时,地球上各点的转动半径不同,地球的形状、大小不可以忽略,不能把地球当作一个“质点”来处理。

2.物理模型是在不断完善发展的。随着社会的不断进步,人类对事物的本质的认识也是不断深入和提高的,物理模型也相应地由初级向高级发展并不断完善。例如,原子模型的提出就是一个不断完善的过程。起初,人们认为原子是不可分的,其英文名称atom的原义,即“不可分割”。直到1897年汤姆生通过阴极射线实验发现电子,揭开了原子结构的序幕,汤姆生认为:原子是一个球体,正电荷均匀分布在球内,电子像枣糕里的枣子那样镶嵌在原子里,这就是汤姆生的“枣糕式”原子模型,此模型能说明原子是中性的,并能说明辐射电磁波形成原子光谱,但解释不了α粒子散射现象。卢瑟福进行了α粒子散射实验,他认为:在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转,这就是卢瑟福的“原子核式结构”模型,此模型可以解释α粒子散射实验,还可以估算出原子核的大小,但与经典电磁理论产生了两个矛盾。玻尔为了解决上述矛盾,提出了原子的“轨道量子化”模型,这种模型的内容是三条假设,即能级假设、跃迁假设、轨道假设。

总之,由于客观事物具有多样性,它们的运动规律往往是非常复杂的,我们不可能一下子把它们认识清楚。而采用理想化的客体(即物理模型)来代替实在的客体,就可以使事物的规律具有比较简单的形式,从而便于去认识和掌握它们。建立正确的物理模型可使我们对物理本质的理解更加细致深入,对物理问题的分析更加清晰明了。

参考文献:

[1]费宏.“题海”解脱的有效途径――构建物理问题模型.物理教学探讨,2008,(05).

[2]陈宗造.构建数学模型解决物理问题.物理教学探讨,2007,(15).

[3]周剑梅.物理教学中建立模型的能力培养.楚雄师范学院学报,2006,(12).

大学物理质点运动学篇（8）

模型，意思是尺度、样本、标准。钱学森给模型下了这样的定义：“模型就是通过对问题现象的分解，利用我们考虑得来的原理吸收一切主要的因素，略去一切不主要的因素，所创造出来的一幅图画……”

一、中学常见的物理模型的种类

物理模型是物理思想的产物，是科学地进行物理思维并从事物理研究的一种方法。就中学物理中常见的物理模型，可归纳如下：

（一）物理对象模型化。物理中的某些客观实体，如质点，舍去物体的形状、大小、转动等性能，突出它所处的位置和质量的特性，用一有质量的点来描绘，这是对实际物体的简化。当物体本身的大小在所研究的问题中可以忽略，也能当做质点来处理。类似质点的客观实体还有刚体、点电荷、薄透镜、弹簧振子、单摆、理想气体、理想电流表、理想电压表等。

（二）物体所处的条件模型化。当研究带电粒子在电场中运动时，因粒子所受的重力远小于电场力，可以舍去重力的作用，使问题得到简化。力学中的光滑面；热学中的绝热容器、电学中的匀强电场、匀强磁场等，都是把物体所处的条件理想化了。

（三）物理状态和物理过程的模型化。例如，力学中的自由落体运动、匀速直线运动、简谐运动、弹性碰撞；电学中的稳恒电流、等幅振荡；热学中的等温变化、等容变化、等压变化等都是物理过程和物理状态的模型化。

（四）理想化实验。在实验的基础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根据逻辑推理法则，对过程进一步分析、推理，找出其规律。例如，伽利略的理想实验为牛顿第一定律的产生奠定了基础。

（五）物理中的数学模型。客观世界的一切规律原则上都可以在数学中找到它们的表现形式。在建造物理模型的同时，也在不断地建造表现物理状态及物理过程规律的数学模型。当然，由于物理模型是客观实体的一种近似，以物理模型为描述对象的数学模型，也只能是客观实体的近似的定量描述。

二、物理模型特点

（一）物理模型是抽象性和形象性的统一。物理模型的建立是舍弃次要因素，把握主要因素，化复杂为简单，完成由现象到本质、由具体到抽象的过程，而模型的本身又具有直观形象的特点。

（二）物理模型是科学性和假定性的辩证统一。物理模型不仅再现了过去已经感知过的直观形象，而且要以先前获得的科学知识为依据，经过判断、推理等一系列逻辑上的严格论证，所以，具有深刻的理论基础，即具有一定的科学性。理想模型来源于现实，又高于现实，是抽象思维的结果，所以又具有一定的假定性，只有经过实验证实了以后才被认可，才有可能发展为理论。

三、物理模型的地位和主要功能

（一）物理模型的在物理学中占有重要的地位。从某种意义上说，物理学的发展过程可以说是一个不断建立模型、运用模型和修正模型的过程。譬如，在人类认识宇宙的过程中，早期有托勒密的地心说宇宙模型，他在《天文学大全》一书中，认为地球是宇宙的中心，静止不动，而太阳及其他群星绕地球运动，这显然是不对的，后来被哥白尼的日心说代替。哥白尼的日新说是以太阳为中心的宇宙理论，但是哥白尼的天体模型只是部分反映客观世界的真实情况，事实上行星的运动轨道并非圆形，开普勒在第谷的精确观测的基础上，提出了正确的天体模型，指出了行星轨道是一个椭圆，太阳位于一个焦点上，该模型被天文观测所证实。牛顿一方面运用开普勒的行星运动的太阳系模型，另一方面运用数学方法，证明了一个球体吸引它外面的物体时，它们的质量就好像都集中在它们各自的中心一样，太阳系中的所有星球可视为有质量而无形状与大小的质点，当然也可把宇宙万物视为质点，牛顿首先发现了万有引力定律。

通过对物理学的学习，不难发现，质点模型和电磁学中的点电荷模型是万有引力定律、牛顿定律、库仑定律、洛伦磁力公式等基本规律，以及质点力学等基本理论赖以建立的基础。实际上，物理学很多基本规律和基本理论的建立，往往都是以能揭示事物本质特征的某种简化模型为基础的。而由于研究对象和所涉及问题的复杂性，物理模型种类繁多，各具特色。除了点电荷和质点外，刚体、理想弹性体、理想气体、连续介质、理想导体、理想电解质（绝缘体）、核模型等都是。它们从不同侧面描述和揭示在各种问题中实际物体的特征，所以可以这样说，各种物理模型的建立和发展是物理学深度和广度发展的重要标志。

（二）物理模型在促进物理教学中的重要作用。

1.建立和正确使用物理模型可以提高学生理解和接受新知识的能力。例如，我们在运动学中建立了“质点”模型，学生对这一模型有了充分的认识和足够的理解，为以后学习质点的运动、万有引力定律、物体的平动和转动，以及电学中的“点电荷”模型、光学中的“点光源”模型等奠定了良好的基础。使学生学习这些新知识时容易理解和接受。

2.建立和正确使用物理模型有利于学生将复杂问题简单化、明了化，使抽象的物理问题更直观、具体、形象、鲜明，突出了事物间的主要矛盾。

大学物理质点运动学篇（9）

1．1物理教学是提高体校教学质量的重要保障

物理课程是一项专业的基础理论课程，与人们的学习和工作息息相关，在各个行业都得到了广泛的应用和推广。当然，对于体校来说，也无不例外。在体校教学中，物理教学主要在学生的专业知识、整体素养以及运动技能等等方面发挥着重要作用。

1．2物理教学使体校教学课程更加统一、全面

体校物理教学，可以将教材与实际运动训练进行紧密的结合与联系，具有浓厚的专业特色，使学生与体育教学之间的融合更具全面性和完善性。但是，有时由于受到体校教学设施的限制，一定程度上阻碍了物理课在体校的开展，急需给予应对措施和治理方案，进而发挥体校物理教学的专业特点与优势。

2正确处理和规范教材与体校学生实际水平的关系

要正确处理教材与体校学生体育技能的关系，加强二者之间的融合与统一，充分体现出专业性特征。具体的原则如下:

2．1遵循相对稳定性原则

要保持物理知识结构的完整性，使内容的设计更加紧密、契合，提高学生对专业知识的理解程度，重在增强学生的体能素质，推动学生综合能力全方面地发展。

2．2遵循适度调整性原则

将物理理论知识引用到体校教学中，基础知识主要包括内涵、规律以及原理等等，必要知识是基础知识的扩展，易于学生开阔眼界。不同的知识体系对于的作用和影响也不尽相同。要加强实际应用的举例说明。让学生充分理解并接受，重点突出体校教学的办学特色和亮点所在，进而增强体校物理教学的广度和深度。

3结合教学实际，加强物理知识在体育教学中的应用

3．1在讲解质点方面

(1)质点需要一定的质量作为其基础和前提，在体育训练中，如果研究内容仅仅体现在人体运动时间和速度上，那么人体的形状和体积就可以作为其质点。［1］举例说明，中长跑运动员就可以被看作质点，在跑程所用的速度和时间就可以看作质点运动的速度和时间。(2)如果研究内容仅仅体现在人体重心运动方面，那么用人体重心来代表人。例如:在跳远和跳高过程中，仅仅只注重运动员的重心运动轨迹。此外，研究内容如果是游泳运动水对人体的阻力，人就不能作为质点，这是由于人体体积大小与水的阻力之间的关系所导致的。

3．2在讲解惯性概念方面

学生要正确理解和认识惯性的属性和特征，例如:运动员在短跑过程中，在到达终点时不能迅速停下来，自行车运动员在到达终点时，不在脚蹬，自行车也能继续前行一段路程。这就说明了惯性大小与物体质量有着紧密的联系，惯性大小有其特定的运行轨迹，不受控制。在体育运动中，惯性的案例有很多，例如:在投掷标枪时，借助助跑和转体蹬地挥臂出手等等动作，以便于充分利用惯性来加强投掷的距离;还有举重运动员在举杠铃的过程中不能停下来，这也是惯性概念的细节阐述与说明。

4优化教学模式，将体育运动常见的物理知识运用到教学课程中

物理学来源于人们的生产和生活，实践性较强，将体育运动中的常见物理知识运用到教学课程中，从而激发学生的学习热情，发挥学生的积极性、主动性以及创造性。将动量守恒定律应用到体校课程教学中，动量守恒定律是现代物理学中三大基本守恒定律之一，应用较为广泛。以排球运动中的扣球为例:球与人之间的相互作用满足动量守恒的基本条件，根据守恒定律，有m球v球+m人v人=m球v球’+m人v人’，扣球后排球速度为v球=m人/m球(v人－v人’)+v球，其中m人是指人体参与作用部分，从上述公式可以看出，要想使v球加大，可以通过增加扣球挥臂速度v人，也可以通过增加人体参与作用部分的质量来增加m人。由此可见，在排球运动的扣球环节，既需要上肢的力量，也需要腰部、腹部肌肉的全力参与，不断增加m人。以足球运动中的弧线球为例:在踢球时，脚在向前作用时，足球就会受到一种沿着前进方向向上旋转的力。当球离开脚后，会沿着横轴向前旋转，由于受到空气和气流的影响，飞行速度较陡，进而形成弧线球。由此可以说明，空气阻力对旋转球的作用影响深远，大大控制着飞行的弧度和速度。

5体校物理教学模式要进行适当的规划与调整

5．1加强在实际生活中的应用范围

体校物理教学要重点突出其实用性和时效性，不断强化学生的实际操作能力，在生活中善于发现问题并解决问题。例如:电学知识、热学知识以及光学知识都与人们的生活有着密切的联系与来往。教师要在教学过程中善于结合生活中常见的案例来进行分析，使学生在掌握基本物理知识的基础上，开阔学生的眼界和见识，进而将学过的知识应用到生活中去。

5．2针对不同学生的特点，做到因材施教，共同对待

学生的基础水平参差不齐，对知识的理解程度也存在着一定的差异。教师要从学生的实际情况来出发，实事求是，因材施教。在具体的教学过程中，要将知识的难点和重点进行规划和分类，从物理基础知识开始着手，使学生对于基础知识的掌握保持在一定水平之内，善于结合实际，避免生搬硬套。

5．3物理教师要保持自身专业的技能和素养

物理教师要善于收集电视、报刊以及杂志等等的相关物理信息，积累重要的物理信息知识。例如:关注物理学科的学术发展状况、物理学在体育中的最新应用情况以及物理学科在生产生活中的应用等等。教师在传授知识的过程中，要注重添加一些生动趣味的相关知识，可以扩宽学生的知识范围，还有助于调动学生的学习热情，打造良好的课堂氛围。例如:在讲解长度单位时，向学生介绍最新研发的“纳米技术”，教师要拒绝一味地进行讲解，改变语言风格，生动形象的介绍“纳米技术”，运用易于学生接受的方式，激发学生无尽的想象力。

6结语

综上所述，要想在体校物理教学中体现出专业性特点，就必须加大重视程度，正确认识物理教学和体育训练的之间的关系，加强二者之间的融合与统一;结合物理学在人们生产、生活中的具体应用，创新设计体校物理教学模式和方法，增强其专业性和趣味性，在训练中不断增强自身解决问题的能力，从而不断实现教育教学体制改革的战略目标。

大学物理质点运动学篇（10）

空间是一种具有无形无相认知特征的客观存在形式，用现有的科学手段难以直接地将其作为边界清晰、目标明确的研究对象，因而运用观察、测量、实验的方法获得相应感性事实资料的有效性受到了硬性的制约。物理学发展为一门实证科学的整个过程所获得的全部关于空间性质的认识，在总体上存在着以下两个方面的缺憾：其一是所提供的事实资料在绝对数量上不足以构成涵盖空间主要属性的有效样本集，达不到归纳过程据以发挥创造性联想所需的最低限度，不可能在构建适用的空间性质理论过程中发挥应有作用。其二是紧紧束缚于各种事实中心点周围的关于空间性质的陈述，不能廓清空间这一实体的内涵和外延而难于脱离客观事实表象的规定性，无法为假设、猜想等思维活动的起飞提供有效和合理的客观基础。所以这些已有的关于空间性质的事实资料及对其进行简单理性加工形成的认识群，象散布于大海上的孤立岛屿一样相互间缺少关联，无法以空间这一最基本的视角形成简明有效的基本概念，去排列和阐明相关事实、建构出实用的空间性质理论。本来在无法获得直接观测结果的情况下，还可以通过分析空间与其它物理对象相互作用产生的结果的途径，间接地找到理性认识所必须的逻辑起点。然而，科学发展的历史却并不按理想的状态进行，也正是由于空间存在形式无法观测的这一特征，使得空间这一客观实体在有史以来的物理学研究中往往不被当作物理过程的平等参与对象，空间自身参与物理作用产生的效果常常被先验地、不加分析地划属于参与同一物理过程的空间以外的对象，空间自身的属性在人们的观念中成了这些非空间对象的伪属性，空间自身却被剥夺得一无所有。因此，空间成了理性认识活动中一个明知存在却又不能清晰辩识的怪物。由于上述原因，在作为认识对象的空间客体与企图探究这一问题的好奇者之间形成了一条难以跨越的鸿沟。对空间这一特殊对象的理性认识活动中，最为困难的已经不是一般情形下由事实资料上升为理性陈述的发现过程，而是阻滞于建立对空间客体性质感性认识的过程，这项工作的现实难度使哲学认识的发展过程就此停顿。以往针对空间性质建立假说和理论尝试大体上有三种形式：要么为玄学或形而上学，处于理性认识自身营造的环境中不能自拔，与现实空间存在形式缺少对应；要么由于理论自身的内涵不能容纳客观事实的实证要求而被淘汰；要么由于理论过于繁难，不知所云而缺乏实际应用价值。相关于空间性质的理论与一般意义上成熟理论所应具有的内容充实、形式完备、适用边界清晰、实用性强的要求有着较大差距，写实地描述空间性质的理论图象始终没有出现过，人们不能象运用引力计算相类似的方法处理空间的问题。

但空间并不是不可以认识的自然对象，依据世界上所有事物之间都存在着普遍联系的这一观点看，空间的存在绝不会是孤立的，其必然与物质、能量等其它形式的物理对象发生着各种各样的作用与联系。这是自然界为我们寻找认识空间性质问题的突破点所插上的一块免费的路标。无论我们对空间与其它物理对象间的关系持什么样的观点，只要是将空间作为一个明确的研究对象时就会发现，它几乎是所有基础性的物理学理论和实验都回避不了的内容。由于这样的原因，近代物理学在对不同的研究领域，不同的研究内容，进行不同目的的观测和实验的过程中，实际上已经不自觉地获得了大量的相关于空间性质的事实资料，只是由于忽视了空间的客观存在所造成的作用效果界定不清、对空间基本概念和理解错误造成的事实性质判定不准两个原因，使得这些事实资料在目前的科学认识中被认为是无关于空间性质的内容而不能直接地用来说明空间某一方面的性质。现存科学事实的陈述形态也不是以研究空间性质的面目而出现的。想要利用这些科学事实阐明空间性质的问题，有必要在判定这些事实资料具有客观性的同时重新审视其陈述形式，从新的视角来确定其内涵、外延关系，剔除附着于其上的主观影响因素，还其作为空间性质理论基本素材的本来面目。作类似的操作需要对已有的相关于空间性质的科学事实的实质有比较深刻理解的同时，还要对空间自身存在状态作出整体及宏观性的理性把握，以求新确立的理论框架能自洽地容纳科学及哲学两个方面的内容，从而使理论更加有效地逼近自然的真相。单纯的数学方法作为研究工具所提供的空间模式并不是真实物理世界的描述。掺入物理因素形成的数理方法是对予设前提下过程的一种描述，其逻辑的完备性和过程描述的精确性不是理论的全部内容，只是理论的构成要件之一。认识空间性质的逻辑起点在数理方法之前，所以逻辑起点的构建才是空间性质理论这一特殊对象的基础和核心。数理方法的合理性和表达力取决于这个逻辑起点的涵盖性、科学性以及规范性。如逻辑起点构建的合理，则数理形式就会有相对简洁的特征；如逻辑起点的内涵不科学或不合理，则命题表述就会以复杂的数理形式出现。所以简洁性历来是理论选择性判别的一个基本原则。这里想着重说明的是：所谓简洁性是指理论的数理形式及数理形式运行过程的可操作性两个环节均应具有直观、简单和有效的特征。形式的简洁不代表运行过程可操作性的简洁，这两个方面中的任何一个方面不具有简洁性，则就标志着概念的理论规范工作做得不够完美，毕竟本质对于现象而言是简洁的。

空间性质的研究直接地是自然观的一个组成部分，作为认识对象其内涵和外延均涉及较广泛的内容，单纯地以数理形式对这一命题内容进行研究，其涵盖性及表述能力远没有哲学形式更为有效。在数理方法之外哲学对存量知识进行综合、抽象的优势研究方法，可以尝试作为研究工具直接介入到空间理论框架的建构中来。运用哲学研究所擅长的思辩功能，对二十世纪科学提供的素材进行不设前提的深入思考和加工提炼，也许能够创造哲学与科学再次融合的成功范例。将哲学引入这一问题研究的另外的原因是：①空间性质研究需要宏观的视野和理性的综合；②自亚里斯多德以来，空间就是哲学所关注的内容，关于空间性质的理性思考大多数以哲学论述的面目出现于哲学著作中；③空间感性认识过程本身的特殊原因（存在形式）。

东方哲学对自然规律宏观的、形象的描述与现代物理学对自然现象的许多理论解释有着形式和内容的相似性（比如阴阳的概念），这一事实已经引起近代和当代国内外许多科学家及哲学家的充分重视。只是由于非中文基础的研究者对中国文化理解的局限以及中文基础的研究者对古代哲学与科学关系的错误观念，迟滞了东方传统哲学与西方哲学基础上发展的主流科学之间在本质上的交流、融合进程，没有发展出新的具有杂交优势的科学成果。东方哲学与现代科学对自然现象的相似性描述可以肯定地说，并非完全是一种认识结果的偶然巧合。它证明了一种观点：即比类取象的认识方法对宏观现象的本质性的理解有着独特的效果。对现代自然科学而言，东方哲学关于自然的理解无疑是提供了一种全新的认识视角。借鉴宏观摹写自然规律这一全新视角，并以现代科学理论及其认识论作为重新审视、诠释传统哲学内容的方法，对空间性质及其与其它作用对象间的相互关系进行逻辑表述，也许会成为认识自然存在的新方法，从而产生新的符合科学规范的有效认识。

1.空间客观性质的哲学证明过程

《易经·系辞》中“易有太极是生两仪，两仪生四象，四象生八卦”的论述以及卦爻的结构方式包容着建立空间性质理论感兴趣的两条自然规律：其一是已经成为现代科学以及哲学基本法则的阴阳对立观念。这一观念在高度抽象地、理论性地刻画宏观自然规律的同时写实地描述了电子等粒子的电性对称。其二是《易经》提出了一种解释物质存在和发展规律的三层结构模式，客观地表述了自然界的生成和发展过程。同样的物质生成发展思想也出现在《道德经》中：“道生一，一生二，二生三，三生万物，万物负阴而抱阳，中气以为和”。可以注意到其生成层级的数量描述同为三。两种理论描述的关于物质创生的模式都是在既存背景基础上连续发展的动态变异。它不是一种存在形式的出现以另一种存在形式的消失为代价的交换过程，事物由简到繁发展的过程是在同类基础上进行的反复叠加，在新生成的异类中包容着旧有的存在形式，新旧形式相互将对方作为共存元素构成系统。同一事物整体与局部的上下级之间由于至简原则的制约有着全息模写的对应关系。佛教经典《般若波罗蜜多心经》中有：“色不异空，空不异色。色即是空，空即是色”的理论陈述。其主要含义是说自然界（或物质）与空在本质上是同一种存在形式。用现代科学的理解、译介这些沉淀在我们民族潜意识中的智慧晶体时，首先碰到的问题是它们究竟说的是什么？阴阳的概念由于现代科学知识的普及在中国人的观念中已经与实指的科学概念（如正负粒子）相融合而可以无障碍地接受。《道德经》的数字“一二三”显然不可以理解为毕达哥拉斯数本原式的对自然界的认知和描述，作为存在于本原规律（道）与万事万物之间中介环节的“一二三”不仅仅是数字，而是代表了三个层次的具有本原色彩的、性质特征可以类比的、相互联系着的事物，由于古人的表义符号系统与现代科学的复杂的表义符号系统不同，原著对此又没有做进一步解释，其意旨我们现在无法了解。同样地，释迦“空”这一概念的原始含义究竟是指空间还是空无，其意旨我们现在也无法了解。但只要是把宇宙或物质的创生过程作为描述对象，则可以用运的基本构成要素毕竟只有有限的几种，内容正确但表述不同的理论之间必然可以找到相互融通的逻辑通道。我们将现代科学已经建立的完善的陈述系统与东方哲学理解自然现象的内容及其逻辑形式强行进行综合或者说嫁接，将上述兼有东西方特色的、纵跨古今的、对空间性质的认识作为研究空间性质的基本假设，则有：能量与物质是同一客观存在实体——空间的异化表现形式；空间凝聚则成能量，能量凝聚则成物质；三种存在形式的动态指向是自然界规定性的演化顺序。

我们将上述假设称为空间性质的同一性假设（简称同一性假设）。所谓同一性就是说空间、能量、物质三种存在形式在本质上是同一个客观实体，外在特征上的不同是且仅只是聚集状态的不同；自然界三种存在形式之间存在着的动态变化也就是空间密集程度的不断变化。三种存在状态在所知自然界的由空间聚集产生能量进而由能量聚集产生物质的演化顺序，不是任意发展的，而是有着明确指向以强规律的形式发展的。

由于在一般物理作用中康德称之为感性纯直观的时间和空间有着相似特征的缘故，牛顿以后的物理学已经根深蒂固地将时间和空间归为一类，常用时空的联合概念来为物理过程提供背景，在天文观测中甚至以光速为基础将二者当作一个可换算的量。正是这一看似合理的分类造成了对空间性质理性认识的逻辑困难。常规观念中时空同一的概念割裂了现实世界中空间与非空间事物的本质联系。时间和空间两种在本质上不具有类比性的物理对象的并列，诱导人们将空间视若无物，放弃了对空间物质性特征及其与其它对象相互作用的关注。对于自然的三态存在而言，如果我们剔除了时间的因素，则这种存在的形式没有任何改变。但如果在存在关系中剔除了空间因素，则存在状态就无法想象[1]。这个事实说明将空间划出三态结构与时间并列是对空间性质了解不足的表现。有鉴于此，将空间、能量、物质当作统一实体描述的同一性假设，提供了以分析空间、能量、物质的相互关系作为基本出发点进而研究空间性质的理性认识基础。

自然存在的空间是物质、能量存在的背景、条件和本源，因而空间是具有更加本质意义的存在形式，能量次之物质再次之。由此形成了一个物质、能量、空间三态存在本质性的序列关系。这一序列阐述了自然界进化形式的发展特征。空间作为能量创生的背景和本源其自身已经是最本质的存在，因而否定自外于空间的其他本源和背景的存在，所以能量被无可选择地包容在空间中；空间的存在先于能量，空间必然独立于能量。能量作为背景和本源的特性有别于空间同一特性的是——能量只是空间内属的存在物——它不可能整个地充满空间，所以能量在空间中必然是有界的存在形态。同时空间独立于能量的存在特性在任意能量存在的边界之外提供了与此相同条件，能量的存在就不能排除与此完全相同的另外的存在，换句话说就是能量的存在不是唯一的。以能量作为观察问题的立场，对此作出表述就是：能量是不连续的，因而它与空间之间必然是有界的。由空间能量依存关系相同的道理推论可知，能量与物质的依存关系为：在能量背景基础上生成的物质不可能独立于能量存在；相反能量可以独立于物质而存在（即电磁辐射）。在客观现实中物质不能有独立于能量的存在这种依存关系表现为：一方面物质自身就是能量历史的积累；另一方面物质总是能量的载体。电磁辐射可以看作是物质边界以外的能量，这是其作为物质存在背景有自外于物质存在边界的证明，也即是其存在本质性的证明。这也造成这样的存在状态：除电磁辐射外物质与能量总是以相互伴生的面目出现。而且由于物质不能脱离能量存在的规定性使这种依存关系表现得极为明显，常使人将两者看作是相互平等且相互作用的物理对象。空间和物质的关系可由空间和能量、能量和物质的逻辑从属关系获得解释，显然物质不可以独立于空间存在，空间可以独立于物质存在。

总而言之，空间、能量、物质的依存关系可以表述为：物质和能量不能脱离空间而独立存在，空间能够脱离物质

和能量独立存在；能量能够独立于物质，但不能独立于空间存在；物质不能脱离空间和能量而独立存在。所以存在独立性与本质性在这里是内涵相同的两个概念，它们均源于创生关系。对自然界三态存在形式的关系进行实际的考察，不难取得三态依存关系理论的有效和直接的事实证据。自然界空间不断地转化成能量，进而转化成物质这种生成秩序维持着宇观系统、微观系统的能量支出及其结构的稳定性。光子的运动若没有这种生成秩序作为其不向空间方向转化的保证就不会保持稳定，存在着自动消解为空间的可能性；物质如果没有能量增生维持着电子自旋等结构稳定的需求就会向能量方向转化而解体。在三态转化的过程中，空间是最为活泼的存在状态；而物质是终态存在形式，是空间和能量运动的结果，也就是最为稳定的存在形式。对于存在形式的动态系统而言，质量和能量的守恒都是对各自形态封闭层级上稳定性的一种表述，超出这种封闭的系统，意味着能量和物质都不会守恒——质量有可以观测到的增加，能量则处于一种动态的转化过程中。空间和物质相互关系在这里提供了的能量和物质质量的定义，它是以空间为背景或计量起点的空间聚集量的同意语。可以说由此我们得出的能量和质量概念是绝对能量和绝对质量的概念。

对于三种的存在状态而言，主要有三个可以描述的特征：①连续性：指空间域内任选点间均可以找到不超出该域的路径相连通的特性。②均匀性：指自然存在空间的存在特征处处相同。③简洁性：指存在形式具有单一的、有效的和直接的特性。如果定义理想性的含义为：指称对象的存在和作用具有最高形式的均匀性、连续性、简洁性特征。那么，以存在状态来说，空间是最理想的形式，能量次之，物质再次之。造成这一现象的根本原因是，从空间到物质的每一次异化所提供的新的存在形式都是在原有存在形式上的叠加，因而也就是存在形式的复杂化，连续性以及均匀性都向远离理想状态的方向发展。以三态间相互作用的形式来说，由其理想性决定了一个不同存在状态之间相互作用的理想性序列：空间和能量（光子在真空中的运动）＞物质与空间（有质量的粒子在真空中的运动）＞能量与物质（热传导、电传导）＞物质与物质（流体运动）。这个序列内涵的一种判别方法是参与作用的所有对象的异化次数之和较小的作用形式相对而言理想性较高。以本体的属性而言，三种存在状态属性的理想性也具有类似的排列。以上即是关于空间性质及其在三态关系中作用效果的理性表述。这些内容本身是客观性的，只是其认识的抽象程度更高而适合于哲学性描述。由此可以逻辑地推论得出以下成为物理学范畴的空间性质：

*物质性：

由三态同一性假设可以推论：由于能量、物质是空间这一客观实在的异化表现形式，且三态存在的转化是一种连续的发展过程，而非断然的变异（而且在转化过程中互为存在背景）。所以三态中的任何一种存在形式，必然蕴涵着其它存在形式的属性，只是其表现的形式有理想性程度的差别。必然地空间具有与物质相同的某些属性。空间的物质性是空间在异化为物质的历程中保持着的空间自身的属性，因为这种属性在空间和物质中都可以发现，因而称做空间的物质属性，不是指物质属性向空间的反向延伸。如空间拥有可测的介电常数、光子以恒定速度在真空媒介中运动。

*运动性：

由连续性和空间同一性假设联合推论：空间不可能以撕裂等破缺形式转化为能量而消失，缺失的部分只能由相邻物空间给予补充的唯一形式就必然会造成空间实体此一局部与彼一局部的相对运动。空间之所以可以运动是由于我们已经将空间从空无的观念形态中寻找出来，并恢复了其实体物质的固有属性。空间的运动也就有了逻辑的基础。从一般意义上说，空无的存在状态本身是无所谓运动和静止的，“存在”这一哲学概念是划在空无与实有相

互边界上的判据。历史上人们为了客观地描述空间的实在性，避免空间作为异己或外在的存在形式给人带来的不可知特征，曾提出了各种各样的描述，其中中国古典哲学中“气”的概念以及西方近代“以太”的概念都有效地描述了空间的物质性，只是由于不知道如何将这种物质性与其他物理常识逻辑地联系起来，被掩埋于错误观念的历史封尘中。据说以太概念是由于迈克尔逊—莫雷的实验结果才被否定，实际上这一实验所说明的是空间的物质特性与空间的运动特性具有相对独立性，同时空间存在的理想性不等同于我们所知物质或能量的理想性。

*刚性：

在存在形式上空间已经是最高形态，它与物质和能量的区别是没有独立于自身的外在存在背景，或者说是空间以自身为存在背景的。这就可以推论，当我们承认空间是均匀的这一基本的原理时，也就等于承认了空间没有局部的稀薄化或稠密化。空间具有物质性就等于是说空间的存在是有即存量的概念的。这个量的概念不是数学上的概念可以人为地设置增减变量来表达一种发展的趋势。现实世界的即存量的改变，是要相关系统的相互作用才能实现的。空间即存量的增减如果没有找到相关系统的改变足以抵偿这种改变的事实依据，则其结论就是违反基本逻辑的。上述两点推论的明确结论是只要空间具有均匀而稳定的存在形式，也就是说空间具有绝对的刚性。空间大爆炸理论就是一个缺乏哲学底蕴的理论，因为消散和稀薄化是物质的属性，这种动态过程的背景和参照是空间，空间扩张应该需要物质的补充，由此形成的宇宙结构应具有可观察物质组织消解的特征，这与普遍存在的物质状态基本特征不符。

*广延性：

空间的广延性是指能够被人为设定的坐标体系描述的空间的可测度特性。广延性是由于空间的连续性没有方向的限定所表现出的一个特性。由于物质及其运动的原因使人们的理解有了外延于物质的条件，于是空间的广延性成

为进入人们感觉世界的唯一特性。真实的自然空间是没有超出其范围的事物的。

2.空间性质哲学解释的数学模型化描述

物质是异化的空间形式，区别于空间的特征是其存在形式有形有相。有形就是有可观测的特征，拥有一定的体积。也正是这种可观测特征使空间和物质的关系显化，空间因为物质的这种存在特征而可以被物质提供的尺度所度量。目前物理学已有的关于空间的度量形式（如体积和位置等）都是物质度量形式向空间的延伸。物质的存在为物质与独立存在的空间划上了一条明确的边界。在这个边界之外是纯粹意义上的空间。边界之内是纯粹意义的物质，物质内部的空间已经成为物质的属性——体积——这是空间异化为物质过程中所保留的自身属性，由于物质自身可感知的原因被显现出来。空间向能量的转化造成了空间的收缩运动。空间的收缩可以发生在空间自身范围（如微波背景辐射），同时也可以发生在能量存在的范围，或者发生在物质的内部。我们从纯粹空间的存在角度考察空间收缩的数量关系，即建立空间存在量与收缩量之间的数量关系时不难理解，在空间存在均匀性作为规范前提下的空间收缩必然会具有处处相同的观测特征，空间没有内涵任何不同于其它点的特殊点表现出优先或滞后的收缩倾向。这种观测特征表现在量上即为所有空间点的产能量处处相同。由此可知产能的数量与空间的既存量呈正比例。对于能量和物质内部的空间收缩而言，可以将物质和能量视作是空间量的历史积累值，所以在能量内部空间的收缩要比空间自存状态的收缩表现的强烈，而其在物质内部的收缩则是最强烈的。对此还可以引入透明度的概念，空间对其自身的完全透明的，而对绝对密实的物质则是完全不透明的，不透明的物质对空间有阻断作用，由此诱发空间恢复其连续性的运动，则透明度正相关于空间的收缩强度。

这里主要研究物质内部空间收缩所造成的空间运动效应。对于空间的运动给出什么样的度量这是研究空间运动效应的基本问题。由于空间存在无形无相的特征无法为空间的度量提供设定基准、相互比较等技术操作方法，且空间存在的均匀性和连续性不提供任何可分割的依据，所以从空间自身是无法给出关于空间的度量的。现实中空间的度量所依据的是物质在空间中的可见形式，是物质度量特性在空间的延伸。

球体是宇宙间物质的普遍存在形式，这一形式自身也是空间运动的产物。以球体物质系统为例描述空间运动的宏观效应，可以较好地说明宇宙间物质与空间运动的关系。如果我们将物质的存在及其相关的空间独立地划作一个系统，则可建立用于描述空间和物质相互作用的理想物质系统模型（如图1）：设虚线的位置距地心足够远，空间在此处的运动的速度小于特定的微量而可以忽略不记，则认为物质系统在虚线的位置运动速度为零，称虚线为物质系统的外边界。具有外边界的物质系统定义为理想物质系统。真实的物质系统将不具有运动速度为零的外边界，所以上述理想物质系统是对真实物质系统的近似，由此所获得的理想物质系统的表述也相应地是对真实物质系统的近似。

图1地球物质系统中物质的运动模型

以下我们用数学方式对空间运动描述的有效性和精确性作为基本方法，建立与现代物理学的关系，以此证明空间性质哲学论证的正确性。首先明确以下数学表述的前提：

*如果物质的既存质量随时间的变化较为缓慢时，可以认为在研究空间运动所选定的时间跨度内（如千年、世纪），空间的运动是只相关于物质存量的定常流动。

*空间的三维存在特性要求在空间性质的研究中采用体积（线形量的立方）作为描述空间运动的基本度量形式。

*物质边界内不再是纯粹意义上的空间，所以空间的运动将不存在（速度为零）。

*描述空间的运动需要引入时间参数，在习惯的观念中存在是一个时间概念。实际上存在首先是一种形式，当我们讲述一种存在时往往是说他的形式而抽离了时间概念。当我们讲述运动或变化的概念时才用到时间的概念，所以说空间的运动是时间的原因。如果没有空间的运动宇宙间将没有物质的运动及变化，没有运动和变化也就不会有时间的概念，或则说没有时间的存在。所以说时间只是空间运动的属性，在这里为了简化研究对象假设时间是独立于空间的一个参数。

若以空间的体积度量指标描述单位时间内流入物质的空间数量规律，则显然有：

*物质存在的形式决定了空间运动是围绕球体物质的、具有数学理想特征的球形空间流场。

*理想的物质球体的质心是一个特殊点，空间从所有方向均布指向质心的结果是空间运动在质心的相互抵消（虚拟状态），空间的运动将以该点作为参照点。

*空间运动的状态正相关于物质的存量，即相同的物质存量在相同的时间内，所吸收的空间量相同。

由此不难推论：空间从虚线位置开始到物质边界为止的运动是相对于质心的理想的匀加速运动。所谓匀加速运动是指从物质理想系统的外边界到物质边界的整个运动中，空间以体积量为度量的加速度具有恒定的数值，且数值与物质质量成正比例。为研究空间运动过程，标定一个随空间运动的虚拟点p。则以质心为圆心过p点的同心球面的运动，就等价于同心球面所围空间被物质逐渐吸收消失所造成的运动。满足上述前提的空间运动的数学描述是：

gv=4πh2g（1）

其中gv为以体积度量的空间运动加速度（m3/s2），它不同于空间框架下有体积存量物质流体的匀加速过程描述方式。t为空间消失的时间（sec）。h为物质系统内任意点距质心的距离（m）。g为相应距离点的线形加速度（m/s2）。在目前物理学观念中，重力加速度随距物质质心距离的平方反比变化，就是将gv转化为线形量表示的结果。

考虑物质表面具有特殊性，建立空间运动在物质表面的运动描述，由式（1）得到：

d2v/dt2=4πR2g0（2）

其中，V是过p点的同心球面所围空间以体积度量的数量（m3）。t是从边界开始记录的时间（sec）。g0是空间流入球体物质表面的最大线量速度（m/sec），等于物质表面最大加速度和一个时间量的乘积。R为物质球体的半径（m）。

对于上述物质与空间的运动体系，可表述为以点p为表征的空间流动的线速度，则其速度值是位置的函数。由此解析空间运动速度、加速度与位置的关系可建立物质球体周围空间的理想流动方程。在空间任选点，距物质中心为h。以h为半径的空间球体体积V的改变写作线形表达形式代入式（1），并对时间微分得空间速度、空间加速度、物质的位置三者的关系为

h2g+2hν2=R2g0︳h＞R（3）

其中g是任意选定点空间运动的线量加速度，v为该点空间运动的线量速度，g0是空间在物质球体表面运动的线量加速度，三者均指向质心。式（3）揭示了在物质系统系统中，任意选定点的空间运动速度、加速度都可以表示为空间位置的函数。即在任意选定的空间位置，都有相应的空间运动的速度、加速度数值。空间作为其自身的存在形式在其越过物质边界的瞬间将不复存在，因此当h=R时，空间的运动亦不复存在，其表述形式即空间运动速度为零。因此式（3）是一个间断函数，只在h＞R的范围内连续。空间在其流入物质内部后虽然作为空间的运动形式不存在了。但其具有物质属性的原因，作为物质仍然发挥着特殊的作用。式（3）是物质系统中空间运动的基本方程，揭示了空间运动的一般形式，而与目前物理学的内容相同。

建立了物质存在决定的空间运动场之后，以下研究空间运动场中的四种现象：

A.物质相对于运动空间静止的运动

空间与物质之间相对静止的含义是引入空间场的另外的物质与空间场自身相对于引起空间运动物质的质心两者的运动速度相等，即物质系统中物体p的运动完全等同于空间的运动。将式（1）积分，整理并用线量代替体积量可得：

h3/t2=3/2R2g0（4）

其中h为物体p所在位置与质心的距离。R是物质的半径。g0是空间运动在接近物质表面时的最大加速度。t是物体p所在位置到地心的空间运动时间。式（4）描述的是物体从远离质心的位置下落所遵循的规律，是物质随空间运动

的理想落体方程。在这一过程中物体不受力的作用。

物体作圆周运动基本条件是离心加速度等于向心加速度。如果T为一个物体在距质心一定位置绕质心作圆周运动的环绕周期，则由式（1）和圆周运动加速度的定义式经过推导可建立其与落体时间的关系：（5）

将式（4）和式（5）比较则有：

T2/t2=6π2（6）

式（5）即是从空间运动的前提出发，获得的理想物质系统的开普勒第三定律。物理意义显然是描述了过理想物质系统任意点且以物质质心为圆心的封闭球面运动物体的运动规律。式（6）是圆周运动条件（离心加速度和向心加速度相等）的另一种写法。

B.惯性力与引力的区别与联系

考察运动物体与其上放置小球所组成的系统（图2）。当物体加速运动时，小球会向物体运动相反的方向滚动。经典物理学认为这一现象是小球受到了惯性力的作用，而这是一种找不到施力者的虚拟力。

图2运动物体与小球系统

虚拟的惯性力与引力之间没有任何实质性的可区别的作用特征。这种描述有一种将事物本质联系割裂的感觉。用空间运动论的观点解释这一现象可以得出以下结论：将空间和物质作为运动过程中平等的参与者，空间相对于物质与物质相对于空间的加速运动应具有相同的效应。引力即是加速运动空间对存在于该空间物体作用结果的显示；而惯性力是主动运动物体相对于空间加速运动产生的效应。这就是说，力是空间和物质的相对加速运动产生的作用效应，惯性力和引力仅由于参照系选择的不同才分别给出了两种力的不同定义，没有本质的区别。牛顿万有引力定律所表述的就是空间运动对于物体作用的结果，牛顿第二定律所表述的惯性力就是物体自身运动作用于空间所产生的结果。由于在人类认识发展的历史上还没有发现两者之间内涵的一致性，将惯性力与引力看作了两种具有不同特征的作用力。如认为空间的作用是系统响应的原因（小球运动），则惯性力只是物体相对空间加速运动时空间对小球的作用。引力质量与惯性质量高精度相等这一现象即有力地证明了引力和惯性力是同一种作用以不同立场得出的结论（分别认定物体和空间作为运动对象）。由于此前的物理学不加论证地假定空间是静止的，因而对万有引力的作用方法和性质都无法给出事实以外的、富余逻辑的解释。忽略空间的物理存在及其对物质作用前提得到的引力作用被认为是一种由物质出发到物质的超距作用，对这种力究竟如何传递这一问题就有了光子传递引力的近乎玄学的解释。建立了空间运动的概念后引力的传递方法和过程就可以进入理性认识的范围。由此也可以合理地解释引力能够被运动所抵消这一物理事实的含义：空间加速运动对物质的作用效果等同于物质相对于空间的加速运动的效果。

C.空间相对物质加速运动

经典物理学清晰地辨析了引力和惯性力的不同，实际上就是将相同作用形式在不同参照系描述产生结果所表现出的细微差异给出了区别，这就将一个最有可能影响其体系完整性的因素在自觉与不自觉之间有效地排除了。牛顿第二定律给出的关于物质运动和力的关系实际上是物质和空间作用关系精致的数学描述，可以看作是对实际的空间结构及其与物质作用关系进行理想性抽象得到操作模型系统后，用实验方法确定的物质与空间相互作用效果的定量关系。之所以说牛顿第二定律是理想的操作模型系统，是因为其成立预设了以下的前提：

*空间相对于物质运动的参照系是静止的；

*空间独立于物质的存在，不参与物质的运动过程；

*运动过程产生的所有效果只相关于物质，而与空间的存在无关；

*物质在空间中的运动速度不至于使我们感觉到空间流速场的等速曲面的影响；

*在选定的物体运动范围内，空间的性质处处相等。

理解了牛顿第二定律的上述预设前提之后，就可以将牛顿第二定律的观念扩展运用于考察物体p在地球理想物质系统行为。相对地球质心静止的物体p若以空间作参照就必然相对于空间作加速运动，因而产生力的作用效果，由式（1）可得：

F=mR2g0/h2（7）

其中F是引力力值（N）。由前面的论述可知：恒定的物体质量获得恒定的表面加速度，加速度与物质质量成正比，若G0为比例常数，则：

4πR2g0=G0M，令G=G0/4π，

则式（1）可表述为：

F=GMm/h2（8）

式（8）牛顿万有引力定理可以由其第二定律无任何假设地推导出来。引力随距离变化采用平方反比衰减的方式就是空间球体运动的结构特性在万有引力定律中的反映，这就可以圆满地解释万有引力的平方反比率的由来。引力

常数（G）的含义可以解释为：单位质量物质所能引发的空间流动在物体表面的加速度值，其单位的量纲对此结论是一个有效的证据，只是目前引力常数与此常数差4π因子。

牛顿第二定律提供了绝对质量的有效测试方法，由加速运动过程测出的可由长度和时间标志的物质质量数值是绝对质量。质量不再是密度和空间占有量的关系常数和纯粹物质自身量的相互比较，质量是物体运动过程中空间与物体相互作用所产生效果的一种具体的表征，由此可以建立运动和重力联系，进而由此出发研究空间的运动。如果没有空间和物质的这种作用，物质将只有可以测量的体积，而没有可测度的质量。因而质量归根到底只是物质与空间相互关系的度量。在现有观念中把质量看作只是物质自身的属性，原因是不懂质量的根本意义。

D.理想物质系统中近地表空间对物体的作用

在近地表运动距离较短时，g=g0为常数，自由落体可视作任意点初速度为零时物体随空间的运动。这时物体的运动速度不等于空间的速度，运动过程中仍受空间的作用。物体运动遵循规律是：

h2dh/dt=R2g0t（9）

整理并略去小量得：

V=g0t（10）

其积分形式便是伽利略斜塔落球实验所求证的结果，自由落体等同于匀加速运动。

由于式（1）在地表是间断的函数，结合式（10），从空间方向逼近地表可得最大空间运动速度：

h2dh/dt=R2（dh/dt+g0t）（11）

整理，当hR时，

Vmax=（1/2Rg0）1/2（12）

代入数值Vmax=5.587km/s,此即流入地表的空间速度。显然式（12）适用于所有天体系统。物体运动的切向速度等于径向速度时为正圆周运动，由此合成的环绕速度为：（13）

其中V1为第一宇宙速度。

以上四个方面的表述并不谋求给出经典力学定理新的数理推导，而是希望籍此证明空间性质新的哲学解释在具体应用中的可能性，并用数学推导过程完备的逻辑来检验空间运动论所提供的这种哲学观念的正确性。如果承认上述推导过程所证明的空间运动理论提供了此前物理学所没有的内在逻辑的和谐性和简洁性，使的牛顿第二定律、开普勒定律、万有引力定律之间的相互关联剔除了空间运动假设以外的所有其它主观假设，就应该从理论判断方法的角度承认空间具有受物质作用而产生运动的特性。上述推导过程直接应用了牛顿力学中的速度、加速度、动量等概念而没有重新定义，显示了空间运动理论可以兼容经典力学的所有方面。建立动态空间的观念就可以清晰、完整地理解开普勒第三定理、牛顿第二定理、万有引力定理、加俐略落体实验等经典理论内涵的哲学统一致性，并对其数学的结构形式、常量、适用范围等作出合乎理性的解释。

3.空间性质哲学描述所蕴涵的新的宇宙观

自然界凡物质聚集的地方均存在着不同程度的能量释放过程，例如恒星辐射、星云红化、太阳系行星及卫星均含有内部热源等。天文观测中质光关系的发现更进一步地为这一现象提供了定量的表述。从空间同一性的观点出发宏观地解释这一问题所得到的结论是明确的：伴生于物质存在的能量过剩现象是空间凝聚产能导致的结果。空间在异化为能量与物质之后已经有三种具体的存在形式，这为空间的收聚产生能量提供了三种不同形式的场所，即空间收聚产能分别在空间、能量、物质的内部发生。在空间场所发生的空间产能现象，如宇宙空间的无源x-ray等高能射线爆发、微波背景辐射等都是这一现象的理想侯选对象。空间在能量场所的聚集目前无法观测，因为我们无法对光子或电磁波在统一地点作两次能量变化的测试，对此高能物理的研究也许会提供光子或电磁波在空间的运动中会得到能量的补充证据。相比较而言在物质场所空间聚集产生能量的过程是最容易发现和证明的。对宇宙间普遍存在的能量过剩作空间收聚产能的解释，要比目前通行的核能解释合理和有效。由于以往物理学所知道的产能方式有限，将无法理解的自然过程统统装入了核能解释的口袋。对其解释逻辑上的致命缺陷只能采取视而不见的态度：物质释放核能必然要带来引力持续减小的后果，引力数十亿年持续减小积累的结果对于一个星系发展的历史而言，会造成星系的结构消散的现象，这与星系普遍盘卷、收聚的有序化、组织化的观察特征不相符。相反，能够合理解释物质收聚的原因只有一个，那就是引力的增加改变了物质的固有存在结构。进而引力的增加只有一种可能的原因——物质质量的增加。核能解释还有一个缺陷——不能对不同聚集态度物质的能量产生过程给出统一解释，例如将太阳发光解释为核聚变，太阳系行星的地热解释为核裂变，但无法解释星云红化。这与本质的存在形式具有单一性的基本认识特征存在深刻的矛盾。对所有现象做个别性的分析不能理解这些现象之间所蕴含的共同特征，而正是这些隐藏在现象背后的共同特征的才是理解过程所要达到的真正目的。直接地将现象所共同拥有的作用要素（如空间、能量）选择作为研究对象去理解不同现象间共性的产能方式是一种宏观的、绕开了复杂的综合和抽象的过程的更为有效的认识方法。

空间在某种意义上说是一种蔬散存在的能量形式，大量流入物质内部在向质心收聚的过程中转化为能量的形式，这种能量是宇宙间能量的根本来源，它维系着宇宙基本能量的过剩支出形式。恒星质光关系和赫罗图的发现更为彻底地揭示物质存量与能量的上述依存关系。物质瞬时存量与空间的流入量可由式（4）导出以下关系：

V=3.546×10-5m（1/ρ）1/2（14）

其中v为物体表面的空间流速，m为物体的质量，ρ为物体的密度。

空间收缩量与能量值的数量关系为：

E=ηV（15）

以地球引力定义的太阳质量M=1.9892E30KG。代入式（14）得V=1.8793E24M3/S。

太阳总辐射功率Q=3.83E26J/S。则得空能转换系数η=203.8J/m3由太阳数据获得空能转换系数没有考虑其质量增长，因而数值偏小。

对于恒星辐射、星云红化、超新星爆发、类星体发光、太阳系行星及卫星含有内部热源等现象所说明的宇宙物质普遍存在着的能量过剩支出机制，由空间运动论所给出的解释是：我们所知的自然宇宙空间，其最根本的运动是以物质为最终目标的聚集和收缩，因而不可能是膨胀或扩张的。目前公认的、有较大影响的宇宙大爆炸理论的解释是：所有能量来源于更高级的能量存在状态（爆炸前的奇点）。显然这是形而上学的理论推演方法，对一种现象无法解释时往往假设一个更高的同样无法解释的原因来解释现有问题，这从特征上类似于用乌龟下面还是乌龟来解释大地不沉，或者用上帝来解释第一推动的问题，是是哲学对于宇宙间普遍存在的空间、物质、能量的依存关系的认识处于初级阶段的标志，不能发现现象背后的本质而导致对不同的现象本身提出了相对独立的解释。

宇宙大爆炸理论的核心支持论据显然是哈勃红移现象，其它的支持依据缺乏唯一针对性，例如微波背景辐射就可以同时是宇宙收聚产能的证据。这就需要我们对大爆炸理论的另一支持条件——宇宙普遍存在的红移现象——给出不同于以往的解释。哈勃在发现宇宙的普遍红移现象后，应用多普勒效应的原理给出了所有被观测星系都在退行的结论。这里的问题是用多普勒效应解释红移现象的唯一性从方法论的角度如何得以保证。如果仔细考察空间退行引起红移的论断，则显得武断和缺乏论证。这种先验的判断在科学发展的进程中不断地遇到无法逾越的障碍。无法解释的第一个难题是河内星系亦存在红移现象，甚至太阳也存在扣除引力红移以外的无法解释的剩余红移，这些现象都难以用多普勒效应给出令人满意的解释。其次，对于一个由固定结构给出固定距离的体系来说，退行的理解是难于解释物质的成团聚集性和结构的相对稳定性的。第三，哈勃常数数十年测不准的事实也提示我们，在这个问题上完全有机会提出有别于哈勃红移解释理论的新的解释方案。如果不把哈勃红移现象作为简单否定空间运动理论的证据，而采取审慎分析的立场看待这个问题，也许是更深刻地认识和了解我们所处宇宙及其自然规律的一个契机。

以空间运动论观点为基础建立的宇宙普遍红移现象的解释要点是：由于物质的存在引发了空间向物质的运动，空间运动速度的量值取决于星体物质的质量大小和离开星体物质的距离两个决定性因素，星体物质的质量提供了空间相对于质心运动的可以称为星体特性的绝对速度，离开星体物质的距离提供了空间运动的当地观测速度。我们目前所知的星体的红移实际上包含着决定于上述两个速度的两种内涵有所差异的星体红移。处于星体环形空间流场中与物质质心共线的两点间距离的数值代表着两点间当地观测速度的大小，相对距离越大红移就越大。如果将星体自身作为观测对象，则离开观测体距离的大小与红移的数值相关，观测点离开形体的距离越远红移的数值越大，且越接近一个恒定的值而对距离的敏感性越低。由于上述原因，从离开星体物质的观测点作实际的红移观测操作得到的星体红移数值有两种情况：一是观测点离开被观测点还不够远空间运动的速度与距离明显相关的当地观测红移。一是观测与被观测两点间的距离已经足够远空间运动速度与星体距离相关性差的绝对红移，在观测点所观测到的红移接近于在静止空间观测星体获得的红移数值。视星等与红移的关系从客观上证实了空间运动对光子运动的影响，是空间运动论的最为直接的证据之一。质量越大的星体红移越大，类星体是超大规模的物质聚集体因而有更大的红移现象。

4.支持空间性质哲学描述的观察证据及其对物理现象的解读

宇宙空间是最佳的实验室，其既存的自然现象可以为空间性质及其作用规律的理论陈述提供实证检验，由空间运动论推导出的结论既是关于自然界的新的知识内容，也是检验空间运动论的观测和实验基础。为简要起见，以下叙述省略推理及推导过程。

实测的地球和月球地热流失量数据由于星体在真空（无物质及能量的空间）中近似理想的绝热体系而比计算的由空间收聚产能获得的地热小七个数量级。这一事实说明，空间流入星体内部所形成的巨大的能量不能从表面完全传导扩散而大量地聚集于物质内部，同时在星体提供的高温、高压极端环境条件下能量开始凝聚转化成物质。较小的星体（如地球）不发光，则聚集的能量几乎全部转化为物质，因而星体的增长速度较快。当星体（如太阳）具有了发光的能力后，就获得了对流和辐射传热的有效热扩散方式，使能量的较大部分转化为辐射能，星体质量增长速度相对降低。由于上述增长速度的差异，星体在经历足够长的时间后就会在同一恒星系内形成质量相近的双星或多星体系。这就是说宇宙间普遍存在的双星及多星体系是星系演化连续过程物质增长表现出的必然结果，而不是随机的由引力作用产生的组合过程的偶然现象。多星和双星体系的普遍存在这一现象本身，就是上述物质积累式演化历史的证据。在类似星体内部环境的条件下，能量可以转化为物质是空间运动理论的基本支持条件之一，因而也是空间运动理论成功与否的检验方法。

宇观空间由于物质的存在而加速增生能量及物质，相反没有物质内涵的空间的能量和物质产生速度较慢，这是宇宙次级结构中物质成团聚集的原因。若引力单一地决定于物质的质量，且物质质量的数量保持恒定时，引力必将是一个恒定值，星云和星系物质固有的结构和运动状态也必将保持不变，因而不会产生收聚、盘卷等运动特征。宇宙间普遍存在的星盘、星系的结构形状说明物质在不断地相互接近，这也就是说物质周围的引力在不断地增加。由此可以解释宇观物质聚集形成层级结构的动力机制。在空间运动论描述的宇宙产能机制条件下，恒星演化发展理论的理解应该是：形成主序星体有两条不同的途径，即巨型星云收聚形成红巨星，小星云形成较小的不发光星，然后由于物质不断地增长汇聚于主序。所有星体的质量都会逐渐向上攀升形成恒星、超巨星，继续增长则会成为辐射较高能量（紫外、X射线、γ射线）的可见光外星。赫罗图描述的星体分布规律就是上述过程的观测证据。类星体的存在方式也可以由此获得解释：星体质量增加的最终结果是使星体周围空间收聚速度趋近光速，产生较强的发光现象（日冕产能机制与此物理机制相同）。这样的理解可使宇宙间物质的存在形式具有连续、相关特征，从而揭示了星体的观察特征间的普遍相关性。修正了目前天文学学对恒星演化发展理论作出的解释，而且在解释中将独立形式存在的星体类形理解为同一星体连续演化过程的处于不同演化阶段的个体。

恒星的质量与其光度的相关关系也是物质产能机制最直接的例证。光度与物质温度是四次方关系，物质温度与内能是线性关系，而认为物质质量是其内能产生的唯一来源，由式（1）可知物质质量与内能也是线性关系。由此导出质量与光度的理想形式也应是四次方关系。经验关系的指数只是接近四次方说明其含其有系统测量误差，发现和解释这种系统误差是检验空间运动理论的又一有效方法。同时也将会对天文观测的技术进步产生重大影响。等量物质产生等量的能量，物质量增长使得物体体积数量的增加速度要比表面积数量的增加速度快，所以增量吸收的能量使物体表面温度增加，使光频存在随星体质量增加向紫端移动的倾向，这也就是辐射频率随质量增加缩短的原因。

太阳观测特征中重要且需要给出解释的现象有内部结构、太阳黑子、日冕反常加热以及角动量分布规律等几个方面的问题。①空间是最理想的能量及物质的存在形式，因而它所具有的对物质的穿透能力比目前所知任何物质粒子（例如目前观念中的中微子）的穿透力都强，产能过程会深入到太阳的质心。由全部太阳物质引发的空间运动产能，受球体的几何特性和太阳物质密度随半径增加两方面原因的影响，能量的分布并不均衡，分为三个层次：

首先是日冕层次。单位物质空域占有率大，则单位物质量拥有能量大，所以粒子的动能大。从日冕边缘到大气边缘温度梯度较大，表示密度增加的梯度较大。日冕大气中高质子温度和低电子温度也说明质量和能量的相关性。其次是大气与固体物质气化对流层。由于对流作用温差相对小，单位物质拥有的能量均等的结果，温度介于日冕与固体内核温度之间。第三是核内高压固体层。由于单位物质所围空间数量少且物质密度大，产生的能量不足以液化高密度的固体物质，太阳形成核心低温区。②对流作用将对流层热量大部被带往表面，少量热量热传递进入内核与内核物质自身所产的热量被用于转化为物质，元素发生非核反应形式的增重作用使密度继续增加。所以太阳核心是由重元素构成的致密固体内核。太阳黑子是由于太阳系行星物质的大部分运行到银心与太阳的连线附近，造成空间流动有利于太阳吸收的状态时产能效率增大，将核心高压固体边缘融化，并由强烈对流带到表面所形成的现象。显然黑子及其发生的周期、辐射、低温、化学构成的特征是符合上述理论的。非几何造父变星的光变原因应与太阳黑子产生的机制是相同的。其它星体（如地球）的内部结构也与太阳的内部结构相类似，由重元素构成星体的固体核心。③太阳系是普通的恒星系，其观测特征具有星系的普遍代表性。太阳原始星云的运动应符合空间运动理论及角动量规律。星云中的角动量效应会造成星云的细微环状条带分离，不同的条带形成相应的行星。从星云一般情况下不是圆形的这一结构特征可知，同一片星云中会产生原始质量不同的多个引力中心。这些中心在完成物理瓜分星云物质之后的自增长过程中增长速度的差异改变引力中心的运动结构。太阳原始质量大，增长速度快，木星逐渐由太阳的小型伴星降格为从属的行星。太阳长大到一定程度时内部物质气化膨胀，发生小规模爆发，将大气层下的固体物质外壳抛射到空间，其最远抛射外缘达到小行带，此后太阳外壳物质形成木内行星。太阳系的基本结构就此形成。未来的太阳系由于太阳发光使能量聚集速度减慢，将沿着主序缓慢攀升。而木星成为增长速度最快的太阳系天体，当其质量再次接近太阳时，太阳系物质重新分配形成双星结构。太阳将增加一颗暗伴星。未来的木星如不受太阳系以外因素的影响，将同太阳一样从赫罗图底端的红矮星向巨星方向发展。④角动量分布规律是指作环绕运动的天体系统内，角动量由质心向外逐渐增加的趋势。如太阳系90%以上的角动量在太阳以外是不符合角动量应该按质量均匀分配的正常情况的。这一现象显然可用物质自增长造成引力增加给出科学合理的解释。如中心物体的质量增加较快时，由于角动量守恒就会造成两种效应：天体的运动由于引力增加引起速度的增加和中心天体由于物质的增加引起转速的减慢。在远离原始星云形成初期的任何确定时间观测到的结果，均是上述两种效应历史积累的结果。可由此反推物质体系的发展历史：太阳系的核心质量形成之初约是现在的两万分之一，是目前地球的十倍左右。太阳存在的历史要比现有认识长的多。恒星自转速度随星体质量增加的现象，可以由引力增加使物质收聚作出解释。恒星的物质（如行星、气体）在不断增加的引力作用下撞击恒星，其动量部分转化成能量扩散消失，大部分仍以动量的形式被恒星的自转所容纳，吸集物质多的恒星自转速度快。这一推论应该能找到较大恒星的物质存量稀少的证据。由此可推论一种现象：星系物质在可见星阶段，物理结合过程聚集物质的速度大于物质自增长的速度。太阳系普遍的行星进动是由于太阳持续的质量增加所造成的行星缓慢的加速运动的现象。水星进动的另一种提法是水星运动加速，由于以前的理论没有找到加速的理由，所以将这一现象的解释复杂化。太阳物质的持续增加使其对水星的引力不断的增加，轨道由圆变为椭圆的过程是水星运动能量积累的过程。太阳系行星轨道之所以是椭圆，所依据的原理是一样的。彗星是运动速度增加使轨道椭圆化的极端例子。轨道的椭圆化是一个以结构的改变储能的过程，也是一种演化时间记录。由此推论去评价星系的形状，可以发现星系形状由圆形到椭圆再到旋臂的顺序是其年龄顺序的记录，同时也是其质量顺序的排列。这就可以统一解释角动量分配玄疑、行星剩余进动、暗物质问题。

地球是观测最精细的不发光的星体，从地质考古中应该能够发现物质自增长的有效证据。地球物质当前的产能效率是5.811E20J/S，由爱因斯坦质能关系折算可得每秒增重量约为6.7T/S，这是地球板块等地质运动基本动力的主要来源来源。由此可以推论地球物理聚集之初的体积较小，冷却后表面完全被水包围。因为地球物质增加的缘故，古大陆从水底长出并分裂。地质结构的成因、地球自转的减慢、洋底海沟的扩张、地震的机理都可以用地球质量的增长理论给出完美解释，这同时也就是空间运动论的证据。

以静止空间观念为背景猜测的黑洞特征在运动空间条件下将有较大的变化。空间流入物体的速度在物质的质量直径比达到C2时将达到光速，空间运动在进入光速运动区域之前即会收缩产生大量辐射能量。由于空间运动方向与观测到的光子运动方向相反，空间运动速度大，从外部观察就会有大的红移特征。由于空间连续性的规定大质量直径比的物体不存在不被发现的视界。黑洞是一种可见的星体，类星体的观察特征具有大红移、高光度的特征与此相吻合。

大学物理质点运动学篇（11）

主题词：空间性质产能机制引力板块动力

空间是一种具有无形无相认知特征的客观存在形式，用现有的科学手段难以直接地将其作为边界清晰、目标明确

的研究对象，因而运用观察、测量、实验的方法获得相应感性事实资料的有效性受到了硬性的制约。物理学发展为一门实证科学的整个过程所获得的全部关于空间性质的认识，在总体上存在着以下两个方面的缺憾：其一是所提供的事实资料在绝对数量上不足以构成涵盖空间主要属性的有效样本集，达不到归纳过程据以发挥创造性联想所需的最低限度，不可能在构建适用的空间性质理论过程中发挥应有作用。其二是紧紧束缚于各种事实中心点周围的关于空间性质的陈述，不能廓清空间这一实体的内涵和外延而难于脱离客观事实表象的规定性，无法为假设、猜想等思维活动的起飞提供有效和合理的客观基础。所以这些已有的关于空间性质的事实资料及对其进行简单理性加工形成的认识群，象散布于大海上的孤立岛屿一样相互间缺少关联，无法以空间这一最基本的视角形成简明有效的基本概念，去排列和阐明相关事实、建构出实用的空间性质理论。本来在无法获得直接观测结果的情况下，还可以通过分析空间与其它物理对象相互作用产生的结果的途径，间接地找到理性认识所必须的逻辑起点。然而，科学发展的历史却并不按理想的状态进行，也正是由于空间存在形式无法观测的这一特征，使得空间这一

客观实体在有史以来的物理学研究中往往不被当作物理过程的平等参与对象，空间自身参与物理作用产生的效果常常被先验地、不加分析地划属于参与同一物理过程的空间以外的对象，空间自身的属性在人们的观念中成了这些非空间对象的伪属性，空间自身却被剥夺得一无所有。因此，空间成了理性认识活动中一个明知存在却又不能清晰辩识的怪物。由于上述原因，在作为认识对象的空间客体与企图探究这一问题的好奇者之间形成了一条难以跨越的鸿沟。对空间这一特殊对象的理性认识活动中，最为困难的已经不是一般情形下由事实资料上升为理性陈述的发现过程，而是阻滞于建立对空间客体性质感性认识的过程，这项工作的现实难度使哲学认识的发展过程就此停顿。以往针对空间性质建立假说和理论尝试大体上有三种形式：要么为玄学或形而上学，处于理性认识自身营造的环境中不能自拔，与现实空间存在形式缺少对应；要么由于理论自身的内涵不能容纳客观事实的实证要求而被淘汰；要么由于理论过于繁难，不知所云而缺乏实际应用价值。相关于空间性质的理论与一般意义上成熟理论所应具有的内容充实、形式完备、适用边界清晰、实用性强的要求有着较大差距，写实地描述空间性质的理论图象始终没有出现过，人们不能象运用引力计算相类似的方法处理空间的问题。

但空间并不是不可以认识的自然对象，依据世界上所有事物之间都存在着普遍联系的这一观点看，空间的存在绝不会是孤立的，其必然与物质、能量等其它形式的物理对象发生着各种各样的作用与联系。这是自然界为我们寻找认识空间性质问题的突破点所插上的一块免费的路标。无论我们对空间与其它物理对象间的关系持什么样的观点，只要是将空间作为一个明确的研究对象时就会发现，它几乎是所有基础性的物理学理论和实验都回避不了的内容。由于这样的原因，近代物理学在对不同的研究领域，不同的研究内容，进行不同目的的观测和实验的过程中，实际上已经不自觉地获得了大量的相关于空间性质的事实资料，只是由于忽视了空间的客观存在所造成的作用效果界定不清、对空间基本概念和理解错误造成的事实性质判定不准两个原因，使得这些事实资料在目前的科学认识中被认为是无关于空间性质的内容而不能直接地用来说明空间某一方面的性质。现存科学事实的陈述形态也不是以研究空间性质的面目而出现的。想要利用这些科学事实阐明空间性质的问题，有必要在判定这些事实资料具有客观性的同时重新审视其陈述形式，从新的视角来确定其内涵、外延关系，剔除附着于其上的主观影响因

素，还其作为空间性质理论基本素材的本来面目。作类似的操作需要对已有的相关于空间性质的科学事实的实质有比较深刻理解的同时，还要对空间自身存在状态作出整体及宏观性的理性把握，以求新确立的理论框架能自洽地容纳科学及哲学两个方面的内容，从而使理论更加有效地逼近自然的真相。

单纯的数学方法作为研究工具所提供的空间模式并不是真实物理世界的描述。掺入物理因素形成的数理方法是对予设前提下过程的一种描述，其逻辑的完备性和过程描述的精确性不是理论的全部内容，只是理论的构成要件之

一。认识空间性质的逻辑起点在数理方法之前，所以逻辑起点的构建才是空间性质理论这一特殊对象的基础和核心。数理方法的合理性和表达力取决于这个逻辑起点的涵盖性、科学性以及规范性。如逻辑起点构建的合理，则数理形式就会有相对简洁的特征；如逻辑起点的内涵不科学或不合理，则命题表述就会以复杂的数理形式出现。所以简洁性历来是理论选择性判别的一个基本原则。这里想着重说明的是：所谓简洁性是指理论的数理形式及数理形式运行过程的可操作性两个环节均应具有直观、简单和有效的特征。形式的简洁不代表运行过程可操作性的简洁，这两个方面中的任何一个方面不具有简洁性，则就标志着概念的理论规范工作做得不够完美，毕竟本质对于现象而言是简洁的。

空间性质的研究直接地是自然观的一个组成部分，作为认识对象其内涵和外延均涉及较广泛的内容，单纯地以数理形式对这一命题内容进行研究，其涵盖性及表述能力远没有哲学形式更为有效。在数理方法之外哲学对存量知识进行综合、抽象的优势研究方法，可以尝试作为研究工具直接介入到空间理论框架的建构中来。运用哲学研究所擅长的思辩功能，对二十世纪科学提供的素材进行不设前提的深入思考和加工提炼，也许能够创造哲学与科学

再次融合的成功范例。将哲学引入这一问题研究的另外的原因是：①空间性质研究需要宏观的视野和理性的综合；②自亚里斯多德以来，空间就是哲学所关注的内容，关于空间性质的理性思考大多数以哲学论述的面目出现于哲学著作中；③空间感性认识过程本身的特殊原因（存在形式）。

东方哲学对自然规律宏观的、形象的描述与现代物理学对自然现象的许多理论解释有着形式和内容的相似性（比如阴阳的概念），这一事实已经引起近代和当代国内外许多科学家及哲学家的充分重视。只是由于非中文基础的研究者对中国文化理解的局限以及中文基础的研究者对古代哲学与科学关系的错误观念，迟滞了东方传统哲学与西方哲学基础上发展的主流科学之间在本质上的交流、融合进程，没有发展出新的具有杂交优势的科学成果。东方哲学与现代科学对自然现象的相似性描述可以肯定地说，并非完全是一种认识结果的偶然巧合。它证明了一种观点：即比类取象的认识方法对宏观现象的本质性的理解有着独特的效果。对现代自然科学而言，东方哲学关于自然的理解无疑是提供了一种全新的认识视角。借鉴宏观摹写自然规律这一全新视角，并以现代科学理论及其认识论作为重新审视、诠释传统哲学内容的方法，对空间性质及其与其它作用对象间的相互关系进行逻辑表述，也

许会成为认识自然存在的新方法，从而产生新的符合科学规范的有效认识。

1.空间客观性质的哲学证明过程

《易经·系辞》中“易有太极是生两仪，两仪生四象，四象生八卦”的论述以及卦爻的结构方式包容着建立空间性质理论感兴趣的两条自然规律：其一是已经成为现代科学以及哲学基本法则的阴阳对立观念。这一观念在高度抽象地、理论性地刻画宏观自然规律的同时写实地描述了电子等粒子的电性对称。其二是《易经》提出了一种解释物质存在和发展规律的三层结构模式，客观地表述了自然界的生成和发展过程。同样的物质生成发展思想也出

现在《道德经》中：“道生一，一生二，二生三，三生万物，万物负阴而抱阳，中气以为和”。可以注意到其生成层级的数量描述同为三。两种理论描述的关于物质创生的模式都是在既存背景基础上连续发展的动态变异。它不是一种存在形式的出现以另一种存在形式的消失为代价的交换过程，事物由简到繁发展的过程是在同类基础上进行的反复叠加，在新生成的异类中包容着旧有的存在形式，新旧形式相互将对方作为共存元素构成系统。同一事物整体与局部的上下级之间由于至简原则的制约有着全息模写的对应关系。佛教经典《般若波罗蜜多心经》中有：“色不异空，空不异色。色即是空，空即是色”的理论陈述。其主要含义是说自然界（或物质）与空在本质上是同一种存在形式。用现代科学的理解、译介这些沉淀在我们民族潜意识中的智慧晶体时，首先碰到的问题是它们究竟说的是什么？阴阳的概念由于现代科学知识的普及在中国人的观念中已经与实指的科学概念（如正负粒子）相融合而可以无障碍地接受。《道德经》的数字“一二三”显然不可以理解为毕达哥拉斯数本原式的对自然界的认知和描述，作为存在于本原规律（道）与万事万物之间中介环节的“一二三”不仅仅是数字，而是代表了

三个层次的具有本原色彩的、性质特征可以类比的、相互联系着的事物，由于古人的表义符号系统与现代科学的复杂的表义符号系统不同，原著对此又没有做进一步解释，其意旨我们现在无法了解。同样地，释迦“空”这一概念的原始含义究竟是指空间还是空无，其意旨我们现在也无法了解。但只要是把宇宙或物质的创生过程作为描述对象，则可以用运的基本构成要素毕竟只有有限的几种，内容正确但表述不同的理论之间必然可以找到相互融通的逻辑通道。我们将现代科学已经建立的完善的陈述系统与东方哲学理解自然现象的内容及其逻辑形式强行进行综合或者说嫁接，将上述兼有东西方特色的、纵跨古今的、对空间性质的认识作为研究空间性质的基本假设，则有：

能量与物质是同一客观存在实体——空间的异化表现形式；空间凝聚则成能量，能量凝聚则成物质；三种存在形式的动态指向是自然界规定性的演化顺序。

我们将上述假设称为空间性质的同一性假设（简称同一性假设）。所谓同一性就是说空间、能量、物质三种存在形式在本质上是同一个客观实体，外在特征上的不同是且仅只是聚集状态的不同；自然界三种存在形式之间存在着的动态变化也就是空间密集程度的不断变化。三种存在状态在所知自然界的由空间聚集产生能量进而由能量聚

集产生物质的演化顺序，不是任意发展的，而是有着明确指向以强规律的形式发展的。

由于在一般物理作用中康德称之为感性纯直观的时间和空间有着相似特征的缘故，牛顿以后的物理学已经根深蒂固地将时间和空间归为一类，常用时空的联合概念来为物理过程提供背景，在天文观测中甚至以光速为基础将二者当作一个可换算的量。正是这一看似合理的分类造成了对空间性质理性认识的逻辑困难。常规观念中时空同一的概念割裂了现实世界中空间与非空间事物的本质联系。时间和空间两种在本质上不具有类比性的物理对象的并

列，诱导人们将空间视若无物，放弃了对空间物质性特征及其与其它对象相互作用的关注。对于自然的三态存在而言，如果我们剔除了时间的因素，则这种存在的形式没有任何改变。但如果在存在关系中剔除了空间因素，则存在状态就无法想象[1]。这个事实说明将空间划出三态结构与时间并列是对空间性质了解不足的表现。有鉴于此，将空间、能量、物质当作统一实体描述的同一性假设，提供了以分析空间、能量、物质的相互关系作为基本出发点进而研究空间性质的理性认识基础。

自然存在的空间是物质、能量存在的背景、条件和本源，因而空间是具有更加本质意义的存在形式，能量次之，

物质再次之。由此形成了一个物质、能量、空间三态存在本质性的序列关系。这一序列阐述了自然界进化形式的发展特征。空间作为能量创生的背景和本源其自身已经是最本质的存在，因而否定自外于空间的其他本源和背景的存在，所以能量被无可选择地包容在空间中；空间的存在先于能量，空间必然独立于能量。能量作为背景和本源的特性有别于空间同一特性的是——能量只是空间内属的存在物——它不可能整个地充满空间，所以能量在空间中必然是有界的存在形态。同时空间独立于能量的存在特性在任意能量存在的边界之外提供了与此相同条件，能量的存在就不能排除与此完全相同的另外的存在，换句话说就是能量的存在不是唯一的。以能量作为观察问题的立场，对此作出表述就是：能量是不连续的，因而它与空间之间必然是有界的。由空间能量依存关系相同的道理推论可知，能量与物质的依存关系为：在能量背景基础上生成的物质不可能独立于能量存在；相反能量可以独立于物质而存在（即电磁辐射）。在客观现实中物质不能有独立于能量的存在这种依存关系表现为：一方面物质自身就是能量历史的积累；另一方面物质总是能量的载体。电磁辐射可以看作是物质边界以外的能量，这是其作

为物质存在背景有自外于物质存在边界的证明，也即是其存在本质性的证明。这也造成这样的存在状态：除电磁辐射外物质与能量总是以相互伴生的面目出现。而且由于物质不能脱离能量存在的规定性使这种依存关系表现得极为明显，常使人将两者看作是相互平等且相互作用的物理对象。空间和物质的关系可由空间和能量、能量和物质的逻辑从属关系获得解释，显然物质不可以独立于空间存在，空间可以独立于物质存在。

总而言之，空间、能量、物质的依存关系可以表述为：物质和能量不能脱离空间而独立存在，空间能够脱离物质

和能量独立存在；能量能够独立于物质，但不能独立于空间存在；物质不能脱离空间和能量而独立存在。所以存在独立性与本质性在这里是内涵相同的两个概念，它们均源于创生关系。对自然界三态存在形式的关系进行实际的考察，不难取得三态依存关系理论的有效和直接的事实证据。自然界空间不断地转化成能量，进而转化成物质这种生成秩序维持着宇观系统、微观系统的能量支出及其结构的稳定性。光子的运动若没有这种生成秩序作为其不向空间方向转化的保证就不会保持稳定，存在着自动消解为空间的可能性；物质如果没有能量增生维持着电子自旋等结构稳定的需求就会向能量方向转化而解体。在三态转化的过程中，空间是最为活泼的存在状态；而物质是终态存在形式，是空间和能量运动的结果，也就是最为稳定的存在形式。对于存在形式的动态系统而言，质量和能量的守恒都是对各自形态封闭层级上稳定性的一种表述，超出这种封闭的系统，意味着能量和物质都不会守恒——质量有可以观测到的增加，能量则处于一种动态的转化过程中。空间和物质相互关系在这里提供了的能量和物质质量的定义，它是以空间为背景或计量起点的空间聚集量的同意语。可以说由此我们得出的能量和质量概

念是绝对能量和绝对质量的概念。

对于三种的存在状态而言，主要有三个可以描述的特征：①连续性：指空间域内任选点间均可以找到不超出该域的路径相连通的特性。②均匀性：指自然存在空间的存在特征处处相同。③简洁性：指存在形式具有单一的、有效的和直接的特性。如果定义理想性的含义为：指称对象的存在和作用具有最高形式的均匀性、连续性、简洁性特征。那么，以存在状态来说，空间是最理想的形式，能量次之，物质再次之。造成这一现象的根本原因是，从空间到物质的每一次异化所提供的新的存在形式都是在原有存在形式上的叠加，因而也就是存在形式的复杂化，连续性以及均匀性都向远离理想状态的方向发展。以三态间相互作用的形式来说，由其理想性决定了一个不同存在状态之间相互作用的理想性序列：空间和能量（光子在真空中的运动）＞物质与空间（有质量的粒子在真空中的运动）＞能量与物质（热传导、电传导）＞物质与物质（流体运动）。这个序列内涵的一种判别方法是参与作用的所有对象的异化次数之和较小的作用形式相对而言理想性较高。以本体的属性而言，三种存在状态属性的理想性也具有类似的排列。以上即是关于空间性质及其在三态关系中作用效果的理性表述。这些内容本身是客观性

的，只是其认识的抽象程度更高而适合于哲学性描述。由此可以逻辑地推论得出以下成为物理学范畴的空间性质：

*物质性：

由三态同一性假设可以推论：由于能量、物质是空间这一客观实在的异化表现形式，且三态存在的转化是一种连续的发展过程，而非断然的变异（而且在转化过程中互为存在背景）。所以三态中的任何一种存在形式，必然蕴涵着其它存在形式的属性，只是其表现的形式有理想性程度的差别。必然地空间具有与物质相同的某些属性。空间的物质性是空间在异化为物质的历程中保持着的空间自身的属性，因为这种属性在空间和物质中都可以发现，因而称做空间的物质属性，不是指物质属性向空间的反向延伸。如空间拥有可测的介电常数、光子以恒定速度在真空媒介中运动。

*运动性：

由连续性和空间同一性假设联合推论：空间不可能以撕裂等破缺形式转化为能量而消失，缺失的部分只能由相邻物空间给予补充的唯一形式就必然会造成空间实体此一局部与彼一局部的相对运动。空间之所以可以运动是由于我们已经将空间从空无的观念形态中寻找出来，并恢复了其实体物质的固有属性。空间的运动也就有了逻辑的基础。从一般意义上说，空无的存在状态本身是无所谓运动和静止的，“存在”这一哲学概念是划在空无与实有相

互边界上的判据。历史上人们为了客观地描述空间的实在性，避免空间作为异己或外在的存在形式给人带来的不可知特征，曾提出了各种各样的描述，其中中国古典哲学中“气”的概念以及西方近代“以太”的概念都有效地描述了空间的物质性，只是由于不知道如何将这种物质性与其他物理常识逻辑地联系起来，被掩埋于错误观念的历史封尘中。据说以太概念是由于迈克尔逊—莫雷的实验结果才被否定，实际上这一实验所说明的是空间的物质特性与空间的运动特性具有相对独立性，同时空间存在的理想性不等同于我们所知物质或能量的理想性。

*刚性：

在存在形式上空间已经是最高形态，它与物质和能量的区别是没有独立于自身的外在存在背景，或者说是空间以自身为存在背景的。这就可以推论，当我们承认空间是均匀的这一基本的原理时，也就等于承认了空间没有局部的稀薄化或稠密化。空间具有物质性就等于是说空间的存在是有即存量的概念的。这个量的概念不是数学上的概念可以人为地设置增减变量来表达一种发展的趋势。现实世界的即存量的改变，是要相关系统的相互作用才能实现的。空间即存量的增减如果没有找到相关系统的改变足以抵偿这种改变的事实依据，则其结论就是违反基本逻辑的。上述两点推论的明确结论是只要空间具有均匀而稳定的存在形式，也就是说空间具有绝对的刚性。空间大爆炸理论就是一个缺乏哲学底蕴的理论，因为消散和稀薄化是物质的属性，这种动态过程的背景和参照是空间，空间扩张应该需要物质的补充，由此形成的宇宙结构应具有可观察物质组织消解的特征，这与普遍存在的物质状态基本特征不符。

*广延性：

空间的广延性是指能够被人为设定的坐标体系描述的空间的可测度特性。广延性是由于空间的连续性没有方向的限定所表现出的一个特性。由于物质及其运动的原因使人们的理解有了外延于物质的条件，于是空间的广延性成

为进入人们感觉世界的唯一特性。真实的自然空间是没有超出其范围的事物的。

2.空间性质哲学解释的数学模型化描述

物质是异化的空间形式，区别于空间的特征是其存在形式有形有相。有形就是有可观测的特征，拥有一定的体积。也正是这种可观测特征使空间和物质的关系显化，空间因为物质的这种存在特征而可以被物质提供的尺度所度量。目前物理学已有的关于空间的度量形式（如体积和位置等）都是物质度量形式向空间的延伸。物质的存在为物质与独立存在的空间划上了一条明确的边界。在这个边界之外是纯粹意义上的空间。边界之内是纯粹意义的物质，物质内部的空间已经成为物质的属性——体积——这是空间异化为物质过程中所保留的自身属性，由于物质自身可感知的原因被显现出来。空间向能量的转化造成了空间的收缩运动。空间的收缩可以发生在空间自身范围（如微波背景辐射），同时也可以发生在能量存在的范围，或者发生在物质的内部。我们从纯粹空间的存在角度考察空间收缩的数量关系，即建立空间存在量与收缩量之间的数量关系时不难理解，在空间存在均匀性作为规范前提下的空间收缩必然会具有处处相同的观测特征，空间没有内涵任何不同于其它点的特殊点表现出优先或滞后

的收缩倾向。这种观测特征表现在量上即为所有空间点的产能量处处相同。由此可知产能的数量与空间的既存量呈正比例。对于能量和物质内部的空间收缩而言，可以将物质和能量视作是空间量的历史积累值，所以在能量内部空间的收缩要比空间自存状态的收缩表现的强烈，而其在物质内部的收缩则是最强烈的。对此还可以引入透明度的概念，空间对其自身的完全透明的，而对绝对密实的物质则是完全不透明的，不透明的物质对空间有阻断作用，由此诱发空间恢复其连续性的运动，则透明度正相关于空间的收缩强度。

这里主要研究物质内部空间收缩所造成的空间运动效应。对于空间的运动给出什么样的度量这是研究空间运动效应的基本问题。由于空间存在无形无相的特征无法为空间的度量提供设定基准、相互比较等技术操作方法，且空间存在的均匀性和连续性不提供任何可分割的依据，所以从空间自身是无法给出关于空间的度量的。现实中空间的度量所依据的是物质在空间中的可见形式，是物质度量特性在空间的延伸。

球体是宇宙间物质的普遍存在形式，这一形式自身也是空间运动的产物。以球体物质系统为例描述空间运动的宏

观效应，可以较好地说明宇宙间物质与空间运动的关系。如果我们将物质的存在及其相关的空间独立地划作一个系统，则可建立用于描述空间和物质相互作用的理想物质系统模型（如图1）：设虚线的位置距地心足够远，空间在此处的运动的速度小于特定的微量而可以忽略不记，则认为物质系统在虚线的位置运动速度为零，称虚线为物质系统的外边界。具有外边界的物质系统定义为理想物质系统。真实的物质系统将不具有运动速度为零的外边界，所以上述理想物质系统是对真实物质系统的近似，由此所获得的理想物质系统的表述也相应地是对真实物质系统的近似。

P

图1地球物质系统中物质的运动模型

以下我们用数学方式对空间运动描述的有效性和精确性作为基本方法，建立与现代物理学的关系，以此证明空间性质哲学论证的正确性。首先明确以下数学表述的前提：

*如果物质的既存质量随时间的变化较为缓慢时，可以认为在研究空间运动所选定的时间跨度内（如千年、世纪），空间的运动是只相关于物质存量的定常流动。

*空间的三维存在特性要求在空间性质的研究中采用体积（线形量的立方）作为描述空间运动的基本度量形式。

*物质边界内不再是纯粹意义上的空间，所以空间的运动将不存在（速度为零）。

*描述空间的运动需要引入时间参数，在习惯的观念中存在是一个时间概念。实际上存在首先是一种形式，当我们讲述一种存在时往往是说他的形式而抽离了时间概念。当我们讲述运动或变化的概念时才用到时间的概念，所以说空间的运动是时间的原因。如果没有空间的运动宇宙间将没有物质的运动及变化，没有运动和变化也就不会有时间的概念，或则说没有时间的存在。所以说时间只是空间运动的属性，在这里为了简化研究对象假设时间是独立于空间的一个参数。

若以空间的体积度量指标描述单位时间内流入物质的空间数量规律，则显然有：

*物质存在的形式决定了空间运动是围绕球体物质的、具有数学理想特征的球形空间流场。

*理想的物质球体的质心是一个特殊点，空间从所有方向均布指向质心的结果是空间运动在质心的相互抵消（虚拟状态），空间的运动将以该点作为参照点。

*空间运动的状态正相关于物质的存量，即相同的物质存量在相同的时间内，所吸收的空间量相同。

由此不难推论：空间从虚线位置开始到物质边界为止的运动是相对于质心的理想的匀加速运动。所谓匀加速运动是指从物质理想系统的外边界到物质边界的整个运动中，空间以体积量为度量的加速度具有恒定的数值，且数值

与物质质量成正比例。为研究空间运动过程，标定一个随空间运动的虚拟点p。则以质心为圆心过p点的同心球面的运动，就等价于同心球面所围空间被物质逐渐吸收消失所造成的运动。满足上述前提的空间运动的数学描述是：

gv=4πh2g（1）

其中gv为以体积度量的空间运动加速度（m3/s2），它不同于空间框架下有体积存量物质流体的匀加速过程描述方式。t为空间消失的时间（sec）。h为物质系统内任意点距质心的距离（m）。g为相应距离点的线形加速度（m/s2）。在目前物理学观念中，重力加速度随距物质质心距离的平方反比变化，就是将gv转化为线形量表示的结果。

考虑物质表面具有特殊性，建立空间运动在物质表面的运动描述，由式（1）得到：

d2v/dt2=4πR2g0（2）

其中，V是过p点的同心球面所围空间以体积度量的数量（m3）。t是从边界开始记录的时间（sec）。g0是空间流入球体物质表面的最大线量速度（m/sec），等于物质表面最大加速度和一个时间量的乘积。R为物质球体的半径（m）。

对于上述物质与空间的运动体系，可表述为以点p为表征的空间流动的线速度，则其速度值是位置的函数。由

此解析空间运动速度、加速度与位置的关系可建立物质球体周围空间的理想流动方程。在空间任选点，距物质中心为h。以h为半径的空间球体体积V的改变写作线形表达形式代入式（1），并对时间微分得空间速度、空间加速度、物质的位置三者的关系为

h2g+2hν2=R2g0︳h＞R（3）

其中g是任意选定点空间运动的线量加速度，v为该点空间运动的线量速度，g0是空间在物质球体表面运动的线量加速度，三者均指向质心。式（3）揭示了在物质系统系统中，任意选定点的空间运动速度、加速度都可以表示为空间位置的函数。即在任意选定的空间位置，都有相应的空间运动的速度、加速度数值。空间作为其自身的存在形式在其越过物质边界的瞬间将不复存在，因此当h=R时，空间的运动亦不复存在，其表述形式即空间运动速度为零。因此式（3）是一个间断函数，只在h＞R的范围内连续。空间在其流入物质内部后虽然作为空间的运动形式不存在了。但其具有物质属性的原因，作为物质仍然发挥着特殊的作用。式（3）是物质系统中空间运动的基本方程，揭示了空间运动的一般形式，而与目前物理学的内容相同。

建立了物质存在决定的空间运动场之后，以下研究空间运动场中的四种现象：

A.物质相对于运动空间静止的运动

空间与物质之间相对静止的含义是引入空间场的另外的物质与空间场自身相对于引起空间运动物质的质心两者的运动速度相等，即物质系统中物体p的运动完全等同于空间的运动。将式（1）积分，整理并用线量代替体积量可得：

h3/t2=3/2R2g0（4）

其中h为物体p所在位置与质心的距离。R是物质的半径。g0是空间运动在接近物质表面时的最大加速度。t是物体p所在位置到地心的空间运动时间。式（4）描述的是物体从远离质心的位置下落所遵循的规律，是物质随空间运动

的理想落体方程。在这一过程中物体不受力的作用。

物体作圆周运动基本条件是离心加速度等于向心加速度。如果T为一个物体在距质心一定位置绕质心作圆周运动的环绕周期，则由式（1）和圆周运动加速度的定义式经过推导可建立其与落体时间的关系：

（5）

将式（4）和式（5）比较则有：

T2/t2=6π2（6）

式（5）即是从空间运动的前提出发，获得的理想物质系统的开普勒第三定律。物理意义显然是描述了过理想物质系统任意点且以物质质心为圆心的封闭球面运动物体的运动规律。式（6）是圆周运动条件（离心加速度和向心加速度相等）的另一种写法。

B.惯性力与引力的区别与联系

考察运动物体与其上放置小球所组成的系统（图2）。当物体加速运动时，小球会向物体运动相反的方向滚动。经典物理学认为这一现象是小球受到了惯性力的作用，而这是一种找不到施力者的虚拟力。

图2运动物体与小球系统

虚拟的惯性力与引力之间没有任何实质性的可区别的作用特征。这种描述有一种将事物本质联系割裂的感觉。用空间运动论的观点解释这一现象可以得出以下结论：将空间和物质作为运动过程中平等的参与者，空间相对于物质与物质相对于空间的加速运动应具有相同的效应。引力即是加速运动空间对存在于该空间物体作用结果的显示；而惯性力是主动运动物体相对于空间加速运动产生的效应。这就是说，力是空间和物质的相对加速运动产生的

作用效应，惯性力和引力仅由于参照系选择的不同才分别给出了两种力的不同定义，没有本质的区别。牛顿万有引力定律所表述的就是空间运动对于物体作用的结果，牛顿第二定律所表述的惯性力就是物体自身运动作用于空间所产生的结果。由于在人类认识发展的历史上还没有发现两者之间内涵的一致性，将惯性力与引力看作了两种具有不同特征的作用力。如认为空间的作用是系统响应的原因（小球运动），则惯性力只是物体相对空间加速运动时空间对小球的作用。引力质量与惯性质量高精度相等这一现象即有力地证明了引力和惯性力是同一种作用以不同立场得出的结论（分别认定物体和空间作为运动对象）。由于此前的物理学不加论证地假定空间是静止的，因而对万有引力的作用方法和性质都无法给出事实以外的、富余逻辑的解释。忽略空间的物理存在及其对物质作用前提得到的引力作用被认为是一种由物质出发到物质的超距作用，对这种力究竟如何传递这一问题就有了光子传递引力的近乎玄学的解释。建立了空间运动的概念后引力的传递方法和过程就可以进入理性认识的范围。由此也可以合理地解释引力能够被运动所抵消这一物理事实的含义：空间加速运动对物质的作用效果等同于物质相对

于空间的加速运动的效果。

C.空间相对物质加速运动

经典物理学清晰地辨析了引力和惯性力的不同，实际上就是将相同作用形式在不同参照系描述产生结果所表现出的细微差异给出了区别，这就将一个最有可能影响其体系完整性的因素在自觉与不自觉之间有效地排除了。牛顿第二定律给出的关于物质运动和力的关系实际上是物质和空间作用关系精致的数学描述，可以看作是对实际的空间结构及其与物质作用关系进行理想性抽象得到操作模型系统后，用实验方法确定的物质与空间相互作用效果的定量关系。之所以说牛顿第二定律是理想的操作模型系统，是因为其成立预设了以下的前提：

*空间相对于物质运动的参照系是静止的；

*空间独立于物质的存在，不参与物质的运动过程；

*运动过程产生的所有效果只相关于物质，而与空间的存在无关；

*物质在空间中的运动速度不至于使我们感觉到空间流速场的等速曲面的影响；

*在选定的物体运动范围内，空间的性质处处相等。

理解了牛顿第二定律的上述预设前提之后，就可以将牛顿第二定律的观念扩展运用于考察物体p在地球理想物质系统行为。相对地球质心静止的物体p若以空间作参照就必然相对于空间作加速运动，因而产生力的作用效果，由式（1）可得：

F=mR2g0/h2（7）

其中F是引力力值（N）。由前面的论述可知：恒定的物体质量获得恒定的表面加速度，加速度与物质质量成正比，若G0为比例常数，则：

4πR2g0=G0M，令G=G0/4π，

则式（1）可表述为：

F=GMm/h2（8）

式（8）牛顿万有引力定理可以由其第二定律无任何假设地推导出来。引力随距离变化采用平方反比衰减的方式就是空间球体运动的结构特性在万有引力定律中的反映，这就可以圆满地解释万有引力的平方反比率的由来。引力

常数（G）的含义可以解释为：单位质量物质所能引发的空间流动在物体表面的加速度值，其单位的量纲对此结论是一个有效的证据，只是目前引力常数与此常数差4π因子。

牛顿第二定律提供了绝对质量的有效测试方法，由加速运动过程测出的可由长度和时间标志的物质质量数值是绝对质量。质量不再是密度和空间占有量的关系常数和纯粹物质自身量的相互比较，质量是物体运动过程中空间与物体相互作用所产生效果的一种具体的表征，由此可以建立运动和重力联系，进而由此出发研究空间的运动。如果没有空间和物质的这种作用，物质将只有可以测量的体积，而没有可测度的质量。因而质量归根到底只是物质与空间相互关系的度量。在现有观念中把质量看作只是物质自身的属性，原因是不懂质量的根本意义。

D.理想物质系统中近地表空间对物体的作用

在近地表运动距离较短时，g=g0为常数，自由落体可视作任意点初速度为零时物体随空间的运动。这时物体的运动速度不等于空间的速度，运动过程中仍受空间的作用。物体运动遵循规律是：

h2dh/dt=R2g0t（9）

整理并略去小量得：

V=g0t（10）

其积分形式便是伽利略斜塔落球实验所求证的结果，自由落体等同于匀加速运动。

由于式（1）在地表是间断的函数，结合式（10），从空间方向逼近地表可得最大空间运动速度：

h2dh/dt=R2（dh/dt+g0t）（11）

整理，当hR时，

Vmax=（1/2Rg0）1/2（12）

代入数值Vmax=5.587km/s,此即流入地表的空间速度。显然式（12）适用于所有天体系统。物体运动的切向速度等于径向速度时为正圆周运动，由此合成的环绕速度为：

（13）

其中V1为第一宇宙速度。

以上四个方面的表述并不谋求给出经典力学定理新的数理推导，而是希望籍此证明空间性质新的哲学解释在具体应用中的可能性，并用数学推导过程完备的逻辑来检验空间运动论所提供的这种哲学观念的正确性。如果承认上述推导过程所证明的空间运动理论提供了此前物理学所没有的内在逻辑的和谐性和简洁性，使的牛顿第二定律、开普勒定律、万有引力定律之间的相互关联剔除了空间运动假设以外的所有其它主观假设，就应该从理论判断方法的角度承认空间具有受物质作用而产生运动的特性。上述推导过程直接应用了牛顿力学中的速度、加速度、动量等概念而没有重新定义，显示了空间运动理论可以兼容经典力学的所有方面。建立动态空间的观念就可以清晰、完整地理解开普勒第三定理、牛顿第二定理、万有引力定理、加俐略落体实验等经典理论内涵的哲学统一致性，并对其数学的结构形式、常量、适用范围等作出合乎理性的解释。

3.空间性质哲学描述所蕴涵的新的宇宙观

自然界凡物质聚集的地方均存在着不同程度的能量释放过程，例如恒星辐射、星云红化、太阳系行星及卫星均含有内部热源等。天文观测中质光关系的发现更进一步地为这一现象提供了定量的表述。从空间同一性的观点出发宏观地解释这一问题所得到的结论是明确的：伴生于物质存在的能量过剩现象是空间凝聚产能导致的结果。空间在异化为能量与物质之后已经有三种具体的存在形式，这为空间的收聚产生能量提供了三种不同形式的场所，即空间收聚产能分别在空间、能量、物质的内部发生。在空间场所发生的空间产能现象，如宇宙空间的无源x-ray等高能射线爆发、微波背景辐射等都是这一现象的理想侯选对象。空间在能量场所的聚集目前无法观测，因为我们无法对光子或电磁波在统一地点作两次能量变化的测试，对此高能物理的研究也许会提供光子或电磁波在空间的运动中会得到能量的补充证据。相比较而言在物质场所空间聚集产生能量的过程是最容易发现和证明的。对宇宙间普遍存在的能量过剩作空间收聚产能的解释，要比目前通行的核能解释合理和有效。由于以往物理学所知道的产能方式有限，将无法理解的自然过程统统装入了核能解释的口袋。对其解释逻辑上的致命缺陷只能采取视而不见的态度：物质释放核能必然要带来引力持续减小的后果，引力数十亿年持续减小积累的结果对于一个星系发展的历史而言，会造成星系的结构消散的现象，这与星系普遍盘卷、收聚的有序化、组织化的观察特征不相符。相

反，能够合理解释物质收聚的原因只有一个，那就是引力的增加改变了物质的固有存在结构。进而引力的增加只有一种可能的原因——物质质量的增加。核能解释还有一个缺陷——不能对不同聚集态度物质的能量产生过程给出统一解释，例如将太阳发光解释为核聚变，太阳系行星的地热解释为核裂变，但无法解释星云红化。这与本质的存在形式具有单一性的基本认识特征存在深刻的矛盾。对所有现象做个别性的分析不能理解这些现象之间所蕴含的共同特征，而正是这些隐藏在现象背后的共同特征的才是理解过程所要达到的真正目的。直接地将现象所共同拥有的作用要素（如空间、能量）选择作为研究对象去理解不同现象间共性的产能方式是一种宏观的、绕开了复杂的综合和抽象的过程的更为有效的认识方法。

空间在某种意义上说是一种蔬散存在的能量形式，大量流入物质内部在向质心收聚的过程中转化为能量的形式，这种能量是宇宙间能量的根本来源，它维系着宇宙基本能量的过剩支出形式。恒星质光关系和赫罗图的发现更为彻底地揭示物质存量与能量的上述依存关系。物质瞬时存量与空间的流入量可由式（4）导出以下关系：

V=3.546×10-5m（1/ρ）1/2（14）

其中v为物体表面的空间流速，m为物体的质量，ρ为物体的密度。

空间收缩量与能量值的数量关系为：

E=ηV（15）

以地球引力定义的太阳质量M=1.9892E30KG。代入式（14）得V=1.8793E24M3/S。

太阳总辐射功率Q=3.83E26J/S。则得空能转换系数η=203.8J/m3由太阳数据获得空能转换系数没有考虑其质量增长，因而数值偏小。

对于恒星辐射、星云红化、超新星爆发、类星体发光、太阳系行星及卫星含有内部热源等现象所说明的宇宙物质普遍存在着的能量过剩支出机制，由空间运动论所给出的解释是：我们所知的自然宇宙空间，其最根本的运动是以物质为最终目标的聚集和收缩，因而不可能是膨胀或扩张的。目前公认的、有较大影响的宇宙大爆炸理论的解释是：所有能量来源于更高级的能量存在状态（爆炸前的奇点）。显然这是形而上学的理论推演方法，对一种现象无法解释时往往假设一个更高的同样无法解释的原因来解释现有问题，这从特征上类似于用乌龟下面还是乌龟来解释大地不沉，或者用上帝来解释第一推动的问题，是是哲学对于宇宙间普遍存在的空间、物质、能量的依存关系的认识处于初级阶段的标志，不能发现现象背后的本质而导致对不同的现象本身提出了相对独立的解释。

宇宙大爆炸理论的核心支持论据显然是哈勃红移现象，其它的支持依据缺乏唯一针对性，例如微波背景辐射就可以同时是宇宙收聚产能的证据。这就需要我们对大爆炸理论的另一支持条件——宇宙普遍存在的红移现象——给出不同于以往的解释。哈勃在发现宇宙的普遍红移现象后，应用多普勒效应的原理给出了所有被观测星系都在退行的结论。这里的问题是用多普勒效应解释红移现象的唯一性从方法论的角度如何得以保证。如果仔细考察空间退行引起红移的论断，则显得武断和缺乏论证。这种先验的判断在科学发展的进程中不断地遇到无法逾越的障碍。无法解释的第一个难题是河内星系亦存在红移现象，甚至太阳也存在扣除引力红移以外的无法解释的剩余红移，这些现象都难以用多普勒效应给出令人满意的解释。其次，对于一个由固定结构给出固定距离的体系来说，退行的理解是难于解释物质的成团聚集性和结构的相对稳定性的。第三，哈勃常数数十年测不准的事实也提示我们，在这个问题上完全有机会提出有别于哈勃红移解释理论的新的解释方案。如果不把哈勃红移现象作为简单否定空间运动理论的证据，而采取审慎分析的立场看待这个问题，也许是更深刻地认识和了解我们所处宇宙及其自然

规律的一个契机。

以空间运动论观点为基础建立的宇宙普遍红移现象的解释要点是：由于物质的存在引发了空间向物质的运动，空间运动速度的量值取决于星体物质的质量大小和离开星体物质的距离两个决定性因素，星体物质的质量提供了空间相对于质心运动的可以称为星体特性的绝对速度，离开星体物质的距离提供了空间运动的当地观测速度。我们目前所知的星体的红移实际上包含着决定于上述两个速度的两种内涵有所差异的星体红移。处于星体环形空间流场中与物质质心共线的两点间距离的数值代表着两点间当地观测速度的大小，相对距离越大红移就越大。如果

将星体自身作为观测对象，则离开观测体距离的大小与红移的数值相关，观测点离开形体的距离越远红移的数值越大，且越接近一个恒定的值而对距离的敏感性越低。由于上述原因，从离开星体物质的观测点作实际的红移观测操作得到的星体红移数值有两种情况：一是观测点离开被观测点还不够远空间运动的速度与距离明显相关的当地观测红移。一是观测与被观测两点间的距离已经足够远空间运动速度与星体距离相关性差的绝对红移，在观测点所观测到的红移接近于在静止空间观测星体获得的红移数值。视星等与红移的关系从客观上证实了空间运动对光子运动的影响，是空间运动论的最为直接的证据之一。质量越大的星体红移越大，类星体是超大规模的物质聚集体因而有更大的红移现象。

4.支持空间性质哲学描述的观察证据及其对物理现象的解读

宇宙空间是最佳的实验室，其既存的自然现象可以为空间性质及其作用规律的理论陈述提供实证检验，由空间运动论推导出的结论既是关于自然界的新的知识内容，也是检验空间运动论的观测和实验基础。为简要起见，以下叙述省略推理及推导过程。

实测的地球和月球地热流失量数据由于星体在真空（无物质及能量的空间）中近似理想的绝热体系而比计算的由空间收聚产能获得的地热小七个数量级。这一事实说明，空间流入星体内部所形成的巨大的能量不能从表面完全传导扩散而大量地聚集于物质内部，同时在星体提供的高温、高压极端环境条件下能量开始凝聚转化成物质。较小的星体（如地球）不发光，则聚集的能量几乎全部转化为物质，因而星体的增长速度较快。当星体（如太阳）具有了发光的能力后，就获得了对流和辐射传热的有效热扩散方式，使能量的较大部分转化为辐射能，星体质量增长速度相对降低。由于上述增长速度的差异，星体在经历足够长的时间后就会在同一恒星系内形成质量相近的

双星或多星体系。这就是说宇宙间普遍存在的双星及多星体系是星系演化连续过程物质增长表现出的必然结果，而不是随机的由引力作用产生的组合过程的偶然现象。多星和双星体系的普遍存在这一现象本身，就是上述物质积累式演化历史的证据。在类似星体内部环境的条件下，能量可以转化为物质是空间运动理论的基本支持条件之一，因而也是空间运动理论成功与否的检验方法。

宇观空间由于物质的存在而加速增生能量及物质，相反没有物质内涵的空间的能量和物质产生速度较慢，这是宇

宙次级结构中物质成团聚集的原因。若引力单一地决定于物质的质量，且物质质量的数量保持恒定时，引力必将是一个恒定值，星云和星系物质固有的结构和运动状态也必将保持不变，因而不会产生收聚、盘卷等运动特征。宇宙间普遍存在的星盘、星系的结构形状说明物质在不断地相互接近，这也就是说物质周围的引力在不断地增加。由此可以解释宇观物质聚集形成层级结构的动力机制。在空间运动论描述的宇宙产能机制条件下，恒星演化发展理论的理解应该是：形成主序星体有两条不同的途径，即巨型星云收聚形成红巨星，小星云形成较小的不发光星，然后由于物质不断地增长汇聚于主序。所有星体的质量都会逐渐向上攀升形成恒星、超巨星，继续增长则会成为辐射较高能量（紫外、X射线、γ射线）的可见光外星。赫罗图描述的星体分布规律就是上述过程的观测证据。类星体的存在方式也可以由此获得解释：星体质量增加的最终结果是使星体周围空间收聚速度趋近光速，产生较强的发光现象（日冕产能机制与此物理机制相同）。这样的理解可使宇宙间物质的存在形式具有连续、相关特征，从而揭示了星体的观察特征间的普遍相关性。修正了目前天文学学对恒星演化发展理论作出的解释，而且在解释中将独立形式存在的星体类形理解为同一星体连续演化过程的处于不同演化阶段的个体。

恒星的质量与其光度的相关关系也是物质产能机制最直接的例证。光度与物质温度是四次方关系，物质温度与内能是线性关系，而认为物质质量是其内能产生的唯一来源，由式（1）可知物质质量与内能也是线性关系。由此导出质量与光度的理想形式也应是四次方关系。经验关系的指数只是接近四次方说明其含其有系统测量误差，发现和解释这种系统误差是检验空间运动理论的又一有效方法。同时也将会对天文观测的技术进步产生重大影响。等量物质产生等量的能量，物质量增长使得物体体积数量的增加速度要比表面积数量的增加速度快，所以增量吸收的能量使物体表面温度增加，使光频存在随星体质量增加向紫端移动的倾向，这也就是辐射频率随质量增加缩短的原因。

太阳观测特征中重要且需要给出解释的现象有内部结构、太阳黑子、日冕反常加热以及角动量分布规律等几个方面的问题。①空间是最理想的能量及物质的存在形式，因而它所具有的对物质的穿透能力比目前所知任何物质粒子（例如目前观念中的中微子）的穿透力都强，产能过程会深入到太阳的质心。由全部太阳物质引发的空间运动产能，受球体的几何特性和太阳物质密度随半径增加两方面原因的影响，能量的分布并不均衡，分为三个层次：

首先是日冕层次。单位物质空域占有率大，则单位物质量拥有能量大，所以粒子的动能大。从日冕边缘到大气边缘温度梯度较大，表示密度增加的梯度较大。日冕大气中高质子温度和低电子温度也说明质量和能量的相关性。其次是大气与固体物质气化对流层。由于对流作用温差相对小，单位物质拥有的能量均等的结果，温度介于日冕与固体内核温度之间。第三是核内高压固体层。由于单位物质所围空间数量少且物质密度大，产生的能量不足以液化高密度的固体物质，太阳形成核心低温区。②对流作用将对流层热量大部被带往表面，少量热量热传递进入内核与内核物质自身所产的热量被用于转化为物质，元素发生非核反应形式的增重作用使密度继续增加。所以太阳核心是由重元素构成的致密固体内核。太阳黑子是由于太阳系行星物质的大部分运行到银心与太阳的连线附近，造成空间流动有利于太阳吸收的状态时产能效率增大，将核心高压固体边缘融化，并由强烈对流带到表面所形成的现象。显然黑子及其发生的周期、辐射、低温、化学构成的特征是符合上述理论的。非几何造父变星的光变原因应与太阳黑子产生的机制是相同的。其它星体（如地球）的内部结构也与太阳的内部结构相类似，由重元素

构成星体的固体核心。③太阳系是普通的恒星系，其观测特征具有星系的普遍代表性。太阳原始星云的运动应符合空间运动理论及角动量规律。星云中的角动量效应会造成星云的细微环状条带分离，不同的条带形成相应的行星。从星云一般情况下不是圆形的这一结构特征可知，同一片星云中会产生原始质量不同的多个引力中心。这些中心在完成物理瓜分星云物质之后的自增长过程中增长速度的差异改变引力中心的运动结构。太阳原始质量大，增长速度快，木星逐渐由太阳的小型伴星降格为从属的行星。太阳长大到一定程度时内部物质气化膨胀，发生小规模爆发，将大气层下的固体物质外壳抛射到空间，其最远抛射外缘达到小行带，此后太阳外壳物质形成木内行星。太阳系的基本结构就此形成。未来的太阳系由于太阳发光使能量聚集速度减慢，将沿着主序缓慢攀升。而木星成为增长速度最快的太阳系天体，当其质量再次接近太阳时，太阳系物质重新分配形成双星结构。太阳将增加一颗暗伴星。未来的木星如不受太阳系以外因素的影响，将同太阳一样从赫罗图底端的红矮星向巨星方向发展。④角动量分布规律是指作环绕运动的天体系统内，角动量由质心向外逐渐增加的趋势。如太阳系90%以上的角动量在太阳以外是不符合角动量应该按质量均匀分配的正常情况的。这一现象显然可用物质自增长造成引力增加给出科学合理的解释。如中心物体的质量增加较快时，由于角动量守恒就会造成两种效应：天体的运动由于引力增加引起速度的增加和中心天体由于物质的增加引起转速的减慢。在远离原始星云形成初期的任何确定时间观测到的结果，均是上述两种效应历史积累的结果。可由此反推物质体系的发展历史：太阳系的核心质量形成之初约是现在的两万分之一，是目前地球的十倍左右。太阳存在的历史要比现有认识长的多。恒星自转速度随星体质量

增加的现象，可以由引力增加使物质收聚作出解释。恒星的物质（如行星、气体）在不断增加的引力作用下撞击恒星，其动量部分转化成能量扩散消失，大部分仍以动量的形式被恒星的自转所容纳，吸集物质多的恒星自转速度快。这一推论应该能找到较大恒星的物质存量稀少的证据。由此可推论一种现象：星系物质在可见星阶段，物理结合过程聚集物质的速度大于物质自增长的速度。太阳系普遍的行星进动是由于太阳持续的质量增加所造成的行星缓慢的加速运动的现象。水星进动的另一种提法是水星运动加速，由于以前的理论没有找到加速的理由，所以将这一现象的解释复杂化。太阳物质的持续增加使其对水星的引力不断的增加，轨道由圆变为椭圆的过程是水星运动能量积累的过程。太阳系行星轨道之所以是椭圆，所依据的原理是一样的。彗星是运动速度增加使轨道椭圆化的极端例子。轨道的椭圆化是一个以结构的改变储能的过程，也是一种演化时间记录。由此推论去评价星系的形状，可以发现星系形状由圆形到椭圆再到旋臂的顺序是其年龄顺序的记录，同时也是其质量顺序的排列。这就可以统一解释角动量分配玄疑、行星剩余进动、暗物质问题。

地球是观测最精细的不发光的星体，从地质考古中应该能够发现物质自增长的有效证据。地球物质当前的产能效率是5.811E20J/S，由爱因斯坦质能关系折算可得每秒增重量约为6.7T/S，这是地球板块等地质运动基本动力的主要来源来源。由此可以推论地球物理聚集之初的体积较小，冷却后表面完全被水包围。因为地球物质增加的缘故，古大陆从水底长出并分裂。地质结构的成因、地球自转的减慢、洋底海沟的扩张、地震的机理都可以用地球质量的增长理论给出完美解释，这同时也就是空间运动论的证据。

以静止空间观念为背景猜测的黑洞特征在运动空间条件下将有较大的变化。空间流入物体的速度在物质的质量直径比达到C2时将达到光速，空间运动在进入光速运动区域之前即会收缩产生大量辐射能量。由于空间运动方向与观测到的光子运动方向相反，空间运动速度大，从外部观察就会有大的红移特征。由于空间连续性的规定大质量直径比的物体不存在不被发现的视界。黑洞是一种可见的星体，类星体的观察特征具有大红移、高光度的特征与此相吻合。

物质自增长理论得出的关于新星、超新星爆发的主要原因有两种：a.固体小星体（例如地球）增长到一定质量时，星体温度会增加到其构成物质的气化温度，星体在较短的时间内气化膨胀，并抛射出物质外壳；b.中心星体引力增大使星系坍缩，其环绕星体落入中心星体产生的爆发现象。与上述理论相吻合的是观测到新星爆发有向银心聚集的趋势。