时间和空间的逻辑结构之六—时间、空间与物质的运动(下）3

物理科学探疑-时间、空间与物质的运动-时间和空间的逻辑结构之六-时间、空间与物质的运动(下）3
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关于物质运动进程和时间问题的的看法。文中讨论了相关联的问题，比如光速不变的误区。由于本文处理的问题较多，可以认为是较为系统点的看法，这里就不一一介绍了。

在时间和空间的逻辑结构——时间的问题（可参见）中，已经将时间的本身还原给物质运动变化的本身，此部分内容则在这个基础上进一步的考察时间的定义问题。另一方面，物质的运动进程定量是一个物质描述体系的问题，单独的一个量并不能决定我们的描述体系，因此，任何一个物质运动进程必然包含对物质运动描述的定义结构，这是我们所不能忽略的问题。

如果我们要考察物质的运动进程所反映出的通常意义上的时间观念，并且将它作为定量物质的描述系统去考察，那么我们必须深入到物质运动描述的定义结构，即通常我们所说的物理定义体系。

在概念与逻辑中，我们可以采用两种解释途径去给与物理现象的主体对象一个确定的解释：一种解释途径是将物理现象的主体对象当作物质质的存在；另一种解释的途径是将物理现象的主体对象当作物质的运动形式去处理。那么，反映在物理运动对象上，也可以采用两种模式对运动变化的对象进行处理：一种是物理的主体对象在空间中发生位移，通常我们可以采用质点的运动来对这种现象进行概括；另一种物理的主体对象是物体只在空间中某个平衡位置进行周期的运动，但通过相邻物质间周期的作用将这种震动传递出去。通常我们把这种物质的运动叫做波。[可参见速度的问题之二——震动与波（上）]

考察物质的运动进程就需要我们从如下的范围来进行：在物理定义体系中，在质点运动和波动两种运动形式下进行考察。另一方面，我们在考察物质运动进程的时候，我们必须承袭传统科学的经典观念。因此不可避免的就会使讨论面积要扩大一些。

在牛顿力学、相对论以及现代的物理学中，牛顿第二运动定律对于物质的运动变化进程定义了时间、空间和物体质量三个物理量之间的关系，在理论上，物理关系的数量关系上，都采用一一对应的方式确定物质运动变化的理论模式。当然，在牛顿力学、相对论和量子论之间都存在着区别，并且各不相同。

牛顿力学采用理论模式、客观事实和物理关系唯一对应的模式对物质客观事实的理论结构进行处理。它默认f=kma,k的取值为1。并且距离、质量、和时间三个量的单位都是不变的恒量。（可参见上篇文章）不随任何外界条件的变化而变化。数值关系和它所描述的物理客观事实是采用唯一经验约定的模式。可以认为是建立在客观经验事实上的经验约定的模式，也是因果律的模式。

相对论却采用理论模式、客观事实两两对应，并且物理上唯一对应的数量关系包容这种,理论模式、客观事实两两对应的模式。它默认f=kma,k的取值为1，这一点是由相对性原理决定，继承了牛顿力学理论理论上的物质运动进程中各个物理量之间的数与量的结构关系。这也是相对论在物理量的数量理论模式上，和牛顿力学兼容的关系。但是距离、质量、和时间三个量的单位在和物质运动的客观事实的对应上则是可变的恒量，随着物体运动状态的变化而变化。在这种理论模式所描述的物质的运动变化的客观事实描述上，存在两两对应的模式。

一种理论对应模式是，在定量物质运动变化的时间、空间和物质的质量的定量单位上，定量单位不随不同惯性参照系发生变化。（在不同惯性参照系间的任一个单位时间里，相同的物质的运动进程在两个惯性参照系不会发生时间膨胀）但是这个确定运动状态的物体的时间、空间和物体的质量随不同惯性参照系发生变化，即通常所说的时间膨胀、空间收缩、采用质能模式定义的质量。时间、空间、质量在不同的惯性参照系发生了实质性的质的变化。

另一种理论对应模式是，在定量物质运动变化的时间、空间和物质的质量的定量上，仅看作数学处理的模式，物质运动变化的时间、空间和物质的质量没有发生变化。是定量单位在数学上采用的定义（在不同惯性参照系间的任一个单位时间里，相同的物质的运动进程在两个惯性参照系都会发生这种数学上的时间膨胀和空间收缩，这样仅仅是看作调节光速不变的数学方法。）并遵守

因子的规律。

这是相对论所包含的两种哲学观念，这两种哲学观念在应用于观测物体和被观测物体时，它们所描述的物质的运动变化上是统一的并且也是等效的（特殊情况下例外，下面要谈到）。没有区别。它们都是描述的一个物体的运动变化进程。在一个物体从空间中的一个位置运动到另一个位置的过程中，尽管采用时间观念的不同的表达形式，但它们描述的物质运动的过程没有区别。相对论这两种哲学观念都融合到相对论的数学描述里，在物理客观事实上，这两种理论描述所对应的物质的运动变化和牛顿力学没有区别。但不同的是相对论的物理概念定义系统更为复杂，甚至不能采用物理的逻辑对物理概念间的关系进行处理，这里不包括三体或者三体以上的运动形式。（关于不包括三体或者三体以上的运动形式可参见速度的问题之一——运动的描述体系,在处理三体或者三体以上的问题时，则不在等效）

相对论对物质存在和运动的哲学解释是一种建立在光速不变基础上的假设的模式，虽然在物质的运动进程中采用因果律的模式对物质的物理量间的关系进行解释，但是这种哲学基础却是与因果律无关。可以认为是采用数理概念的模式。（注：这种数理不是数学中所指的数理，而是采用数量间的关系去处理物理概念的内在关系）

而量子论则对理论模式、客观事实不进行解释，直接采用经验约定的模式进行处理，直接引入物理量并且看作经验约定。反映在量子论对物质存在和运动变化的哲学解释上，不是采用的因果律，而是采用的非因果律，可以认为是可能性的概率的解释模式。其依据是物质状态的测不准关系和物质存在属性的波粒两像性。

牛顿力学、相对论和量子论三种物理理论对物质运动进程所处理的模式各不相同，这种不同所表现的是对物理对象质的属性的不同。即便三个理论都处理相同的一个事物，在近似的意义上都得到一个相同的结果，但是这个相似结果的背后，是三种描述模式。

当我们将一个物体当作一个质点看待的时候，可以采用这个质点在空间中相对于参照物体发生的位移，来对这个物体的的存在状态进行比较。从而得到这个物体在两个相邻时刻中相对于这个参照物体的位移大小（关于位移所采用的微观化的长度，我建议采用空间中的两个相邻的物质点来进行描述）。通常我们将相对于参照系确定的这种位移状态叫做叫做速率。当我们对两个相邻时刻采用一个标准时间单位的时候，这时我们通常将物体相对于参照系确定的这种位移状态叫做速度。在如上的判定方法中，出现如下几种量：

一种是相邻两个时刻物体位移的大小。这一点不可避免的需要采用空间的概念，通常所说的长度、距离。另一种量是相邻时刻。通常所说的时间计量工具所记录的两个相邻时刻，或者一段极短的时间。此外，还有物体的质量。如上三种量都是物质运动变化过程中最普遍使用最密切的物理量。还有一种用于比较时间长短的物理量就是单位时间，或者说时间单位。单位时间说明的是一个单位时间的大小，后者则是度量时间的标准单位。两者的意义相同，但内涵却是不同的。单位时间的范围要大于时间单位。

但是，在如上三种量中，还存在隐含的量，这种隐含的量在我们将如上的这种定量方式推广到描述所有的物质运动变化中时，会发生困难。如上的三个量就是定量物质存在状态的三个基本的量，对于隐含量的探讨，我们在这里主要针对时间这个量，另两个空间和质量，我们将在后面的文章中进行讨论。（关于隐含量，这里进行这样称呼也许不适合，我在这里把它看成导致常规量发生不确定性的变化，并且和常规量存在确定关系的量，在常规量中没有表现出来的量）

时间的计量工具存在着多种，在适用上来说，从最原始的利用重力工作的沙漏、采用发条的弹性来驱动指针转动的钟表、利用电容和电阻进行电磁震荡的电子表、以及在现代采用光在真空中传递的时间单位的定义，等等等等，在实用上对时间计量的工具很多。

对于沙漏，我们采用的计量方法只能是沙漏相对于引力场静止的情况下而采用的古老的计量时间的方法。采用沙漏的变速运动和自由落体运动则不能得到均匀的时间间隔，并且它所计量的时间间隔和它相对于引力场静止的情况下所计量到的时间间隔也不是相同的。这影响沙漏计时的有效性。

对于钟表，我们只要对钟表的施加一些导致其内部发生作用的作用，都会导致其走时不准。比如对钟表进行磁化，将它放在一个强的磁场中，或者温差相差较大的两个区域里的两个相同的钟表，其钟表也会走时不同。

对于电子表，我们只要将它放在比较强的电场中，或者温差较大的两个不同的地方（影响电磁振荡的周期，电阻会随温度发生变化），它的走时也会不同。电场和磁场都会对电荷的运动变化产生影响，对发生光的原子核外的电子也不例外，磁场和电场中的谱线分裂充分说明了这种可能性。

采用不同的计量时间的工具，它总有一定的适用范围，并可以存在特定的方法来影响计量时间工具对时间计量的有效性。

在牛顿力学和相对论中，不同的惯性参照系导致不同的观测定量系统的时间和空间观念会发生改变。并且表现在不同惯性参照系间定量物体在时间和空间的根本观念上。并形成在不同的惯性参照系中，两种定量体系最根本的区别。现在我们来看看参照系统导致的时间隐含的量，牛顿力学和相对论会因为这种隐含量间的关系而在物质运动变化和描述上是统一的。

有利于统一不同惯性参照系间物质运动进程描述的一个隐含的量（相对于两种物理理论的观念来说）

惯性参照系的不同主要在于不同的惯性参照系之间存在着确定的相对运动速度。对物质运动状态的描述不仅仅只有速度一种物理量，速率的概念也是采用物理量的概念对物体存在状态的描述模式之一。那么采用速率的概念对物体运动进行描述将会发生什么现象呢？这个问题很简单

在牛顿力学中，速率的概念就是速度。因为在牛顿力学中，时间在物质的进程中、空间包容物质的属性都是绝对的均匀的。物体的质量属性也是唯一的，不会因为惯性参照系的变化而变化。长度/时间模式，所描述物体的位移状态既是速度也是速率。长度/时间不含任何附加的度量模式。

在相对论中，时间和空间的概念和观念乃至质量都会随惯性参照系的不同而发生不同的变化。那么长度/时间作为描述物体存在状态的物理量，在速度和速率的问题上则发生根本性的变化。速度的单位定义随惯性参照系统的不同而不同，从这样的意义上来说，速度依赖于参照系统的定量属性。我们将时间膨胀因子和空间收缩因子考虑进去，那么则成如下的形式：

由于不同的惯性参照系之间的时间和空间的观念是不同的，在一个参照系统中一个单位时间物体所运动的距离不能等于另一个惯性参照系统中一个单位时间物体所运动的距离。但是速率则没有这样的限制，因为它只是相邻的两个时刻间的物质的位移变化（请注意，这里所采用的位移的度量是空间中两个相邻的物质点间的距离）。

在不同的惯性参照系间的速度的描述上，速度和物质运动变化的对应描述是不同的，采用速率的概念对物质运动状态进行描述则两种参照系统对物质运动变化的描述就相同了。如图：

在两个不同的惯性参照系之间的速度上，分别如下：（可参见：在本文中物质的运动反映出的时间观念的定量结构 (1)质点运动的物质运动进程定量关系）

第一种情况，将物质在不同惯性参照系中的时间空间观念的变化看作真实的发生了变化，第二种时间空间和物质的质量没有发生观念上的变化，仅仅看作数学处理的方法，看作调节光速不变的数学方法。两种方法在前面我们已经说明过了，这两种方法在对物质运动变化的描述上是等效的。图中两个线段的长短代表物质的实际运动距离。这个距离采用空间中相邻的两个物质点之间的长度作为单位来定量，而不是采用单位长度来定量，从某种意义上来说，有一点理想的特点。

不论如上的任何一种方法，采用速率的概念对物质运动状态的描述都是相同的。（在相对论中的三体或者三体以上的问题，速度和速率的概念所描述的物理客观事实则不在等效，或者说不在相同。）

在如上的分析过程中，引入了新的量，就是空间中相邻的两个物质点之间的距离作为长度的单位，关于这个问题，现在仅将它看作一种新的定量模式就行了。

对于物质运动进程的定量单位而导致的时间问题，在现在的物理学中主要导致的分歧在于牛顿力学和相对论两种物理理论对物质存在状态的定量上，我们只要在定量物体的存在状态上采用速率而不是速度的概念，就可以在两种理论模式中取得统一。速率的概念需要我们对时间和空间进行微观化，或者通常意义上所说的量子化。对时间进行量子化采用相邻的两个时刻，对长度的量子化采用的是空间中两个相邻的物质点之间作为空间长度的单位。当然，现在只具有理论的意义。

[另附：定量物质的运动进程需要对物质状态的定量方法进行确定，这是定量物质进程的关键。在第五部分——时间、空间同物质定量体系的关系中还要讨论这个问题]

不利于不同惯性参照系物质运动进程统一的隐含的量（相对于两种物理理论的观念来说）

通过速率的概念，我们已经在理论上找到了统一描述物质运动进程的途径，然而，至少在目前为止，这样的理论途径还不是很乐观，因为我们还没有找到在客观实践上和理论相对应的方法，这依赖于理论中的物质运动进程的描述模式和客观实践上的具体的通道。主要是在客观实践上的定量导致的问题。反映在单位的定量上。其次，在对物质运动进程的属性上，理论和实践的对应是还导致一些不能确定的因素。比如不同惯性参照系之间的物理量的关系，进一步的引申来说，狭义相对论的相对性原理是否成立。定义系统在这方面则是较为复杂的了，本文则不在讨论这个问题。（在时间和空间的逻辑结构之六——时间、空间与物质的运动(下）——7将会专门的讨论这些争议性很强的问题）

我们必须建立理论模式和客观实践的严格对应，可以通过如下两个方面：定量物质运动进程的两个相邻的时刻、定量物质运动进程的空间中相邻的两个物质点。因为缺少理论和客观实践定量的途径，目前不能对这一统一的理论模式进行检验。

但是，不论我们是否找到这样的两条通道，理论上仍然成立。即便采用传统的科学观念，这样的理论仍然成立，因为它就诞生在传统理论中，并且是由传统理论推导出来的。在两种理论（牛顿力学和相对论）里可以通用，在牛顿力学里是牛顿力学的观念、在相对论里是相对论的物质运动进程观念。只有找到理论和客观实践定量的途径才可以在物质运动进程上统一物质运动进程观念上描述。不能找到这样的途径则不能建立统一的理论观念模式。即便这样，它仍然具有实用的价值和意义。

一种价值和意义是不论是牛顿力学里的确定运动速度的物体，还是相对论里所描述的确定运动速度的物体，只要速度的数值相同，那么物体运动的速率必然可以看作是相同的，不论物体所在的参照系统的时间如何的膨胀以及空间如何的收缩。（请注意，这里不能适用于相对论中三体或者三体以上的问题，即：爱因斯坦速度合成法则。可参见狭义相对论原理的阐释中的——5、第五个问题：处理相对论两体以上问题的爱因斯坦速度相加定律。在三体或者三体以上的问题，速度和速率的概念所描述的物理客观事实则不在等效，或者说不在相同。在时间和空间的逻辑结构之六——时间、空间与物质的运动(下）——7还要进一步的讨论这个问题）

在速率的问题上，牛顿力学和相对论仍然是等效的。（相对论中三体或者三体以上的问题例外）

不论我们是采用存档米源器来定量空间距离单位的形式，还是采用在1983年的第十七届国际计量大会上，“米是光在真空中，在1/299792458秒的时间间隔内运行距离的长度。” 作为长度的定量模式，对于空间的单位定量的属性都依赖于定量目标的力学属性。前者——存档米源器，我们利用的是米源器的微观分子结构力学属性，即确定数量的分子排布的长度范围。后者——米是光在真空中，在1/299792458秒的时间间隔内运行距离的长度。则是传递光的介质传递1/299792458秒的时间间隔所跨过的介质传递区域。

对于存档米源器，长度单位依赖于特定分子的结构力学属性，所以在定义标准的时候，通常是将存档米源器所处于的特定的温度也同样定量进去。现在我们抛去了这样的定义，而采用米是光在真空中，在1/299792458秒的时间间隔内运行距离的长度。但仍然不能摆脱掉物质力学属性的特点，当然这种力学属性不是指的机械力学属性，而是指的空间介质对光传递的电磁力学属性。

相对论认为，在不同的物质运动状态和不同的空间力学区域里，光在传播过程中的力学属性会发生改变。这一点是不用怀疑的，光在通过不同介质中的时候，光的传递速度会发生相应的改变。这样的事实已经足可以说明这个问题。其次还有引力场中的情况、高速运动的情况。采用米是光在真空中，在1/299792458秒的时间间隔内运行距离的长度将不是稳定的。或者换句话说，这种定义不具有普适性。

物质分子之间的结构力学属性依赖于物质微粒间的作用，并且物质原子间的作用不是单纯的二维的形式，不但有纵向的作用力，还存在横向的作用力。每一种不同的物质分子，原子之间的力学结构、原子的空间分布也是不同的。即便如相对论理论中所说的空间距离会在物质的运动方向上发生力学属性的改变，但是在垂直于这个方向上的原子间的力学属性则不会发生这种改变，但必然也会因为沿运动方向的力学属性的改变而发生某种改变，这种改变也必然影响到沿运动方向物质结构的力学属性的改变，那么我们仍然不能得到物质微粒间的作用和不同运动状态的参照系之间是相同的协变形式。在客观事实上，我们不能确定物质分子之间的结构力学属性和物质本身固有的惯性两者会随着空间介质对光传递的电磁力学属性发生相同的协变。

我们可以看到，现代科学对物理基本概念的定义已经引入到一种因果关系的复杂化地带。寻求严格的定义，然而在因果关系是恰恰是非常不严格的。我们甚至不能在因果律的模式上得到相对论给于物质运动进程的定义关系。

关于波的问题，在速度的问题之二——震动与波（上）和速度的问题之三——震动与波（下）中已经讨论过波的问题，这里仅探讨和物质运动进程过程中关系密切的波动现象，以及上两篇文章中没有讨论到的波速的问题。有兴趣的朋友可参见上两篇文章。

我们谈论波在空间中传递，我们通常采用波速来对波的运动速度进行描述。对于波的传递和传递速度的探讨，不可避免地我们要通过几种和波相关的概念和客观事实。

波要在空间中传递，必然通过传递波的介质。我们测量波必然通过特定的测量工具。因此，可以通过如下三个简单的工具来探讨波的运动。即：波源、波的介质（波的载体）、波的观测者（波的观测点）来对波的传递进行判定。

首先我们先确定波的运动形式。波作为传递物质间的作用的模式已经可以作为确定的事实，作为动量的形式或者作为作用力的形式。这没有任何的争议。

所有的波（包括机械波）、声波、电磁波等所有的波，其作用形式必然是两种形式，一种形式是通过质点或者物质本身具有的惯性来完成波的传递，这种形式是动量的形式。机械波则是这种形式。另一种形式是通过作用力的模式进行传播的，电磁线圈中振荡的电流以及由此而产生的电磁波、通过空间传递的引力波等。我们不能确定传递作用的过程，但我们可以确定它们是通过空间介质间的作用进行传递的。在传递过程中，我们唯一可以确定的作用模式是通过物质间、或空间介质间的作用进行传递的。并且这是我们所理解物质间作用的基本的经验约定。我们不能在确定的模式上找到比此更基本的解释。给于这种波特定的名称，通常是以作用的属性来命名的。

在采用数学可以采用两种形式来对波通过介质间的传递的进行描述，一种形式是mv（ρ)（F)另一种则是ft（ρ)(F)。其中（ρ)是和质点密度传递的分布函数，对于二维的波，同波的传递距离成反比，对于三维波，它同波的传递距离的平方成反比。（F)为一个介质质点振动一个过程(周期)和时间相关的函数，mv或者ft则表示一个质点传递一个波子的力学因子。对于机械波，我们可以很容易确定一个质点的mv就可以了，但是对于ft则要非常困难了，它需要通过实验的方法来对空间中传递的力学属性进行确定，同时，它和波源振动微粒的属性有一定的关系。对于振荡电流的电磁波来说，它依赖于电子的属性。同时（ρ)振动电子的数量成正比。对于带电粒子的变速运动所产生的波，它依赖于这种带电粒子的属性。在电磁理论中，采用变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。在这里，ft表示两种属性的作用，电场和磁场是通用的，不同的只是作用的属性（电或者磁）、作用的方向的不同。

这种描述方法比麦克斯韦方程组对空间中传递的波的描述要严格一些和精密一些。并且适用于所有的波动现象。但它所描述的只是一个波列。要描述一个机械波源或者场波源发出的所有的波列，还需要建立这种波源和空间介质间的关系。

传统科学对波的描述总是采用数学的形式描述模式，它不能对应于微观物质本体所存在的物质运动变化，不能应用于孤立带电粒子产生的电磁波动，所以在科学进入到原子领域之后，对于原子的电子发光现象，而必须采用量子论的模式所替代。这是麦克斯韦的电磁理论的数学形式描述的局限性，在孤立带电粒子产生的电磁波动中，必然是要失效的。而采用mv和ft对波动现象进行描述则没有这种局限性。当然，现在这种描述对于波动现象的物理关系还不是很完善，只是定性分析。在考虑到空间的介质属性之后，还可能存在一定的的变化。

对于简单的机械振动的波，如抖动一根绳子，我们会观测到绳子所产生的一个二维的波动，将石子投递到水中，我们可以看到在水面产生一系列的波列。这样的机械波，我们都可以看到介质的波动现象，也可以得到介质的波动和介质存在状态的关系。但是，对于震动频率较快的机械波，比如声波、地震波等，我们则不能看到明显波动现象，我们只能听到声音，感受到地面的振动。根据介质的属性以及介质间的作用关系，我们可以得到理论上波的传递模式以及波的传递速度。

但是，有的波我们是不能判定波的介质属性，我们不能从介质间的关系来判定波的具体传递过程，采用试验的方法也不能判定介质的存在。麦克尔逊——莫雷试验则是典型的这种试验。那么对于这样的波的处理，在近代和现代物理学中通常是将传递这种波的介质当作没有看待。这样的波有这样一个特点，就是通过空间进行传播，并且可以认为这种波的传递不需要机械介质。电磁波是典型的这种波。那么对于这种波，科学上是怎样确定波的传递速度呢？

在静止观测参照系中ε_{0 、}μ₀，为一个常数，那么在相对于这个惯性参照系以一个确定运动速度的参照系中（或者接近光速的惯性参照系中），这两个常数仍然是不变的。仍然为确定的常数（我们不能找到这两个常数发生变化的证据）。就可以得到光在真空的任何一个惯性参照系中，ε_{0
、}μ₀必然为一个相同的常数。那么根据电磁理论光速的公式

，则可以得到，光在真空中的任意一个惯性参照系中的传递速度为C。关于光的计算公式，我认为不能采用这样的方法，但具体讨论起来设计的面就很大了，这里不在节外生枝了，在未来的时空因子这篇文章里在进行讨论。（在后面的光速的属性中也要讨论这个问题）

对于水波、地震波、声波等机械波，都可以通过确定的力学属性进行判断，因为波源、波的介质（波的载体）、波的观测者（波的终点）三者都是已知可测定的。对于波的运动属性，都可以看作波的力学属性在介质中的传递。这是从因果关系上来看波动事件的起因。但是现在在科学上，往往采用比较简单的方法来对波动现象进行定量。

当波源、观测者和传递波的介质都静止的情况下，观测者所观测到的波的情况遵守上面我们提到的规律。

在我们讨论的波动现象中，共有三个波的物理对象：一个对象是波源，它是形成波的发射体。第二个对象是传递波的介质，它是波的载体。在这里，我们必须首先假设传递波的介质是均匀的。最后一个对象是波的观测者，也可以看作是和波发生作用的对象。我们在这里讨论波传递的特殊情况，就是三个对象运动的情况和波的传播方向是相同或者相反的情况。根据数学上的排列与组合，波的这三种对象共有七种运动的可能性。以及这三种对象完全静止的情况。分别如下：

波的对象的状态	这列波相对于观测者的速度
波源、传递波的介质和波的观测者全部静止。	波源运动速度为0 传递波的介质的运动速度为0 波的观测者的运动速度为0 这个波相对于观测者的运动速度为v
A:波源运动，传递波的介质和波的观测者分别静止	波源运动速度为a 传递波的介质的运动速度为0 波的观测者的运动速度为0 这个波相对于观测者的运动速度为v
B:传递波的介质运动,波源和波的观测者分别静止.	波源运动速度为0 传递波的介质的运动速度为b 波的观测者的运动速度为0 这个波相对于观测者的运动速度为v+b
C:波的观测者运动,传递波的介质和波源分别静止。	波源运动速度为0 传递波的介质的运动速度为0 波的观测者的运动速度为c 这个波相对于观测者的运动速度为v+c
D:波源、传递波的介质运动，波的观测者静止。	波源运动速度为a 传递波的介质的运动速度为b 波的观测者的运动速度为0 这个波相对于观测者的运动速度为v+b
E:波源、波的观测者运动,传递波的介质静止。	波源运动速度为a 传递波的介质的运动速度为0 波的观测者的运动速度为c 这个波相对于观测者的运动速度为v+c
F:传递波的介质、波的观测者运动,波源静止。	波源运动速度为0 传递波的介质的运动速度为b 波的观测者的运动速度为c 这个波相对于观测者的运动速度为v+b+c
G:传递波的介质、波的观测者和波源都运动	波源运动速度为a 传递波的介质的运动速度为b 波的观测者的运动速度为c 这个波相对于观测者的运动速度为v+b+c

在机械运动领域，当我们对波源、传递波的介质和观测者所存在的状态都确定的情况下，我们可以得到在介质中的波的运动的几个特点：

第一个特点：在介质中运动的一个波，它和观测者之间的相对速度与光源的运动无关。这个特点在19世纪已经为人们清楚地了解。

第二个特点：在介质中运动的一个波，它和观测者之间的相对速度与介质的速度、观测者的运动速度有关，并且遵守牛顿力学的速度相加规则。

但是，在波源、传递波的介质和波的观测者全部静止的情况下，我们可以采用波长乘以频率来表示波的传递速度之外，其它的情况下我们则不能采用这个关系。因为波长乘以频率，则波的传递速度必然为一常数。前面的列表中我们可以看到，根据排列与组合的方法，波相对于观测者的传递速度有v、v+b、v+c、v+b+c四种可能。

此外，在波速的问题上出了一个分歧，就是波速的定义问题。波速是指的一个波和观测者之间的相对速度，还是波和介质的相对速度。这个问题在时间和空间的逻辑结构之六——时间、空间与物质的运动(下）——7中还要讨论。(注：这个问题在机械运动中是没有分歧的，因为我们通常知道波的三个物理对象的状态。但是将机械运动中波的概念应用到和真空相关联的物理量上，分歧则出现了，物理概念间真实的含义则逐渐淡化，波速在这个问题上则出现分歧了。比如对于电磁波、引力波、光波等等。但是,在观测的意义上,波速则指的是波和观测者之间的相对速度，这一点是没有疑问的。

如上我们的探讨都是在波源、传递波的介质、波的观测者三者都确定的情况下探讨的波的传递速度。如果我们不能确定这三者之间的关系，而仅从对波的观测上来说，我们所观测到的波仅仅是作为观测者接受到外界所给与观测体的周期性的波的作用。除此之外，我们不能确定波源、传递波的介质、波的观测者三者之间的关系。如下的事例可以作为说明，如图：

由于介质相对于观测者的传递速度是未知的，我们不能确定介质相对于观测者的速度，这样我们也不能确定波源发出的一列波相对于观测者的速度。我们所观测到的5000赫兹只是介质每秒钟所给于观测者的5000次的作用。我们不能确定波长，通常意义下的波长和频率的乘积等于波速，只是波源、传递波的介质、波的观测者三者都是静止存在状态下的关系。从我们上面的列表中可以看到，除了波源、传递波的介质、波的观测者三者都是静止存在状态下之外，从A到G还存在7种频移的可能。我们不能确定波源发出的频率也就不能确定波的频移大小。那么，波源和传递波的介质的相对于我们的存在状态对我们来说则是未知的。

传递波的介质、波的观测者必须唯一确定，我们才可以确定波相对于我们的运动速度。

在机械运动中我们可以很轻松的处理波的传播问题，因为对于波的三个物理对象上，我们很容易确定。但是对于宇宙空间中的物质所发射的波动现象，我们目前则不能确定波源、波的传递介质和波的观测者三者之间的运动状态属性问题，我们仅能根据观测到的结果来进行判断。但是根据我在前面列出的波源、波的介质和波的观测者之间的运动状态特点，波和观测者之间的相对速度，它除了和波源的运动无关之外，还和介质的速度、观测者的运动速度有关。只有在传递波的介质、波的观测者之间必须唯一确定的情况下，才可以对波速确定。

在电磁理论中，波的传递速度是由

确定，真空介电常数和真空磁导率我们将它们看作常数，那么光速则是唯一的了。

在这里，首先提一下我个人的看法，

不能作为光速的公式。真空介电常数和真空磁导率不能作为光速的普遍公式。真空介电常数和真空磁导率不能决定空间介质对光这种属性的波动的传递速度。我们知道，真空的介电常数所表示的是物质在真空中的绝缘性能的一个系数，真空磁导率表示的是真空导磁性能的系数。在经验约定上，这两个系数所表征的物理量都是和静态相关联的物理关系。那么，没有任何的理由确认它同真空介质传递光波的扰动速度联系在一起。即便采用麦克斯韦电磁理论也同样不能确定。我们可以采用空间的某些属性建立光波在空间中扰动的某种关系，但是，却不能建立这样的关系。更何况这样的关系普适于任何惯性参照系。我们在这里必须确定，光速同惯性参照系是有关的，而不是确定的常数。

另一方面，光的属性包括（传递属性和作用属性）还存在一些分歧。

红色的圆柱体和白色的圆柱体仅为了区别旋转的方向，两个圆柱体反射光线点都光源的距离是相同的。这两个圆柱体提供两种旋转方向，用于反射光源发出的光信号。光源发出一束光线。观测者位于两个旋转圆柱上方的合适位置，用于测定经两个圆柱反射后的光线的区别。观测者，光源和旋转的圆柱之间相对静止。

由于现有的物理理论对光的属性、空间的属性的认识存在分歧。这里我们分别讨论：

首先关于相对论对空间属性的看法导致的分歧。相对论认为，空间属性和两个物体的相对运动速度有关。图中的两个圆柱由于在向相反的方向旋转，圆柱体反射光线点同光源的相对运动速度是不同的。圆柱体反射光线点和光源之间的空间距离会发生不同程度的收缩，此时根据传统的波动理论，观测者观测到的信号光线会存在不同，或者说存在区别。

其次，不考虑空间收缩，将相对论效应排除在外，根据传统的经典波动理论，光源发出的信号到达反射点的时间是相同的。不论两个圆柱体以什么样的速度旋转，观测者观测到的信号光线没有任何的区别。因为反射点总是在相同的时间里将光信号反射出去，不会形成任何的频移。观测者观测到的两个圆柱体反射的光线没有任何的区别。

最后，我们在从物质间的作用上来看这个问题，我们不将光信号看作传统的波动性的波，而仅看作光源发出的对外界的一种作用。（由于光的信号和电磁信号在发射过程中的原理不同，不能将它当作传统的波动性，如果这样看，光的属性和特点在和物质的作用中是未知的，所以这里进行保留）由于圆柱体分别在向相反的方向上旋转，两个旋转方向的反射点和光线的作用，可以肯定，两个圆柱体表面的反射点反射出去的光线存在着一种区别。

在这个实验的过程中，没有关于波的传递速度的任何信息，在这里可以认为，实验现象的解释和波的传递速度是无关的（另一方面的依据是观测者、圆柱体和光源是相对静止）。

在这个实验过程中，如下的问题必须注意（是我的意见，仅供参考）：

第一、旋转圆柱体虽然在不停的旋转，但是反射点和波源没有任何相对位移。它仅仅是提供两种不同的和波相互作用的状态。

第二、观测点、圆柱体和波源可以当作静止处理。因此不用考虑频移的关系。

第三、圆柱体对光线的反射点和观测者之间的关系没有相对位移，只有作用属性不同的差异。这个作用属性的不同是由圆柱体向正反两种旋转方向的不同而不同。

第四、由于相对论对相对运动状态的处理是时间、空间的膨胀和收缩，那么在这个问题中，时间膨胀和空间收缩是相同的数值（相对论效应在频移上不存在）。那么理论上不会是频移的问题。

第五、关于光波和物质间的作用属性和实验现象对应问题尚未完全搞清，在这里很可能是频移。就是观测者观测到两个（不同旋转方向或者旋转速度的）旋转圆柱体反射出的光线的频率应该存在微小的差别。

通常，波的传递速度被人们看作恒定的，这是相对于相同性质的波在相同的传递介质而言。波的介质本身会对波速存在一定的影响。比如：空气的温度和声波存在一定的关系，温度较高的时候，声波的传递速度要略大一些。这个波速是相对于波的介质来说的。严格的来说，指明波的传递速度需要确定两个关系。

第一个关系是波源、观测者和介质的关系，指明它们的相对位移状态。

第二个关系是波的传递速度是相对于波的传递介质还是相对于观测者的关系。在机械运动中这个问题很好解决，因为都是可观测量。

但是如上的两个关系对于和真空相关联的波的运动速度则是未知的量，这个未知的量就是波的传递介质相对于观测者或者运动物体的状态关系。一个世纪以前以太的问题就是这个问题。由于光的运动速度太快，这给我们测量光的传递速度带来一定的困难。从实验方法上，一个世纪以前我们不能确定以太这种介质的存在。那么这导致相对论处理方法的诞生。现在来看，这仍然不合理的，我们不能因为不能确定真空介质的存在和属性特点而将这个问题给忽略掉，而采用一种折衷的方法。虽然这个问题到现在为止还不知道如何采用确定的方法进行解决。另一方面，人们对光速的问题上还存在几个误区：

第一、测量方法：我们通常都采用特定的测量方法来测定光的属性，比如采用光行差的方法来测定光源的关系。我们通常测定的光的属性是光给于我们的作用。在光和我们所观测的本身上，它仅表示光和测量仪器的作用。我们测定的不是光本身的传递速度，而是测量的光和观测仪器作用的某种属性。

第二、光的属性判断上：光作为一种波来说，不能当作普通的机械波处理。至少不能当作具有确定的周期性。这一点可参见空间的介质问题之三——光的本性与麦克尔逊—莫雷实验（上）（光的波动性）。

第三、波速的公式：我们根据波源、波的介质和观测者三者都静止情况下的波的传递速度的公式——波速等于波长乘以频率，不能推广到波源、波的介质和观测者三者是运动的情况，或者任一一者是运动的情况。这是人们对波速的误区。同时也是对光速不变的误区。

第四、除了如上的三个问题之外，还需要考虑波速是相对于那一者的相对速度。波相对于介质的速度、相对于观测者的速度和相对于光源的速度三者可能是不同的。这依赖于波源、波的介质和观测者三者的相对运动状态的关系。

如果我们确定一个物体的存在，那么首先存在一个判定存在的依据。找到这种判定的依据后我们才可以判断这个物体的存在。

另一方面，物体的存在不依赖于我们判定它是否存在而存在。举个简单的例子来说，在太平洋里存在着一种特殊的鱼，其长度只有100个原子长度，但它可以吃掉鲸鱼。这样的事件谁也没有见过，也没有办法进行查证。我们从客观事实上不能判定是否存在。而仅能从常理上判断这样的事件不会发生。也许会存在100个原子长度的细菌，其形状像鱼，可以在鲸鱼身上进行大量的繁殖，并导致鲸鱼的死亡和尸体的分解。

对物体存在的判定方法，量子论中有独到的地方，薛定鄂猫则是一种关于事件发生存在的判定事例。在一个没有和外界任何联系、交换任何信息的密闭盒子里，存在一种突发性的事件和一个猫，这种突发行的事件可能导致这个猫死亡，也可能导致的和这个猫的生死没有关系,这在数学上叫做概率，它仅仅表示这种可能性。我们在盒子外面来判定这个猫的死活则是可能性的表示模式。这种表示模式所表示的是和猫的实际的死活状态没有任何确定的实质关系。仅仅是可能性。

对于确定性的数学而言，我们知道，缺乏条件的数学方程是不可以求解出确定的解。盒子的内部和外部没有任何联系性的“是”或者“否”的事件，如果我们判定其状态为“是”是没有任何意义的。如果我们判定这个事件的状态为“否”状态，那么也是没有意义。猫对于存在状态来说只有一种存在状态——死了或者活着。100个原子长度的鱼可以吃掉鲸鱼的事件也是同样的道理。

对于未知事件的判断状态，采用物理的方法去判断事件，不是没有办法去判断这个事件的状态，而不能采用物理的方法去判断，因为缺乏必要的条件。如果在物理上采用方法去判断，比如薛定鄂猫的判断方法，那必然不能叫做物理的判断方法。因为物理不能对这种没有任何信息的未知事件进行处理，这是物理的局限性。

在时间和空间的逻辑结构——时间的问题中，我们已经讨论了时间的描述问题（可参见这一段可以看作一种观念的概述，如果你已经看过这篇文章并对内容了解，那么本部分内容可以不用看）。对于一个已经发生的物体存在过程，我们可以采用物质事件的存在状态的序列进行描述。简短的可以这样描述：

如果随着孤立运动物体的运动进程，一个物体的一个存在状态所对应的宇宙中其它物体的存在状态叫做a状态，第二个状态叫做b状态...c状态....d状态......一直到无穷的状态。这个对应序列的对应原则是采用物质的存在作为对应条件。这种对应条件是绝对的对应条件。

当一个物体在存在，并且这一任意时刻的正在存在的状态，我们确定它为“存在a状态”，相应的其它物体也是同样，在存在的这一状态上所形成的对应是严格对应。并且不依赖于观测条件。换作传统物理学中的概念，则是同时性的概念。存在的这一刻，我想可以叫做同时性的绝对条件。

但这样的对应序列仅具有理论上的意义。如果我们要采用观测的方法来确定两个物体之间的同时性问题，那么，必然要采用一种观测手段，来确定两个物体都和自己的眼睛（或者感觉）发生作用，这样才可以根据两个物体各自的运动序列，确定一个物体的一个状态和另一个物体的一个状态相对应的序列中的位置。这样我们所确定的物体的状态相对于现在的存在来说，那一状态已经不再存在。因此，我们所确定的物体间存在的那一相同的对应状态，是过去的对应状态，并且相对于现在来说已经不再存在。

因此，所有以存在为条件的两个物体的同时性问题，都是绝对的同时性。所有以观测为条件的同时性问题，都是过去的同时性。对于过去的同时性问题，相对论提出一种同时性的方案，并且在判定物体间的对应序列上，也表现在物体存在的序列进程上。相对论提出的方法和原则，我想对于物体存在序列的这个领域而言，无疑这是一种开创性的工作，这也是相对论的一种贡献。虽然这样的方法和原则并不是客观的。

然而在这种贡献中，却忽略掉重要的东西。就是所有以存在为条件的两个物体的同时性问题，都是绝对的同时性。在观测基础上所得到的相对的同时性则存在一个不能解释的问题，就是一个事件在它本身还没有发生的时候，任何一种参照系中去观测，这个事件都不能已经发生。在考虑到相对论原理时，我想我们应该将这个问题考虑进去。

(3)鉴于如上两点，我们应该客观的实事求是的去处理物理问题。虽然在物理理论和客观实践的对应中，有些问题我们的认识范围总是存在着确定的局限性，比如真空介质。在我们不能确定的情况下，我认为应该采用保留的态度。而不应该是将物理理论建立在不确定因素之上。这是我个人的看法。

第一个目的：在我们对物质运动的描述中，其主要目的之一是定量物体的存在状态。

单独一个物体没有存在状态，所谓的物体的存在状态都是和除这个物体之外的外界物质环境存在状态相比较而言。在实际的定量技术应用中，我们都是采用一种标准的物质存在环境当作标准的环境，通常叫做静止参照系。物质和这种物质环境只存在两种状态，一种叫做相对静止；另一种叫做相对运动，其精确的划分又可以分为匀变速运动和非匀变速运动。

前者，相对静止状态，相对于这一静止参照系而言，通常可以看作不受作用力的状态。而后者相对运动状态通常是指物体的一种受力状态。因此，物体从一种状态到另一种状态的规律我们可以看作完全是由力的属性引起。故，我们也可以将这种描述物体存在状态的定义体系叫做力学定义系统。

相对论的定义体系不是一种力学定义系统，因为相对论科学体系中的时间、空间和物体的质量这三种物质基本的量的变化规律不是由于力学的属性而发生的改变，(至少在相对论里没有明确地确定这种力学的关系)因此我们可以叫它非力学定义系统。

如果我们确认一种物理事实是由力学的原因引起，并且物理现象主体的概念来源于力学体系的定义，那么，我们在描述过程中是采用力学的描述，遵从因果关系。还是采用物理主体的存在状态与力学的无关性，寻求现象和状态的对应，建立非力学的关系。

如果我们确认因果关系作为对物理现象的首选解释，那么无疑前者——力学的解释是首选的解释。作为寻找物理规律而言，也是最直接最简捷的选择。如果我们认为现象和状态之间采用非力学的属性来描述，并将客观的经验事实作为非因果律的描述对象，那么显然这只能是建立在经验事实上的经验约定，除此之外没有其它的原因。

如上的两种对物理现象解释的方法导致了两种对物理现象解释的方法和途径。前者建立力学的体系，这和传统的牛顿力学体系是相同的哲学观念和方法，后者则主要是一种现象和另一种现象的对应解释，是一种非力学描述方法。这和相对论和量子论的描述方法是相同的哲学观念和方法。

对于物质的描述，两种对物理现象解释的方法我们无论如何也不能看作等效的方法。虽然两种方法都可以对物理客观对象给与一种确定的描述。甚至在某种物理现象和客观事实的解释上甚至是等效的，并且分别形成一种确定的理论解释系统，理论定义系统。

我想，在两种物理理论和方法的解释上，不论描述物理的方法和途径如何，但物理目的是相同的。在寻找物质运动变化规律的基本的解释上，它们的不同主要是力学和非力学的区别。

物质的描述环境在这里是指描述物体运动状态和变化的力学环境。在一个静止惯性参照系中，我们针对一个物体的存在状态和力学的关系进行定义：一个质量为1千克的物体，在其受到的作用力为1牛顿的时候，这个物体所产生的加速度为1米/秒。这是我们所采用的建立在经验事实约定基础上的定义方法。

在这种定义方法中，存在一个力学的定义环境，这个环境我们是通过对力学概念定义体系的定义间接的定义的。我们也可以认为，这个定义是同力学定义体系一同定义的。在定义质量和物体存在状态和空间的关系过程中，同时引入的一种定义。

这种定义的内涵则是当一个单位的质量在一个单位力的作用下，产生一个单位状态变化的时候。（现在的定义是1米/秒），我在这里将这种物理定义体系的力学属性叫做物理定义体系的力学环境。

牛顿力学的这种物理定义体系的力学环境是一种绝对标准的力学定义环境。它不随物质存在的任何状态任何环境而发生任何的改变。这是一种基于物理描述概念的基础性的定义。

相对论则不同了，它定义了以任何一个惯性参照系去定义物体的描述系统，这种力学环境也是绝对标准的。但是，以任何一个惯性参照系去定义除此之外的其它的惯性参照系中的物体的运动变化，这种定义系统的力学环境要发生改变，并且与这个惯性参照系的力学环境存在着不同。这样的结论是通过定量过程中两个惯性参照系间定量工具会随两个惯性参照系间相对作用的不同而引起的，我想这可以归结到定量过程中力学环境的不同。但相对论保留了牛顿力学力学环境的绝对标准，而将这种力学环境的不同看作物理量的属性发生了变化，比如:在不同的惯性参照系中，相同的一个物体的时间、空间和物体的质量的定量标准发生改变。（遵守牛顿第二运动定律）

如果两个物理系统的力学的定义环境是不同的，那么这两个物理系统所定义的力学物理概念也存在着不同，相同数量的某种物理量，比如：质量、长度等物理概念也存在着不同。它们之间的数值关系不能进行任何的比较。这是由物理系统的力学的定义环境是否相同而决定。如果这种物理系统的力学的定义环境是相同的，那么其数量自然可以进行比较。

然而，相对论的创建者忽略的这种基本性的定义问题。在不同的物理系统的力学的定义环境中的数量关系则没有进行处理。而将不同惯性参照系中的观测量的数值当作经验约定上的相同的物理量的数值。在相对论中并没有解释这种原因，而仅当作经验约定。举个例子来说：不同惯性参照系中的1个时间单位，它所表示的是不同惯性参照系中的属性相同的周期运动。至于为什么可以看作是相同的，相对论并没有给与解释，而仅当作一种经验约定。如果物理系统的力学的定义环境是不同的，那么我们没有任何理由确认这种相同的周期所代表的时间含义其时间属性是相同的。

传统科学的发展方向是继承性的发展，在这种科学发展过程中，新的科学描述系统要继承旧有的科学定义系统。也可以将它看作兼容性。这样的发展模式似乎是科学发展的必然，一方面原因是，新的科学在理解的模式上，要符合科学的通用性和可理解性。科学是整个关于自然领域的学科，它是整个社会的，而不是个人的。这是原因之一。

随着科学的发展，现有的科学定义系统在描述整个宇宙的过程中存在着一种困难。依据物理的逻辑方法，这种困难就是因果律在自然科学领域关于物质存在状态改变的定义，我想也可以理解成我们上面所谈到的物理系统的力学定义环境。我们是否必须延续经典的对物质运动系统的定义方法，即牛顿第二运动定律的严格性。（当我们给一个质量为一个单位的物体施加一个单位的作用力，这个物体将产生一个单位的加速度。）如果在某种特定环境下，物体的运动变化不能满足这样的关系，我们是需要建立相对论这样的协变系统，还是需要对科学领域建立新的描述模式？