关于宇宙运行的几个哲学、物理学问题思考（物理篇）
------物理学的逻辑思考
物理学在二十世纪上半叶迅猛发展，形成了两大物理理论，即相对论和量子场论。目前遇到了瓶颈。一些观念制约着人们的思想。我们需要理清思路，方可前行。
一、经典力学体系逻辑
（一）物质的作用性和力的概念
1、物质的作用性
在哲学篇中阐释了“联系与作用规律”的含义，即万物是有联系的，而且是通过相互作用而联系的，相互作用是通过物质的传递实现的，只有物质的相互作用才能体现物质的存在，只有相互作用才能支撑物质的空间位置和发展时序。物质运动的根本原因是物质的相互作用，物质是通过物质间的相互作用并形成相互制衡而存在。
在哲学篇中我们将事物的作用性分为三个层次，即基本作用性、基础作用性和复合作用性，基本作用性起根本作用。基本作用性就是统一性中的相互吸引性、相互碰撞性和对立性中的互相排斥性、互相离散性。
从物理上是以力的作用建立起物质间的相互联系和相互作用，力与相互联系和相互作用是同等意义，相互作用表现为四种基本力（也许还有其他基本力）和碰撞作用。
2、力的概念
力是改变物质运动状态的根本原因，运动状态的改变必然是力的作用。各种力的作用效应是一致的，可以统一度量。这是哲学上的万物运行具有自洽性的基础，也是统一的物理体系建立的基础，所以是根本性原理，我们可称之为力的作用性原理。
一般将力定义为物质与物质之间的相互作用，相互作用是通过物质场传递来实现的。力的大小、方向、作用点是力的三要素，为矢量。力是使物质改变运动状态的根本原因。
在经典力学中，牛顿第一定律(惯性定律)是对实物物质的惯性下的定性定义，其实质是实物物质的质量，但没有给出定量。牛顿第二定律首先是一个实验结果，确定力、质量和加速度的关系，即力等于物体的质量与加速度的乘积，所以它是一个定律。但这个定律同时给出了力和质量的定量定义，所以它又是一个定义性定律。力和质量应是一对直接相关的物理量，当力一定时对不同质量的物体产生的加速度是不同的，通过对加速度的测量即可计算出两个物体的质量比，定义一个物体的质量值，即可确定另一个物体的质量，再通过牛顿第二定律公式就能确定力的数值。显然质量是一个基本量，而力是导出量。质量就是物质的数量，这种说法是不准确的，物质的数量也可以用摩尔数、体积、重量等表示，而质量可以当作物质的数量是因为实物物质惯性质量具有相对固定值，所有可以用来表示实物物质的数量。
力的效应有，一、做功，在物体（物质）运动方向上的力将改变物体（物质）的运动速度，从而动能从一个物体传给另一个物体；二、改变物体运动方向，在物体（物质）运动垂直方向上的力将改变物体（物质）的运动方向，但不做功，没有动能传递；三、力的作用除了改变运动状态还有保持运动状态的作用，即维持势能，力可通过力的平衡（如动的平衡、惯性离心力等）约束物体的机械运动而形成势能禁锢；四、形成碰撞，作用力和反作用力使动量和动能重新在两个碰撞物体（物质）间分配，并可能改变运动方向。
力的作用与物质的运动一样要通过时间和空间来实现。而且，物体的运动状态的变化量或物体形态的变化量，取决于力对时间和空间的累积效应。且两力作用于同一物体所产生的加速度，是该两力分别作用于该物体所产生的加速度的矢量和。
3、基本力的作用方式
苏联物理学家朗道在《场论》中指出，“实验证明，瞬时的相互作用在自然界中是不存在的。因此，根据相互作用的瞬时传播观念的力学，本身就含有某些不确定性。实际上，如果相互作用的物体中的一个发生任何变动，仅仅在某一段时间过了以后才能影响到其他物体。只是在这段时间以后，由于最初变动所引起的过程，才开始在第二个物体上发生。用这段时间除两个物体间的距离，就得到相互作用的传播速度。”“值得注意的是，由相对性原理可以推断相互作用的传播速度在所有惯性参考系统中都是一样的。因此，相互作用的传播速度是一个普适常数。------这个恒定速度就是光在真空中的速度。”
这一思想在量子理论中也得到了验证。玻色子是在粒子之间的作用中起媒介作用和传递相互作用的粒子，具体是电磁相互作用的光子、弱相互作用的W 及 Z 玻色子、强相互作用的胶子，以及尚未验证的引力相互作用的引力子。而力的本质就是物体之间抛接玻色子的过程，或者说玻色子在物体间传递力的作用。
任何两个粒子之间的作用总是相互的，力的大小相等、方向相反，这些是符合牛顿第三定律，但力的延迟性却不满足牛顿第三定律。
显然，物质基本相互作用具有以下特征：一、相互作用一定是物质（场）的传递；二、作用的传递不是瞬时的，即具有延迟性，并具有一定速度，最大速度为光速，光速传递且与参照系无关；三、具有相互性，即力一定是两个物体之间的相互作用，并为同一性质力，最终都会作用到力源体上；四、四种基本力是所有物质作用的最终体现。
这里需要指出的是，相对论将引力作用“时空”化，由于质量作用改变“时空”，从而影响物质的运动，我们假设存在引力子，那么引力子是作用于时空，还是直接作用于物质？另外由于W及Z玻色子静止质量不为零，弱相互作用传递速度应该不可能是光速。
4、牛顿第三定律的局限性
牛顿第三定律一般表述为两个相互作用的物体，在无外力的情况下，它们之间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。作用力与反作用力具有瞬时性，即为过程中的同时性，或是说同时产生、同时消失、同时变化。
在惯性系中实物物体之间的相互作用时，假定作用是瞬时的（严格讲是同时的），如在哲学篇中的物质碰撞作用性，作用力与反作用力就会是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，这样我们研究物质的碰撞过程会非常方便。并由此引申出动量守恒定律。显然“假定作用时瞬时”具有局限性，与作用的延迟性相矛盾。
由于四种基本力具有延迟性，所有严格讲都不满足牛顿第三定律。而四种基本力是所有作用的最终体现，那么牛顿第三定律在自然界中也是不成立的。就是物质碰撞作用性也不可能是瞬时的，因为其最终还是体现为四种基本力。
可见牛顿第三定律是一个近似性定律，其引申出动量守恒定律是整个作用过程完成后成立，这是因为物质基本相互作用具有相互性，并为同一性质力，最终都会作用到力源体上的特征。所以动量守恒也不是瞬时性守恒，而是过程性守恒。
作用力与反作用力的形式，一是相互的吸引力，如引力作用，两个具有质量的物体的引力作用，是它们共同的作用。（但在广义相对论中，引力用时空弯曲来表述，物体在时空中运行遵循短程线规则，那么作用力与反作用力就失去了意义）；二是电磁性实物物质的异性相吸力和同性相斥。（局部电磁场对电磁实物物质的作用并不具有作用力与反作用力的性质，而只能是对电磁性实物物质的单向作用力，因为无法确定具体的场源）；三是实物（粒子）的碰撞作用，是由于实物具有时空排他性，当两个物体或粒子的运动轨迹具有某一相同“时空”点，就会发生碰撞，即碰撞作用。也可以说这种作用是实物与时空共同作用的形式，在哲学上我们把这种作用定义为统一性的碰撞性（也可称为共轨性造成）。
由此可以看出引力和电磁力甚至其他物质场力（即基本力，我们可称之为原生力）并不完全具有作用力和反作用力性质，而碰撞作用必然具有作用力和反作用力性质，这种作用力实质是阻挡力。
5、惯性力不是力，对物体运动起制衡作用的不仅仅是作用力
物质的运动（机械运动）在物理上的最基本形式为匀速圆周运动、匀速直线运动、变速运动和它们的混合运动（曲线运动），相对静止是物质运动的特殊形式。匀速圆周运动是吸引力（向心力）和物体惯性共同作用的结果。直线运动即运动轨迹是一条直线的运动，其分为匀速直线运动也称惯性运动和变速直线运动。惯性运动物体所受外力的合力为零时，靠其的惯性所做的运动。
牛顿在《自然哲学的数学原理》里定义惯性为“物质固有的属性，是一种抵抗的现象，它存在于每一物体当中，大小与该物体的质量成正比，并尽量使其保持现有的状态，不论是静止状态，或是匀速直线运动状态。”也就是说惯性是指物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质，是物体的一种固有属性。其表现为两个方面，一是运动方向的不改变性；二是运动能力的不改变性。质量是物体运动能力即惯性大小的量度。
从上面的分析得出，惯性是表述物体运动状态改变的难易程度，或为物体对其运动状态变化的一种阻抗程度。我们假设用一种力来度量惯性，即度量物体运动状态改变的难易程度，而且这种力可用牛顿第二定律衡量，我们称这种力为惯性力。显然惯性力实质上是无作用力，是一种假想力，实际上并不存在，其没有施力于物体，是用来描述运动状态的。惯性和惯性力，在本文的哲学篇中表述为实物物质的离散性作用。惯性力主要有两种形式：平移惯性力（简称惯性力）即维持运动方向上的运动状态能力，与质量有关；离心惯性力（简称离心力）即维持运动方向的能力，与运动速度和质量有关，显然不是向心力的反作用力。
制衡物质运动状态都是以作用力来表述或称力的分析，如桌子上的物体之所以相对桌子静止是因为物体受到向下的重力和桌子对物体有向上的支撑力，其大小相等方向相反。火箭是靠火箭的推力大于地球的引力而飞离地球。在分析物体的匀速圆周运动时我们假想出不存在的离心力，这说明物体圆周运动并不是向心力与离心力的平衡或制衡的结果，而是向心力与物体运动共同作用的结果。也就是说对物体运动起制衡作用的不仅仅是作用力，物体本身的运动就是起制衡作用的重要因素方面。
我们知道四种基本力表现为吸引力为主，排斥力只有电磁相互作用中的同性电场或磁场的相斥，说明基本力是不平衡的，而我们的宇宙是相对稳定的状态，其重要原因是物质（实物）运动的平衡状态往往是吸引力与有质量的物质运动速度的平衡，这种平衡是势能与动能的制衡。当然由于电磁相互作用具有同等量的吸引力和排斥力，所以在我们周围大多为电磁相互作用，起制衡作用的以电磁的吸引力和排斥力为主，如日常物质（化学物质）的化学成分、分子结构、相态以及生物世界等等。在天体物理中起制衡作用一定是引力与物体本身的运动（或称之为离散性作用中的惯性作用，再次强调惯性作用不是“力”的作用）。
6、信息物质流、信息流、意识流
物质相互作用一定是物质（场）的传递来实现的，物质相互作用在物理上就是力的作用，最终体现为四种基本力。人们通过获得物质世界的信息来认识物质世界，获得信息的过程一定是物质作用的过程，也就是物质（场）传递的过程，这种物质（场）传递对于我们的思维称之为信息物质流。信息物质流反映物质流源的运动状况和变化。信息物质流所载的信息称为信息流。所谓意识流，是人为的附于信息物质流的特殊意识意义。红色信号，红色光是物质流，附于停车意思是意识流，其与信息源的运动状态无关。
信息流一定是物质流，物质流一定是通过相互作用形成互相的联系，所有相互作用是信息的本质。相互作用物理上就是基本力的作用，目前基本力的传递速度为光速，所有信息传递最高速度为光速。狭义相对论光速的作用其实是物质作用的速度，不仅仅是光速不变原理的意义。参照系间的联系是作用的联系，不是光的信息联系。两个参照系的同时的相对性其实是讲两个事件，这两个事件是相互独立的，所有它们的相互比较是没有物理意义的，因为它们之间没有产生作用。如果强硬进行联系，就是一种“观察者效应”，是一种非物质反应，即意识行为。
通过物质流的检测结果的分析总结出的理论是意识活动，并可对信息源运动状态形成推论和判断。
（二）、物质运动的物理状态部分参量分析
物理性物质运动研究，是从相对抽象实体物质状态（质量、惯性、加速度、力等）逐渐向微观具体实体状态（基本粒子、物理场、基本力等）方向发展，从而使宇宙运行规律在物理层面上达到高度融合和概括，且把物质运动的具体形式作为主要研究内容。所用的工具是实验（包括思想实验），表述的方法是数学和基本模型。
物理上对物质及其运动的研究方向主要分为两大类：一是宏观天体，以广义相对论为基础，将物质作为一个相对整体加以研究，其能量、动量、空间、时间以及物质场等作为研究要素；二是微观基本粒子，以相关量子理论为基础，研究物质的基本组成即基本粒子和物质场及其相互作用，并将基本粒子的属性分为外在属性和内禀属性。外在属性主要是能量、动量、空间、时间等，可通过物质间的相互作用而改变的物理量但不改变物质本性。内禀属性是某种物质特有的，如静止质量、电子的电荷、自旋、宇称、夸克的色荷和味荷等。
哲学上我们将实物物质运动的本性称之为离散性作用（哲学篇），在物理学中称之为惯性，用动能、动量和角动量来衡量，而动能是反映离散性作用中的实物物质运动方向上的惯性能力的度量，这就是动能的本质。角动量是反映离散性作用中的保持实物物质运动方向的惯性能力的度量。动量是反映离散性作用中的实物物质运动全部的惯性能力的度量。实物物质运动一般是指机械运动。
1、动能
一般是通过力的做功来定义动能的。其实在动能定理中是同时定义“功”和“动能”这两个概念，并确定它们的关系。牛顿第二定律与运动学方程的位移和速度的关系公式导出动能定理（F×s=(1/2)m(v2)^2-(1/2)m(v1)^2）。
动能反映了力对空间的积累效果，即做功本领（Fs），这是动能定理公式的左侧，是“功”的定义。一般功是这样表述的，合力与物体在力的方向上通过的距离（位移）的乘积称为功。我们也可以表述为合力在物体的移动方向上的分力与移动距离的乘积称为功，而另一分力与移动方向垂直且不做功，只改变运动方向（此项在两个矢量叉乘中消失）。这两种表述是等价的，因为功是力与位移的叉乘。后一种表述与前面所述的力的效应（运动方向上的力做功，垂直方向上的力改变运动方向不做功）相一致。
动能定理公式的右侧表示实物物质的运动状态的变化，即定义为动能的变化，其前后项即为实物物质的运动末期和初期动能的定义量，所以动能定义公式是：Ek=(mv^2)/2，其中Ek为动能，m为物体质量，v为速度。在相对论中完整的公式是：Ek=m0C^2/√(1-V^2/C^2)-m0C^2，其中m0是静止质量。
显然，动能是描述实物物质运动的能力，是实物物质运动的状态量，并只描述实物物质运动方向上的保持运动状态的能力，表达了某一时刻实物物质具有的做功的本领，且以机械运动转化为一定量的其他形式运动的能力来量度机械运动的。而实物物质的动能还可通过做功的方式，转变为势能、内能、电能等其他形式的能量，反之也是，所以这种做功能力可转变能量形式，更具有普遍性，也是功跟各种形式的能量变化的共同关系，即功是能量变化的量度，是改变实物物质的运动状态的原因，是过程量。所以动能可称为物体机械运动的量度，也可以说实物物质的动能可用以做功量，即动能为物体因机械运动而具有的作功本领。
动能是相对的，不同参照系其量值不同，参照系确定其动能值确定。由动能定理可知实物物质相对参照系获得或失去动能，其量值为力与作用位移的叉乘，且与实物物质质量和速度有关。当两个参照系之间具有一定的相对速度，实物物质相对两个参照系的速度将会不同，当然在狭义相对论中质量也是不同，所以其在两个参照系中的动能也是不同的。但动能变化量值不随参照系的改变而改变，因为力的做功是相同的。
可见，动能是描述实物物质运动的物理量，具有以下性质和作用：
a、动能是专指实物物质机械运动的状态量，在某一时刻，一定质量的实物物质具有一定的速度，即具有一定的动能，恒为正值的标量，并具有瞬时性；
b、由于速度是相对于参照系的，所以动能也具有相对性，对不同的参照系，实物物质速度有不同的瞬时值，也就具有不同的动能。实物物质动能对应某一参照系是唯一确定的；
c、实物物质所具有的动能反映了力对空间的积累效果；
d、做线性运动的实物物质且自身又在旋转，其质心运动的动能与相对于质心轴转动的动能之和为实物物质的总动能，即动能具有叠加性。但这两种动能在一个整体系统的反映是不同的，后面将有相关论述；
e、动能是一切能量的转换基础或衡量标准。实物物质的动能可转变为势能等其他形式的能量。用动能转换的量来确定或计量其他能量值，从而可以统一度量，这种转换是由物理定律决定的，因此动能可作为能量的一般量度。
2、动量
动量定理定义了动量和冲量，并确定了它们的关系。牛顿第二定律、牛顿第三定律与运动学方程的速度和时间公式导出动量定理【Ft=m(v2) -m(v1)】。
动量定理公式的左侧定义为冲量（Ft），是力对时间的积累，右侧表示实物物质的运动状态的变化，即定义为动量的变化，其前后项即为实物物质的运动末期和初期动量的定义量，动量定义公式是：P=mv，其中P为动量 ，m为物体质量，v为速度。因为速度为矢量，所以动量为矢量。
从动量定理可以看出，冲量是实物物质动量变化的量度，动量的增减表示实物物质运动状态的变化，冲量则是引起运动状态改变的原因，显然这是一个过程。由此可见动量也是物质运动状态量，反映了力对时间的积累效果，表达了机械运动传递的本领，机械运动所传递的不是速度，而是物体的动量。动量，总是指某一时刻或某一位置时物体的动量，即具有瞬时性。
由于动量是矢量，是描述实物物质运动的能力，涵盖运动方向上的运动能力和运动方向改变的能力。即从力的作用效应看，动量反映了力作用于实物物质的两种效应（做功和改变物体运动方向）和原实物物质运动状态的全部结果，其只限定于机械运动。这与动能有着很大的不同，动能只能反映力在实物物质运动方向上对实物物质的作用。动量与动能具有P^2=2mEk的关系式。
将力定义为动量的时间变化率，是不恰当的。因为牛顿第二定律直接定义了力的概念，然后由牛顿第二定律、牛顿第三定律和运动学方程的速度和时间公式导出动量定理，并定义了动量和冲量，所以“力是动量的时间变化率”是这一过程的导出结果，即力是动量变化的原因，否则就是循环定义，但在狭义相对论中有所改变。
在经典力学中，动量守恒定律是动量定理的一个结果，即当合外力为零时动量守恒。其中隐含内力作用不改变这一性质，这是由牛顿第三定律所决定的。所以动量守恒定律应是一个定理。能量守恒定律由于内力作用也会导致能量形式的改变，而且合外力有可能转变为不同形式的能量，但总的能量守恒，这是经验和实验的结果，而不是推导出来的（动能定理更导不出），所以能量守恒一定是定律。
一般都是先定义功、冲量和动能、动量，在用动能定理和动量定理将它们联系起来，这也是物理发展的顺序。但从物理原理内在的联系看，要理解功、冲量和动能、动量这几个概念的意义，应该是先通过牛顿第二定律和运动方程推导出动能定理和动量定理，从而确定功、冲量和动能、动量的概念和意义，这样的逻辑是恰当的，经典力学体系简便明了，易于物理理念和过程的理解。但在狭义相对论动力学体系将会有很大变化。
3、角动量、角动量定理（本文只讨论质点绕轴转动）
转动是实物物质运动的重要形式，在哲学上是离散作用和吸引作用共同作用的结果。在力的效应看是实物物质的惯性和力的做功（在物体运动方向上的力将改变物体的运动速度）共同与力的改变物体运动方向（在物体运动垂直方向上的力将改变物体的运动方向，但不做功）总体反映。这种形式普遍存在于物质世界中，如果没有转动的运动形式就不会有我们的物质世界，或者说物质世界就不会是我们所看到的样式。
1）角动量理论是研究实物物质转动的理论，是动量理论的延申和扩展
动量定理为Fdt=mdv=dP，即力的大小和作用时间决定了动量的变化量。把物体的受力点和转动轴之间的距离 r （力臂）考虑进去，即动量定理公式两侧叉乘上力臂，可得到r×Fdt=r×dP=d（r×P）。定义， r×F为力矩（M ）， r×P 为角动量（ L ），则有Mdt=dL ，说明力矩的大小和作用时间决定了角动量的变化量，这就是角动量定理。由此可见角动量是物体旋转运动的状态量。
也可以先定义角动量（ L ）为 r×P，即 L = r×P。求角动量对时间的变化率得：
dL/dt=d(r×p)/dt=(dr/dt)×p+r×dp/dt
上式中，右侧前项的dr/dt=v，p=mv，两个部分叉乘为零，可得：
dL/dt= r×dp/dt=r×F （根据动量定理，dp/dt= F）
令M= r×F，且定义为力矩M（即径矢r与力F的叉乘），所以有dL/dt=M，即为角动量定理的表达式。
以上两种方法意义相同。但力矩的概念形成的比较早，起源于阿基米德对杠杆的研究。力矩是物体旋转的原因或动力，表示力对物体作用时所产生的转动效应的物理量，是较早得到定义的物体旋转运动的物理量。角动量定理的推导也可以先定义力矩M，即M= r×F，根据动量定理（dp/dt= F）推导出，并在过程中定义角动量L。这更接近物理学的实际发展路径。
2）从物体旋转的运动方程来推导角动量定理
首先确定转动惯量这一概念。我们知道动能Ek =(1/2)mv^2，旋转物体的线速度v有v=ωr，ω为角速度（角速度ω=dθ/dt，θ为角位移），r为质点与转动轴的距离即转动半径，将线速度公式代入动能公式，得到：
Ek=(1/2)m(ωr) ^2=(1/2)m r ^2ω^2
由于质量m和旋转半径r一般不变， m r ^2在旋转运动中也为不变量，我们定义为转动惯量J，即J= m r ^2。
转动惯量又称质量惯性矩, 显然转动惯量是物体保持原来转动状态能力的物理量。
在旋转运动中，动能Ek=(1/2)Jω^2。定义M=Jα，其中M为合外力矩，α为角加速度。显然力矩是物体旋转运动的原因，即力矩直接导致物体的角加速度α，其实质是牛顿第二定律的延申，也是动量定理的延申。由于角加速度 α=dω/dt，所以有：
M=Jα=J dω/dt=d(Jω)/ dt
这里将（Jω）定义为物体的角动量L，即 L=Jω，其微分形式为 dL=Jdω ，那么就有角动量定理：
M=Jdω/dt= d(Jω)/ dt =dL/dt （向量问题不在此讨论）
即，物体所受的外力矩等于其角动量的变化率，角动量的变化量是力矩对时间的累积效应。
3）角动量定理的推导方式的分析
上述几种角动量定理的推导不同点在于，第一类第一种方法是由动量定理出发，经与径矢r的叉乘后，在式中同时定义了力矩M和角动量L，最终导出角动量定理；而第一类第二方法是先定义角动量L或力矩M，根据动量定理推导出角动量定理，并在过程中确定力矩M或角动量L的定义。个人认为第一种在一个公式中同时定义了角动量和力矩，从而明确了它们的关系和由来，说明这两个概念是不可分割的关系，数理逻辑更清晰。
第二类推导方式是从动能定理出发结合旋转运动方程推导出角动量定理。很难看出角动量L与动量P的关系，角动量L的动量矩的旋转的物理特性明显，但看不出力F与力矩M的关系。显然它们隐含在力矩M的定义中。而第一类推导方式也看不出力矩M、角动量L等概念与旋转运动方程各个运动量的关系，而显得不直观。当然这些都可通过推导来建立联系{L=r×P=r×（mv）=mr^2ω=Jω}，而且都能证明角动量是动量的延申和扩展。
这两类角动量定理的推导方式的等价的原因在于对力矩M的定义是等价的，即第一类力矩M的定义M= r×F与第二类力矩M的定义M=Jα是一个意义，只是反映实物物质旋转运动的不同方面，这里不再做具体推导。
需要注意的是径矢r是一个可变量，与向心力有关，所以转动惯量也是可变的。向心力公式：F向=mrω^2 =mv^2/r=mvω 其中：F向为向心力，v为线速度 ，ω为角速度，r为物体的运动半径。这里不做具体讨论。
从角动量定理Mdt=dL式子可以看出，当合外力矩M为零，dL为零，即角动量是常量，此为角动量守恒定律，显然角动量守恒定律是推导出的定理而已。需要明确的是合外力矩M为零，并不是合外力为零，只是旋转向心力不可能为零（否则就不是旋转运动），向心力的变化不影响角动量守恒定律。这也说明角动量守恒，动量不一定守恒，它们互为独立。当两个物体通过吸引力联系在一起，如地球和月亮，它们作为一个整体进行旋转运动，这时吸引力为内力的互为向心力，其角动量和动量都守恒。
4、动能、动量、角动量之间的关系
动能、动量、角动量都是表示实物物质运动状态的物理量，力的作用不同效应对应着不同运动状态量的改变。它们之间有着必然的联系，具有以下关系：动能与动量有P^2=2mEk，动量与角动量有L=r×P。它们的相关定理都是牛顿第二定律导出，动量定理的推导牛顿第三定律起关键作用，角动量将转动因素（径矢）纳入其内，这是造成它们区别的重要原因。它们的区别还在于分别反映不同的实物物质运动状态，动能反映运动的能力和做功本领，动量反映机械运动的传递本领，角动量反映转动状态的量。当物体的动量发生改变时，动能不一定发生变化，而物体的动能发生改变时，动量一定发生变化，角动量也是这样。角动量改变动量一定改变，动量改变角动量不一定改变。
根据诺特定理，每一种对称性对应一个守恒量，空间平移对称性对应动量守恒，时间平移对称性对应能量守恒，空间旋转对称性对应角动量守恒，它们分别有定了守恒定律、能量守恒定律和角动量守恒定律。这就是反映出动能、动量、角动量在对应的不同守恒规律，以及它们的作用是不同的（动能只是能量的一种，不具有守恒性）。
二、狭义相对论动力学框架逻辑
从经典力学框架分析看，其逻辑是清晰的，体系是完美的，但由于光速不变原理造成这一体系框架的破缺。狭义相对论体系解决了光速不变原理造成的一系列问题，同时在经典力学条件下回归经典力学。当然狭义相对论动力学的建立基本沿用经典力学的基本概念和体系框架，并加以推广。
（一）狭义相对论的动量定义、力的新定义和动量定理及动量守恒定律
狭义相对论沿用经典力学的动量定义，并将质量变为与速度有关的可变量。根据相对性原理，狭义相对论首先确定动量守恒定律、能量守恒定律不变，并与洛伦兹速度变换一起导出质速方程，确定质量与速度的关系（质速公式）。同时重新定义动量为P=mv=γ m0v，其中P为动量 ，m为动质量，v为速度，γ为相对论因子（1/√(1-V^2/C^2)），m0为静质量，以及定量定义了质量，质量分为动质量m和静质量m0，m=γ m0。
力的新定量定义。在狭义相对论中，因为质量是速度的函数，所以牛顿第二定律不能成为定律，进而不能用牛顿第二定律来定义力和质量，需要明确力的作用在质量和加速度之间分配关系。狭义相对论首先定义动量和质量，即P=mv=γ m0v公式，对公式两边对时间求导得出以下关系式：
狭义相对论称该方程为相对论力学基本方程，将dP/dt定义为力，这是定量性质的定义。F=dP/dt这一形式与经典力学通过动量定理确定的“力是动量的时间变化率”是一样的，所不同的是这里的质量是速度的函数，是一个变量。
相对论力学基本方程也可称为相对论动力学的动量定理。当合外力为零时，动量随时间的改变而不变，具有动量守恒定律的性质，但这是在先确定动量守恒定律和能量守恒定律的前提下推导出质速公式，而重新定义动量的定量定义，最终确定相对论力学基本方程的必然结果，体现了力是改变运动状态（动量）的根本原因，运动状态的改变必然是力的作用。也就是说在质速公式推导的结果同时完全确定了动量定量定义和动量守恒定律具体含义，而假定条件却是较模糊的动量定量定义和动量守恒定律含义，所以推导的过程也是确定动量定量定义和动量守恒定律含义的最终含义的过程，其与经典力学完全不同。也可以说相对论力学基本方程即也含有动量守恒定律和能量守恒定律，再用相对论力学基本方程来推出动量守恒定律和能量守恒定律是不可取的。
（二）狭义相对论的能量、动能定义和动能定理
在狭义相对论中，动能的定性定义没有改变，但定量定义有了巨大的变化。
根据动能定理F=-dE/dr（r为位移），力对物体做的功等于物体动能的增加，从而可得：
（在这里， m 和 v 都是时间的函数）
其中：
结合质速公式，即可推导出狭义相对论动能方程（定理）：
爱因斯坦将m0c^2确定为物体的静止能量，将m c^2确定为物体的总能量（即E= m c^2）。显然在狭义相对论中动能没有了具体数学形式，只是物体的总能量与静止能量的差。
能量动量关系：E^2=(E0)^2+P^2c^2
（三）相关分析
在经典力学中对动量及冲量的描述，而狭义相对论动力学中有了很大的变化。在狭义相对论动力学中，由于由于光速不变原理、洛伦兹变换和相对性原理导致实物物质运动速度不可能超过光速，实物物质加速度不可能完全体现力的作用，动量将会不守恒，为了保证动量守恒定律成立，质量必然与速度有关。质量不是一个恒定值，质量随速度的变化而改变，致使牛顿第二定律不再适用，所以也加以了调整。
在经典力学中严格讲动量守恒定律不能称之为定律，因为动量守恒定律可以从动量定理导出，即当外力作用为零时动量是一个常数，而由于牛顿第三定律原因内力作用只能使系统的动量改变量为零。显然在经典力学中动量守恒定律应是一个定理。而在狭义相对论中将动量守恒定律确定为真正的定律具有重要意义。
在经典力学中动能定理是隐含着一个条件，即内力做功应为零，所以动能定理是表示外力对动能的影响结果，是不可能推导出动能守恒的（动能不是守恒量），更不可能推导出能量守恒定律，这与动量定理完全不同，关键在内力对动能和动量的影响不同。这里也可以看出，内力在能量转换中有着重要作用，而在狭义相对论中能量守恒定律更加需要。
一个理论框架优劣在于是否是用最少的定律和原理推导出更接近实际的结果。
三、能量的形式和转换方式
能量，物理学的基本概念之一，在经典力学、相对论、量子力学以至宇宙学都为核心概念。物质运动有多种形式，表现各异，但可互相转换，表明这些运动具有共性，有内在的统一的可量度的量，这个量即为能量，是所有物质运动（状态）的一般量度，而且是唯一通用的物理量，即能量是一切运动着的物质的共同特性。
（一）能量的形式
能量必须附着于物质，没有物质即不可能有能量，不同的物质运动形式对应着不同的能量形式。如：实物物质的机械运动对应的是动能；实物粒子运动对应的是内能（热能）；原子运动对应的是化学能；带电粒子的定向运动对应的是电能；光子（电磁场）运动对应的是光能（电磁波能）；原子核运动对应的是核能，等等。
如果按能量的存在方式或力的作用与否来划分，只有两种形式，即动能和势能。
动能是表示实物物质的机械运动状态的量。在哲学上为离散性作用，是一种无作用的作用（参见哲学篇），在力学中即为实物物质的惯性。动能是通过力的作用（包括碰撞）得到加速或减速以及质量的增加或减少从而增加或减少。即动能形式上表现为物体（实物物质的集合体）的机械运动的能量，和实物粒子机械运动的整体体现即热能。
势能是通过力与力或惯性的平衡将能量禁锢在一个系统内而存储的能量，一方力的解除或外力的作用而打破力的平衡，势能得以释放并转化成其他能量形式。在物质世界中物质运动都是受力的作用下而存在的，力的作用除了改变运动状态还有保持运动状态的作用，改变运动状态就是一种能量向另一种能量转换的趋势能力（如高处的物体），保持运动状态或阻止运动状态改变就是对物质能量的禁锢（如原子核中的核能），在力的作用方式下的能量即为势能。势能是能量的被束缚状态。显然，势能不是属于单独物体所具有的，而是相互作用的物体所共有，是储存于一个系统内的能量，也可以释放或者转化为其他形式的能量，如动能。
势能形式上表现为：1、引力势能，引力势产生的一个物体相对另一个物体增加动能的趋势能力，也称为重力势能；2、核势能，原子核内部受到强作用和弱作用对基本粒子运动约束或束缚，而基本粒子有向外脱离的趋势能力，也称为核能；3、电磁能由于其作用力有吸引和排斥两种，所以表现的形式是多样的。带电粒子的在电磁势作用下定向运动具有增加动能的趋势能力，电能是其一种，但电能不是电子从一段运动到另一端的能力，而是在电压作用下导电体电子整体共动的结果，所以速度可达光速。压缩的弹性物体具有恢复原状的能力，称为弹性势能，其实质是分子结合能，也即电磁势能的一种表现。化学能同样是电磁能存在形式的一种。光能是电场与磁场相互作用而形成的光子的运动，严格讲光子运动不是机械运动，而是电磁运动，其具有的能量应归于势能，所以说光子具有动质量是不恰当的，光子的能量为E=hγ（h是普朗克常数，γ为频率）是准确的。
振荡是物质的运动一种形式，其能量形式有两种：一是势能与动能再到势能（钟摆、星体的运动等。宇宙大的振荡是否是引力作用或时空的双向张力？），二是势能到势能再到势能（磁场-电场的电磁波，电磁力作用）。振荡一定有力的作用！
势能可以是物质作用（力）（垂直运动方向）禁锢动能而形成，小的外力可释放之。当物质作用（力）与运动方向一致可改变运动速度，及改变动能。
热能是一种独特的能量形式，其存在形式是复杂的。热能是微观粒子机械运动和电磁运动的综合反映或效应，既有微观粒子的机械运动的动能，又有微观粒子振动或格波的动能和势能的振荡（电磁弹性势能）结合，还有自由电子的动能，等等，热能存在形式往往是它们的混合形式。一般用温度表示物体冷热程度，其与物体的热能有关，在微观上显示微观粒子（分子、原子、电子等）的运动的剧烈程度，微观粒子的运动包括平动、转动、振动和电磁运动等，所以可以说微观粒子的无规则运动的总动能和微观粒子间的电磁势能在宏观物体整体能量称之为热能。热量是热传递过程中热能变化的量度。
（二）能量的转换方式和条件
能量转换是指从一种形式转化为另一种形式或是从一个物体转移到另一个物体。各种能量的互相转换是通过力的作用来实现的，而各种能量形式都可以转换成动能。物理学上首先定量定义了力和动能，由于各种力的尺度是统一确定的，那么所有的能量都可以与动能做对比并加以确定，且能量在转换中不会丢失（即能量守恒），这些是能量可以统一度量的根本原因，也就是说能量是一切运动着的物质的共同特性，能量尺度是衡量一切运动形式的通用尺度。这符合哲学上所讲的宇宙运动的自洽性原理（参见哲学篇）。
能量转换方式是多样的，具体表现形式为物理效应、化学反应等。如：光电效应，光合作用，电子跃迁，电能与磁能的互相转换，引力势能与动能互转换，热核反应转为动能和辐射能，化学反应，电能与机械能（动能和势能）互转换，电能与热能互转换，热能与机械能互转换（做功），机械能转换为机械能（两种物体之间的转换），等等。
能量转换方式按有无物质交换分为纯能量转换、物质和能量交换，即封闭系统和开放系统的能量物质的转换方式。（在哲学篇中已做了相关分析）
按不同能量形式之间的转换分为，不同物质之间的动能转换、不同势能之间的转换和动能与势能之间的互相转换，以及三种转换的混合。
能量转换具有方向性，其与物质运动和变化的方向是一致的，或者说物质运动和变化的方向可以用能量转换的方向来表示。具体分析如下：
1、碰撞作用下的动能转换
动能在没有力的作用不可能自动转换成其他形式的势能，也不可能自动降低自己的能量而输出能量，所以动能是基础性能量形式，是实物物质的运动惯性所致，即哲学上的离散性作用。
1）个体的离散性实物物质之间的碰撞，当实物物质具有碰撞物性不变性时，能量由高能量体向低能量体传递；而实物物质不具有碰撞物性不变性时，除了能量由高能量体向低能量体传递外，还有一部分能量转变为物体内部的动能即热能，这种碰撞为非弹性碰撞，其转换为整体动能与热能的比例决定于弹性系数大小（如果碰撞过程存在摩擦生热，就决定于摩擦系数大小）。
2）在一个不均衡的孤立系统，动能、动量趋于均衡化，这就是熵增原理，即热力学第二定律。其反映了孤立系统能量转换的方向，但有两个条件：一是这个系统由离散性实物物质的集合体组成且实物物质具有碰撞物性不变性；二是内力只能是碰撞作用而不能导致整体动能的增加（如，不能有放射性物质存在等）。碰撞作用由于平行四边形法则只能导致动量和动能的均衡化。
2、不同势能之间的转换
电势能与磁场势能的互相转换是较普遍的势能之间的互换的形式，即电流的磁效应和变化的磁场的电效应，它们是互为转换的方向，如电磁互感器。电磁波（光子）是典型的电势能与磁势能的互相转换的结果。
1）电子跃迁中的辐射跃迁有为受激吸收、自发辐射和受激辐射。受激吸收，物质在光的辐射下，电子吸收光子能量，从低能级跃迁到高能级；自发辐射，而在没有外界辐射下，电子从高能级转移到低能级并释放出光子，如荧光；受激辐射在有外界辐射下，电子从高能级转移到低能级并释放出光子，如激光。显然这些都是辐射能（光能）与电子势能相互转换的方式，转换方向与电子的能态有着直接的关系。
2）光电效应是无辐射电子跃迁的一种现象，即在光作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。当然光电效应必然有光子的作用造成电子动能增加的效应，生成热效应。
3）光合作用是指绿色植物利用光能，把二氧化碳和水合成为贮存了能量的有机物，同时释放出氧气的过程。显然光能经过光合作用而转换成化学势能，当然，有机物在一定温度下燃烧也会有光能的释放，可见转换方向是有条件的，光合作用在常温下就能进行，有机物的化学能在一定温度下燃烧才能释放光能，而实际情况更加复杂。
4）通过化学反应使得正离子和负电子分别在阳极和阴极汇聚，其实这也是电池的放电过程。
单一的不同势能之间的转换以电磁能为主。电磁运动是常规物质存在的基础，这是电磁作用同时具有吸引力和排斥力所决定的，导致我们的世界丰富多彩。
3、动能与势能之间的互相转换
动能与势能之间的互相转换是通过力的做功来实现的，即做功的过程就是能量转化的过程，做了多少功，就有多少能量发生了转化，所以功是能量转化的量度。合力的作用形式和方向决定了能量的转换方向。
引力势能与动能互转换，典型的例子是钟摆运动。地球围绕太阳等星体运动是一个较完美的例子，单从地球来讲为椭圆轨道，其不断的在做动能转换为引力势能和引力势能转换为动能的运动，地球离太阳最远处动能最小势能最大，最近处动能最大势能最小，由于太空中接近真空无热的耗散，因此该过程的效率接近100％；如果将地球和太阳作为一个整体来研究，它们的运动也是引力势能与动能互转换的过程。
动能、电能的转化。闭合电路中的一部分导体与磁场发生相对运动，通常所讲的切割磁力线，穿过闭合电路的磁场发生变化（闭合电路的磁通量发生变化），产生感应电动势形成电流，即电磁感应可以使动能（导线运动的动能）转化为电势能，这种情况产生的电流称为动生电流。发电机就是这个原理，其与电磁互感器原理一致的是磁通量的变化能产生电动势能，所不同的是能量的来源不同。电动机的原理是通过电磁现象产生磁力而推动磁性物体的运动，即电能也能转换为动能。它们都是向相对方转换。
4、能量转换的混合形式
1）由于热能的存在形式是复杂的，是微观粒子运动的集体的综合反映或效应，其自身的热传递也是多种方式，如热传导、热对流、热辐射等，微观机理也是不同。气体的传递热能的方式是微粒间无序的直接碰撞，由于碰撞作用遵守平行四边形法则只能导致动量和动能的均衡化，即热能由温度高的向温度低的方向传递。固体的传递热能的方式是由组成固体的粒子或晶格振动或格波（动能和电势能结合体）和自由电子的运动来实现的，显然也遵循碰撞作用传递的平行四边形法则，并导致动量和动能的均衡化，即热能由温度高的向温度低的方向传递，所不同的是固体的粒子受到限制，不具有流动性，金属主要以自由电子的运动传递热能，非金属以振动传递为主。液体上述两种方式均具有。
气体和液体还通过热对流进行传递热能，如大气环流、洋流等。由于碰撞作用遵守平行四边形法则，必然造成热能由温度高的向温度低的方向传递，微观粒子也是由温度高的向温度低的方向运动，当其他方向被限制时，气体和液体一定表现为向没有限制的方向做整体运动，这就转化为整体气体和液体的动能，蒸汽机就是利用这一原理，但首先是将热能转换成媒介自身的动能，再转换成其他物体的动能。因而蒸汽发电机并不是热能直接转换成电能。目前发现只有少部分物质如陶瓷等，在温度变化时可以产生电势差，进而产生微弱电能，但无法用于发电。
热辐射、热吸收是电子热运动的结果，它既是热现象，也是电磁现象，是能量传递的方法，一个物体的热辐射、热吸收都是同时在进行。物体的微观粒子中的电子由于碰撞或电磁运动，使电子从高能级跃迁到低能级，就会向外发射电磁波（光子），这就是热辐射。热辐射必然导致物体热能的损失，是热传递的一种方式。热吸收的过程正好相反。这两个过程同时进行，我们称之为热交换。
热能与动能的关系。热能是微观粒子机械运动和电磁运动的综合反映或效应。动能是作为微观粒子集合体的物体的整体机械运动的反映。显然热能含有微观粒子的动能，但这种动能在物体内部表现为无序状态。
2）热核反应转为动能、热能和辐射能。原子核存有大量的核能，其是在强相互作用和弱相互作用束缚下而存在，是一种势能。核反应是核裂变、核聚变以及核辐射等的过程。
原子核的稳定性是不同的，铁原子核最为稳定，高于铁原子核数的核反应将会释放能量（原子弹），低于铁原子核数的核聚变反应也将释放能量（氢弹）。很显然核反应具有明显的方向性，其与原子核的聚合能级有关，或者说与原子核内部的聚合力（强相互作用、弱相互作用）以及质子电磁排斥力有关。强相互作用是短程力，原子核尺寸过大过小稳定性都会变差，通过破坏这种稳定性都会释放核能。核能释放的形式为粒子的动能和辐射能，最初粒子表现为动能经碰撞作用转化为热能，所以是一种混合释放。在核裂变中，用于轰击的粒子只是起启动作用，即改变原子核的强相互作用，以小博大。显然核能是较高级别的能量。
另外放射性衰变原子通过核衰变自发地放出α射线、β射线、γ射线以及正电子、质子、中子、中微子等其他粒子的性质，将元素的原子核转变成别种元素的原子核的现象，是核反应的一种。实验表明，温度、压力、磁场都不能显著地影响射线的发射，可见放射现象是由原子核内部变化引起的。α衰变是原子核通过强相互作用和隧道效应，发射α粒子而发生的，β衰变是通过弱相互作用和电磁作用而发生的，γ射线的自发放射一般是伴随α或β射线产生的与α衰变或β衰变有联系。
3）化学反应是化学能转化为动能、热能和辐射能或动能、热能和辐射能转化为化学能的过程。化学能实质是一种电磁势能，是低于核能级别的能量，这是由于电磁作用强度远远低于强相互作用。化学反应吸收或释放能量的多少与化学物质的电磁作用强弱（或化学结合力）有关，并由此化学物质分为惰性和非惰性物质。化学反应首先由于微观粒子（分子）的碰撞作用造成分子断键，而后重新另外结合而吸收或释放能量。一般来说，在一定条件下化学反应向化学物质结构稳定的方向发展（即向需要更大的能量破坏才能改变物质的结合的方向）。
4）电能与热能互转换、热能与机械能互转换（热能做功）、光能转化热能等，这几种转换方式，是由于热能是多种形式的能量形式，所以也属于能量转换的混合形式。
（三）对物质运动及变化方向趋势的分析
前面分析中将能量分为动能和势能两大形式，但由于热能同时具有动能和势能的两方面同时存在形式，而且热能中的动能与物体整体宏观动能有着不同的物理性质和表现，另外动能与势能往往共存一体（如原子中的电子即具有电磁势能又有电子动能）共同表现出同一的物理运动性质，这对能量作用的具体分析带来了不便，所以我们也可将能量分为禁锢能与非禁锢能（实物物质的整体动能）两大类。
1、禁锢能、非禁锢能及其关系
禁锢能定义为被禁锢的能量形式。禁锢的方式有两种：一是通过力的禁锢而不能让能量外溢，如各种势能包括物理场势能；二是通过外界的限制而不能使能量对外交流，如封闭系统中的热能。据此禁锢能分为势能和热能两类。禁锢能与内能相近，区别在于它们研究的对象不同，相对的能量形式也不同。
非禁锢能（整体动能）只是物体的整体表现的动能，不含物体内部的粒子动能，其没有任何力的禁锢和外界的限制。
禁锢能与非禁锢能（整体动能）是相对的，如当研究封闭系统内的粒子的机械运动时，粒子的动能就为非禁锢能（整体动能），而研究封闭系统整体运动时，内部粒子的机械运动即热运动就为禁锢能。
宇宙中物质运动最终表现为禁锢能与非禁锢能（整体动能）的转换和它们的状态，相互之间具有制衡作用，从而宇宙运动表现为动与静的相对平衡。禁锢能和非禁锢能（整体动能）状态和转换方向决定了物质的运动方向和变化趋势。
哲学上讲物质运动表现为吸引作用与离散作用、排斥作用的制衡，力的作用上表现为吸引力与惯性（惯性是一种运动的能力，但不是力）、电磁排斥力的制衡，而在能量上表现为禁锢能和非禁锢能（整体动能）的制衡，宇宙万物不离其中。（参见哲学篇）
2、物质热运动运动方向和趋势分析
热运动遵循热力学四大定律，热力学第二定律规定了热运动的方向和趋势，即熵增原理，物质的热运动向无序方向进行。前面我们谈到，热能传递是微观粒子运动的集体的综合反映或效应，其方式有热传导、热对流、热辐射等，微观机理是微粒间无序的直接碰撞或振动碰撞，由于碰撞作用遵守平行四边形法则只能导致动量和动能的均衡化，即热能由温度高的向温度低的方向传递。同样处于非禁锢能（整体动能）状态下的物质直接碰撞也适用，但非禁锢能（整体动能）绝不是热运动状态，它是宏观的运动状态。需要说明的是，热力学第二定律只适用于由很大数目微观粒子所构成的系统的宏观过程，而不适用于少量的微观体系，更不能推广到无限的宇宙，因为热力学第二定律是微观粒子运动在宏观系统上的整体反映。
3、具有禁锢能的物质运动方向和趋势分析
对于具有禁锢能的物质运动方向和趋势，显然不能用熵增原理来描述。禁锢能是被力锁固的能量，主要有动能和物质场能两种形式。如桌子上的物品由于桌子的支撑力而保持不落地，而物品具有落地的势能，这种势能就是禁锢能；再如原子核内部势能表现为质子间的电磁斥力向处由于强作用的吸引力而被禁固的势能，以及中子与中子及质子间的向外的离散作用（动能）由于强作用的吸引力而被禁固的势能；还有核外电子的动能由于电磁的吸引力而被禁固的势能。电场和磁场相互作用由于电磁作用而产生的势能也是禁锢能。
解除禁锢能需要破坏禁锢的力，可通过其他力的作用或能量的施加达到，我们定义这种施加的能量为束缚能，即束缚能是解除束缚力的最小能量。显然禁锢能并不能显示物质的稳定性，物质的稳定性与束缚能直接有关，束缚能越大越稳定，也可说越有序。当然束缚能的大小也与禁锢能的大小有关。束缚能与禁锢能之比为束禁比，当其大于1时解除禁锢吸收能量，小于1时放出能量。物质运动的方向和趋势与束禁比和“外部”能提供的能量大小和方式以及禁锢能量级别有关。这里的“外部”包含物体内部的应力作用，如在核裂变中铀原子核衰变放出中子导致链式反应等，不确定原理起着关键性作用。核聚变和核裂变都是向稳定的方向变化，铁元素最为稳定。化学反应也是这种趋势。但它们都受环境的能量状态制约。
在宇宙中形成禁锢能的力主要是四种基本力的吸引作用，强相互作用、弱相互作用形成了原子核，电磁作用形成了原子和分子，引力作用形成了星体。它们都具有物质聚集的作用和运动趋势。如果只有这一种效应，宇宙必然是“大坍缩”。而物质的整体动能（离散作用）和电磁的斥力表现为物质的离散，最终就是热寂论所得结果，即大撕裂。而我们的宇宙显然不是这样，禁锢能与整体动能的互相转换、互为涨落、互相制衡是物质世界运动的总体规律，是对物质发展趋势的规定，或者说禁锢能与动能（物体的整体）的相互制衡是宇宙平衡稳定发展的根本原因。
4、禁锢能、热能和物体整体动能的界定问题
处于禁锢能状态的粒子都不能表现为热运动和热能，不具有热效应，显然不能用“熵”来表述，如原子核中的中子和质子的禁锢能不具有热效应。被原子或分子禁锢的电子也不具有热效应，而自由电子具有强烈的热效应，但被禁锢的原子或分子由于振动的势能和动能不被禁锢而具有热效应。这是解释微观情况下热能与禁锢能的界限，那么宏观上怎么解释物体整体动能与热能的界限，是否可用物体内部粒子的松散度（内部粒子互相影响的能力）来界定？是否一定设定在原子和分子吗？这是需要进一步研究的。
（四）宇宙的能量和能量守恒定律及参考坐标系选择问题
从前面的分析可以看出一个物体的全部禁锢能相当于相对论所定义的静能，它们都是不可变的物理量，即不随坐标系改变而改变的。非禁锢能（整体动能）是可变的，其随坐标系的不同而不同，即为可变量。
能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。当然这里的能量的总量是指一个系统的总能量，也就是本文所指的禁锢能和非禁锢能（整体动能）总和。很显然非禁锢能（整体动能）与参考坐标系的选择有关，同一个物体不同参考坐标系有着不同的非禁锢能（整体动能），也就有不同的总能量。那么整个宇宙作为一个系统的总能量不是一个固定数，整个宇宙能量守恒吗？显然这是一个需要探究的问题。其涉及参考坐标系的选择，我们设想三种情况来讨论整个宇宙的总能量与参考坐标系选择的关系。
第一种情况，宇宙中所有的能量都转换为光能，即所谓热寂论的“大撕裂”。由于光速不变原理，不管参考坐标系怎么选择，宇宙的总能量不变，是一个恒定值。
第二种情况，宇宙中所有的能量都转换为禁锢能，即不存在整体动能，也就是所谓的“大坍缩”。这时宇宙的所有物质集中一处为一体，参考坐标系只能选择与这一体相对静止，其他坐标系的选择将无物理意义，而且违反能量守恒定律，因为每一个参考坐标系都有一个值且互相不同，宇宙不可能有不同的总能量。
第三种情况，宇宙无限大且物质均匀分布，不管参考坐标系怎么选择，两个参考坐标系的相对速度的改变都会造成一部分物质动能的增加而另一部分物质动能的减小，而宇宙总能量不变，即宇宙遵守能量守恒定律且与参考坐标系选择无关。同时也表明能量守恒定律可以证明宇宙是无限大且物质均匀分布。宇宙无限大，那么能量也将是无限大，能量守恒定律就失去了意义。
前面两种情况证明宇宙的能量是有限的，并遵守能量守恒定律。第三种情况，如果宇宙无限大就会违反能量守恒定律（宇宙视为孤立系统），如果让宇宙能量有限，需要选择相对宇宙静止的参考坐标系，意思是还应有相对我们宇宙的另外一个宇宙，或者我们的宇宙有一个绝对静止点，也就是有一个绝对时空坐标，这些都违反通常的物理理论。这是一个严重的悖论。
显然不同参考坐标系的选择有着不同的结果，参考坐标系的选择是有条件的，这不仅仅是消除坐标奇性的问题。这里只列出三种特殊情况，其实参考坐标系选择更加复杂。怎样消除选择参考坐标系这一人为因素，是需要我们考虑和研究。当然这也不仅仅是参考坐标系选择的问题。
四、时空的物质性
时间和空间的研究也是哲学和物理学研究的重要内容，哲学上和物理上均将时间和空间表示为运动着的物质的存在形式。物质、时间和空间是相互联系的整体，没有无物质的空间和时间，也没有无空间和时间的物质。时间和空间是物质的特性，也是对物质运动的度量。这是我们对时间、空间的一般认识。由于近代物理学的发展，时间、空间的概念有了很大的变化，就此问题做以下探讨。
（一）、时间、空间在不同的物理理论中的不同含义
研究物质运动不可能不研究时间和空间。时间是物质的运动、变化的持续性、顺序性的表现，是人类用以描述物质运动过程或事件发生过程的一个参数，确定时间，是靠不受外界影响的物质周期变化的规律。空间是运动物质的广延性和伸张性。这是时间、空间一般性定义，但对于不同的物理理论的时间和空间概念是不同的，在经典物理学中时间和空间是绝对的。而在相对论中时间和空间却是相对的，并且时间和空间是统一的，合称为时空。
1、经典物理学中，物质、时间和空间是三个独立的概念，虽然它们紧密相联，却是互为独立。物质及其运动具有持续性（顺序性）和广延性，分别体现在时间上和空间上（也只是度量），且时间和空间是绝对的，其尺度是不变的。这就是牛顿的绝对时空观。绝对时空观认为时间与空间的度量与惯性参照系的运动状态无关，同一物体在不同惯性参照系中观察到的运动学量（如坐标、速度）可通过伽利略变换而互相联系，也就是说不同的参照系用同一个时间和空间的标准。时间是一维的，用一维坐标系表示。空间是三维的，用三维坐标系表示。即时间和空间各自为独立系统，且时间和空间坐标系与物质的存在无关而独立存在，虽然它们共同表述物质运动状况，但两者无内在的必然联系。
2、狭义相对论以光速不变原理，结合狭义相对性原理推出匀速直线运动的物体在两个相对运动的惯性参照系间的时间和空间（及质量）的洛仑兹变换，进而推导出时间的延缓（膨胀）、同时性的相对性、长度的收缩（尺缩效应），它们与两个参照系的相对速度相关，与两个参照系的距离和两个参照系相对运动方向无关。同时还推导出质速关系和质能关系。
与经典物理学不同的是，狭义相对论认为空间和时间是相联系的整体，统一于四维时空，时间、空间与物质的运动是不可分割的，说明时间和空间具有客观性，而光速不变原理对物质的匀速运动和时空的作用是关键因素。但狭义相对论仍然承认时间和空间的平直性、各向同性和各点同性，即时空结构具有均匀性和平直性，这是与经典物理学一致的，所以它们都采用“惯性参照系”来描述运动体系。
狭义相对论尚未论及物质分布对时空的作用，其认为不同质量的物体对时空的影响是平权的。这里需要明确的是，狭义相对论的时空概念是数理逻辑推理的结果，它以光速不变为逻辑起点，得出时空的可变性结论。它并没有直接回答“尺缩”和“时间膨胀”的物理原因，这些只是公理的逻辑结果，没有明确时空的本质究竟是什么。但是其物理理论体系在一定适用范围内也得到了自洽，并经观测实验证明。
3、广义相对论的时空观是在狭义相对论的时空观的基础上另辟蹊径，通过等效原理的设定（即引力质量与惯性质量等价），结合广义相对性原理，运用黎曼几何，将物质质量密度分布和时间、空间整合为一体，以描述引力场作用，从而导出引力场方程，来阐述物质的运动规律。这一理论预测到引力场造成时空的弯曲并会引起光线的弯曲、引力波的存在、引力红移现象等，均已得到验证。
通常对广义相对论的时空观是这样描述的，时空是一个整体，是四维的（这与狭义相对论的时空观是一致的），时空与物质是紧密地联系的，不可分割的，物质质量密度分布及其运动对时空状况直接产生影响和作用并造成时空的弯曲（我们可以称之为时空的形变），时空的状况同时对物质的运动产生作用，时空的几何性质（如联络和度规）取决于物质及能量的分布和运动，且时空具有拓扑性质（如点集结构、连续性和光滑性）。
按照广义相对论的史瓦西解以及其他解都具有奇点性，空间和时间在奇点处都丧失了自己的特征，用以测量距离和时间的规则都失效了，时间变成0，而距离趋于无限。这对我们理解时空带来了很大的困惑。
相对论的时空观，主张物质、时间和空间是不可分割的整体，它们是相互联系相互制约的，物质分布及其运动对时间和空间产生作用，时空限定并度量了物质的运动，时间、空间、质量（引力场）合称宇宙三要素，并构成宇宙的基本结构。同时其还认为，时间和空间是相对的，观测者的位置及参照系的选择具有重要意义，直接影响观测的量值，即时间和空间的长短是相对于观测者而言的，因而物质的运动状态和变化与观测者的状态不可分割。从一定意义上讲，观测者（观察者）的地位和及参照系的选择造成了相对论时空观的不协调，具有相对的主观性。
可以说，相对论的时空观实现了突破性的发展，时间和空间从物质存在的形式的依附概念发展为具有实体物质的独立概念。时空的实体物质性将在后面有专门论述。
4、量子力学是研究物质的微观结构、运动与变化规律的，其适用于高速、微观的物质现象。量子力学的时空观，基本沿用经典物理的时间和空间概念，即物质、时间和空间是相互独立的，当然也认为时间和空间是物质的存在形式，是与物质运动相联系的。由于波函数叠加导致的不确定性（原理）的原因，时间与能量、位置与动量等不能同时确定。并且时间是可逆的，即不是单向的，这与以往的时间观是完全不同的。
狭义相对论与量子力学的结合导致的量子电动力学、量子场论、电弱统一模型及强作用的量子色动力学在内的标准模型，取得很大成功。这些标准模型由于采用狭义相对论协变性和规范不变性，使时空的含义具有了狭义相对论的意义，其主要体现在物质运动的速度对时空的影响上。
（二）时空的物质性质
从以上分析可以看出，这些物理理论对时空的处理的共同的特点是时间和空间都是对物质运动的量度，区别在于这种量度是否有可变性。这些理论的时间和空间概念存在着诸多矛盾，难以统一，需要进一步研究。
1、力的再分析、力的方程系数常数
1）前面已分析了力的作用效应，那么力是怎么产生的？实际上力只有两种生成方式：一是原生力，四种基本力都是原生力，是力源直接发出，并通过传递物质（如光子、胶子和尚无确定的引力子等）对相对的物质发生作用；另一种是碰撞作用，实物（粒子）的碰撞作用，是由于实物物质具有时空排他性，当两个物体或粒子的运动轨迹具有某一相同“时空”点，就会发生碰撞，虽然在碰撞过程中也有基本力的作用，但这些基本力不是发生碰撞的原因。碰撞作用表现为碰撞的作用力和反作用力，显然它们不是原生力，而是实物物质动能、动量传递的力的原因。
2）相关力的物理常数及其关系
物理上常数有很多种，其中基本物理常数是物理体系中的普适常数，不随时间、空间等物理环境而变化，是表征物理现象和物理关系的定值。
基本物理常数可以分为两类，即自然常数和耦合常数。自然常数专指通过基本物理量之间的联系关系确定基本物理量单位换算的系数。而耦合常数一般是物理量之间的对应关系的常数系数，是在确定自然常数的基础上确定各种物理量作用联系的常数量，耦合常数一般是物理公式推导设定，但最终都应由实验测得。
（1）自然常数
2018年前 物理体系是建立在7 个国际基本物理单位：时间单位秒 s，长度单位米 m，质量单位千克 kg，电流单位安培 A，温度单位：开尔文K，物质的量单位：摩尔 mol，亮度单位：坎德拉cd。
在2018年11月16日，法国凡尔赛第26届CGPM会议上表决通过修订国际单位制SI的提案，将 7 个国际基本单位用 7 个定义成确定数值的常数来代替，即：铯133原子基态超精细谱线的频率精确定义为9192631770Hz；真空中光速c精确定义为299792458m/s；普朗克常数h精确定义为6.62607015x10^-34J.s；元电荷量e精确定义为1.602176634x10^-19C；玻尔兹曼常数kB精确定义为 1.380649×10^–23J.K^−1；阿伏伽德罗常数NA精确定义为 6.02214076×10^23mol^−1；频率为540x10^12Hz的单色辐射的发光效率 Kcd精确定义为683lm.W^-1。通过这 7 个常数定义了一套单位制。这些常数即为自然常数。
（2）相关力的耦合常数
这里我们只讨论力学和电磁学中的有关力的常数，如万有引力常数、真空磁导率和真空介电常数，它们都与力的定义有关。相关力学的常数为系数常数，是耦合常数的一种。
a、牛顿第二定律公式的系数及万有引力常数
牛顿第二定律F=ma，其系数取1，m和a的量纲都已通过自然常数确定，定义力的单位为牛顿。这里质量m为惯性质量与加速度a一起反映力的效应，即是通过力的效应来定义力，可称为效应力，或称为牛顿力。由于碰撞作用而形成的力也是效应力。
在万有引力定律F= GMm/r²中，是万有引力的产生，是原生力，另一方面讲这个原生力作用于形成引力的一方也就是效应力了，其遵守牛顿第二定律F=ma。这里假设惯性质量与引力质量等效并且质量和距离都已在牛顿第二定律F=ma中被定义，那么为了保证效应力和原生力具有一致性，必然在万有引力定律公式中存在万有引力常数。
消除引力常数有两种方法：一是重新定义一个物理量引力势，令其等于GM/r²，那么就把引力常数吸收进引力势中，但并没有真正消除引力常数，只是引力常数在引力势中体现，所以属于假消除；二是通过重新定义质量和距离的单位，消除引力常数，那么必然导致牛顿第二定律F=ma添加新的常数，而这个新的常数与引力常数意义相同，因为是消除引力常数引起的结果，同时也会引起一系列有关其他力的相关常数的改变。牛顿第二定律F=ma的力是所有原生力对应的效应力，其系数常数定为1，除了使物理体系简单化外，更重要的是使各种相关原生力生成的常数具有与力源相关的明确独立的物理意义。
b、有关电磁力的常数
库仑定律是描述静止点电荷之间的相互作用力的规律，即在真空中，点电荷q1与q2的作用力为F=k*(q1*q2)/r^2。其中：r为 q1与q2之间的距离，k为库仑常数。若q1与q2同号表现为斥力，异号表现为吸引力。电荷已在洛伦兹定律中定义了，显然，库仑定律与万有引力定律相近，库仑力也是原生力，那么为了保证该原生力与牛顿第二定律定义的效应力具有一致性，必然在库仑定律公式中存在库仑常数k。
在有介质时定义ε=Q/ES=D/E 为介电常数，当介质为真空时表示为ε0。对于真空中的一个点电荷Q，电通量密度D=Q/S=Q/4πr^2，电场强度 E=kQ/r^2，即可导出 ε0= Q/ES = D/E =1/4πk，所以在真空中ε0是一个不变数，称其为真空介电常数。由此可见真空介电常数ε0显示了真空的电场特性，表示真空具有对电场传播的作用性。
由于不存在单极磁荷，所以不能象库仑定律那样来表示磁荷之间的相互作用力，因而安培定律是用电流元在空间某一点所激发的磁场来描述的。安培定律是F=BIL，B为磁感应强度，I为电流，L为导线长度，微分形式是dF=IdL×B。用两个电流元的相互作用来表述安培定律有下式：
其中r12表示由I1dl1指向I2dl2的矢径，dF12是电流元I1dl1对I2dl2的作用力。以上有关磁场相关的推导和论述都是排斥其他因素的影响，也即在真空条件下。由此可见式中µ0与电场中的真空介电常数ε0相近，称其为真空磁导率，显示了真空的磁场特性，表示真空具有对磁场传播的作用性。
把式中I2dl2作为试探电流元，定义磁感应强度变化量dB为：
此式即为毕奥－萨伐尔定律的微分形式，也可用下式表述：
在电场能力状况描述中用电通量密度D、电场强度 E来表示，其关系为 ε0= D/E；同样在磁场能力状况描述中用磁感强度B（磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度）、磁场强度H来表示，其关系为 μ0=B/H。这里不再赘述。
在电动力学里有洛伦兹定律方程，也称洛伦兹力方程，即F=q(E+v×B）， qE项是电场力项，qv×B项是磁场力项。其中，F是洛伦兹力，v是带电粒子的速度（v<<c）。这里洛伦兹力F表示运动于电磁场所产生的电磁力，属原生力，带电粒子电荷q是原生力源之一，相对方却没有表现出具体的力源，但电场强度E、磁感应强度 B分别是另一方力源的综合体现。洛伦兹力F不是被定义项，其延用牛顿第二定律中的力的定义。这个方程是无系数常数定律方程，是一个定义性定律，同时定义了电场强度E和磁感应强度B。无常数项，这是因为洛伦兹力方程F=q(E+v×B）中常数的消除属于假消除，在qE和q（v×B）两个单项式中分别消除了真空介电常数和真空磁导率，即电场强度E和磁感应强度B中包含着真空介电常数和真空磁导率。这里想讲的是我们可以在不明力源或无法明确力源的情况下，可以根据这些力源在一点上的相关物理反映量（如电场强度E和磁感应强度B）同样可以计算作用力的大小，这就是场的作用。
在不改变牛顿力的定义的情况下，可以通过重新定义元电荷量e这个自然常数，即重新定义电流单位，将真空磁导率µ0改变为1，这样必然导致以下两点结果：一、元电荷量e将重新定义为µ0^-2e，将µ0^-2e代入库仑定律公式，必然得出真空介电常数ε0改变为ε0µ0。这样就形成新的常数ε0µ0，其与元电荷量e定义单位无关。而真空介电常数ε0、 真空磁导率µ0将失去原来相互对应的物理意义和本源，显然不妥；二、元电荷量e的新定义，将失去量子意义，显然不可接受。
当然我们也可通过定义真空介电常数ε0为1，也将得出真空磁导率变为ε0µ0。这些都说明ε0µ0是一个真正的常数，其与电荷即力源无关，是真空的属性，也表明电磁这一原生力传播与力源无关，而表现为与真空的作用性。
显然真空介电常数ε0、真空磁导率µ0是相互联系的一对耦合常数，表明电场和磁场是一个统一的物理场，我们可将这两个常数称之为对偶常数。
c、相关分析
以上分析可以看出，万有引力常数、真空介电常数和真空磁导率是相对应的原生力与牛顿第二定律F=ma的单位力的对比或比例系数，是在确保牛顿第二定律F=ma的系数常数为1，其各相关物理量单位统一定义的情况下而得出的原生力方程系数。
在哲学上吸引性和碰撞性作用与离散性和排斥性作用相对应。在物理的能量上表现为禁固能与非禁固能（整体动能）相对应。在力的形式上为原生力和效应力相对应，即基本力和牛顿力（牛顿第二定律定义的力）。牛顿力作为效应力是各原生力的最终表现，所以用牛顿力统一衡量其他原生力是符合物质作用的客观状况的，并不仅仅是物理理论简单化的问题，而是体现在牛顿第二定律公式系数为1，而其他原生力生成公式系数常数各不相同的互相转换的比例，同时表征作用强度的对比。
显然这些耦合常数是以上对应物理效应的连接桥梁，即反映其相互转换的联系系数。它们是物质相互作用的内在的联系，具有客观性，也是物质运动自洽性的体现，其具有重要的物理意义，是物理关系的一种体现。
另外，无量纲常数则更为本质和重要，因为无量纲意味着它的值并不取决于相关理论体系或者单位制，就像数学中的e和π以及物理上的精细结构常数。这里不再论述。
2、光速不变原理
根据麦克斯韦方程组可以推导出光速（电磁波速度）c=1/（ε0µ0）^-2，ε0µ0作为整体常数决定了光的运动特性，即光速与光源无关，与参考坐标系的选择无关，是真空的特性与电磁之间的作用使然，而且在真空中是一个常数。这是爱因斯坦在相对论中将光速不变原理作为一个基本原理设定的重要原因。
电磁作用传递是通过光子进行，这种传递体现了真空与电磁之间的作用，即与真空介电常数和真空磁导率有关，其传递速度为光速，或者说光速是真空（时空）束缚态。
在狭义相对论中把光速不变原理原理作为参考坐标系间作用联系的原理，其实质是物质运动联系的基础。其表明对于任意两个参考坐标系的联系都是通过物质的作用相联系，这种作用联系是以光速建立起来的，显然两个参考坐标系的联系是时空的联系，所以真空与电磁之间的作用其应是时空与电磁之间的作用，这里真空与时空等价。因而光速反映在时空中就是作用联系的传递物质与时空的作用，也就是参考坐标系的联系具有客观性，并不是完全人为的。当然作用联系的传递物质不一定非是光子，如胶子或尚未发现的引力子等，关键在于光速来体现时空的作用性。观察者的实质是对传递物质检测，而不是观察者自身。对检测结果的分析才具有人的思维性。
3、时空的形变
时空的形变是物质场引起的时空变化，如弯曲、扭曲、非均匀和非各向同性。而物质的运动在惯性情况下按形变的时空规定运动，即按测地线运动。
1）狭义相对论的时空的形变
洛伦兹变换中的相对论因子γ，将光速作为重要的因素列入，从前面分析可以知道光的速度已经不是运动学的概念，而是动力学概念，具有动力学性质，其受电磁作用和真空的特性（真空介电常数ε0、真空磁导率µ0）共同制约，表现为电磁作用在真空（时空）中的传递，所以狭义相对论的洛伦兹变换和运动方程具有动力学性质，而不能简单的把光作为信息传递者，而是与真空或时空的作用的物理主体。对于这一点我们必须要有足够的认识。
狭义相对论的洛伦兹变换和运动方程是因为光速不变的动力学原因所造成的时空形变的结果。尺缩效应、时间膨胀、质（能）速关系都这一时空形变结果的体现。
2）广义相对论的时空的形变
广义相对论是关于引力与时空作用的理论，是引力场引起的时空形变的理论，即时空区域内物质能量的分布状况决定了时空形变的情况，以及物质运动遵循形变的时空规定。
爱因斯坦场方程如下：
其是描述时空和物质相互作用的方程。其中G为牛顿引力常数，c为光速。左边表示时空的几何性质，R是时空的曲率，g为时空的度规。右边T表示能动张量，即时空的物质及能量分布以及运动状态。
广义相对论将引力效应几何化，表明时空的几何性与物质的分布及其运动密切相关，物质分布及其运动决定了时空的曲率，反过来弯曲的时空又决定物质运动的状态。我们将弯曲的时空称之为广义相对论的时空形变。
这些都说明广义相对论还是将时空作为物质运动的度量工具来理解，时空并不是能动张量成员。但反映时空作用性的光速却是爱因斯坦场方程右边能动张量T的系数之一，说明方程中的光速体现了时空对物质运动的作用性的一部分。时空形变也说明时空具有弹性，这种弹性与物质作用（即能动张量）有关。
4、关于真空与时空问题
在哲学上讲运动是物质的存在方式（也可说是“根本属性”），时间和空间则是运动着的物质的表现形式或是物质运动的度量。显然时空不能独立存在，它们依附于物质及其运动而存在。那么时间和空间是否不能独立存在吗？离开物质是否时间和空间就失去了意义？真空是否就是无任何物质？时间和空间可以度量真空吗？
经典电磁理论都将真空定义为没有物质（包括物质场）的时空，按照哲学的思想没有物质就不可能有时空，显然它们不相容。
在经典电磁理论中，真空具有电磁性，具有真空介电常数ε0、真空磁导率µ0，其与电磁场的存在与否无关，真空是电磁场存在的基底，由于电磁场可以被屏蔽，所以这里的真空是绝对的真空。同时真空一定具有时空性，可用时空进行度量。显然在这里真空与时空在某种意义上是一个概念，真空和时空都是独立存在的，不依赖于物质，包括物质场。这与时空的本身含义相矛盾，即时空脱离了物质。
有关引力的相关理论都将真空不作为重要问题来研究，这是因为引力场具有不可屏蔽性，但引力场趋于无限远处为零，因此无限远处即为也可是绝对的真空。这个无限远处时空却正常存在，而且可以通过时空来量度，可以说明在无限远处时空是独立于物质存在。这里的真空与时空具有等同性，或者说真空中具有时空。同样是与时空的本身含义相矛盾。当然广义相对论中一般将真空是没有实物物质的时空，所以爱因斯坦提出真空是引力场的某种特殊状态。
在量子理论中，狄拉克为了解决狄拉克方程负能解的问题，将真空定义为所有的正能态都空着，所有的负能态都被填满的状态，即能量最低状态。也就是说真空充满了负能态的电子海，即真空是时刻有虚粒子与实物粒子转化的，可见真空具有一定的物理内容。
现代量子场论认为真空是没有任何场量子被激发的状态，或者说真空是量子场系统的基态。
从以上分析可以看出，真空与时空既有联系又有区别。联系在于它们可以对无物质情况（相对于各个理论的真空定义）的进行共同描述，在某种意义上它们是等价的。区别在于真空是物质存在的特殊形态，时空可以对这一形态进行描述，其描述一定是作用性的。这样的解读是一种调和的方法，改变了时间和空间的原定义，但是没有解决时空为什么会因为能动张量的作用产生形变的问题。
5、时空的物质性猜想
从以上分析中我们可得到以下两个悖论：
电磁理论中，真空是无物质（包括无物质场），那么真空就无法用时空来度量，因为时空依附物质，是物质运动的存在形式，离开物质就谈不上时空。而电磁理论的真空却是可以通过时空来度量的。这是一个悖论。
在相对论中时空在物质的作用下可产生形变（即能动张量是作用的一方，时空是作用的另一方，相互发生作用），将时空独立出来且能接受物质的作用，显然时空已具有独立的物质的属性。而时空是度量物质运动的工具，是物质的存在形式，不应独立出来作为作用的一方。这是一个非常严重的矛盾，或者说是一个悖论。
这两个悖论其实质是时空是否只是度量物质运动的工具，时空是否可以独立于物质存在的问题。所谓物理上的度量就是物质之间相同属性数量上的比较，度量可以是意识层面的比较和作用性的比较。前者为思维性比较，又称对比性比较，这一点在此不做讨论。对于物理学更重要的是后者。
作用性的比较是物质作用过程中的相互对比，是物质世界自洽性的自我体现。广义相对论能动张量与时空的作用就是作用性的比较。这样我们直接将时空认定为物质的一种形态，上述两个悖论自然解决。物质与时空的作用，时空产生形变，就是物质与时空的作用比较，这本身就是一种度量。
我们的宇宙是由物质组成，不存在真正的真空状态，只是有相对真空，真空也是物质的特殊形态。那么真空可以用时空来度量，其实质是真空与时空的作用比较。
惯性质量和引力质量都是表示实物物质与时空作用的能力，即为同一个能力表现，所以两者就是一种物理量。只是一个表现为原生力，一个表现为惯性能力。这样等效原理就不是一个假没了。
时空是否具有能量？从广义相对论的场方程看弯曲时空一定具有能量。广义相对论的引力能量不可定域化，没有能量密度可言，是否可以将时空能量计入到时空中来解决？我们的宇宙暗能量无法寻找，时空能量是一个方向。
可以说，时空是撑起宇宙的骨架，时空与物质的作用起到了根本性作用。这种作用是通过基本粒子（如光子或引力子等）或场的传递，速度为光速，所以用作用的传递物质之一的光子在真空中的速度来度量时空是非常合理的。尺缩和时间膨胀以及广义相对论的时空形变都是作用传递的物质场或粒子（如光子或引力子等）与时空的作用的结果，也是一种效应力。所以时空具有物质性，是物质的一种形式。也可以说时空是其他物质的载体，而不仅是物质运动的度量尺度（可称之为一般等价尺度）。时空具有物质性，也具有度量性，度量的时空依附于物质的时空，是一切物理量度量的基础。
结语：苏联物理学家福克讲，“伟大的以及不仅是伟大的发现，都不是按照逻辑的法则得来，而是猜测得来，换句话说大都是凭着创造性直觉得来”。但这种猜测并不是凭空想象的，其具有与现有的实践经验和思维逻辑相符合，最终必须得到实验的验证。虽然这种思维逻辑与客观世界运行逻辑并不一致，但形成的理论体系的逻辑性必须与客观世界运行逻辑相一致。本文想体现的是后一种逻辑性，即物质运动的内在运行逻辑。
本文没有涉及量子等方面的理论，所以不是很全面。提出一些猜想，仅供参考而己。
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