要徹底理解物理就必須能夠回答物理的根本問題。如

• 為什麼動量這麼基本的觀念卻不是基本量？
• 為什麼能量有這麼多狀態？
• 電磁學有沒有直觀的理解方式？
• 為什麼狹義相對論的時間因人而異？
• 量子波實際上是什麼形態？

這些問題物理課中沒有教。物理書上也沒有提。在物理書與物理課中只教現有的物理定律及相伴的理論。一旦牽涉到這些理論的本源就付之闕如。通常物理學界對這些問題的態度是｢這就是宇宙運行的規律，你只有接受。」所以要回答這些問題只能自行摸索。

解答這些問題沒有現成的方法，很難著手。我想了很久，最後決定先釐清物理定律的來源。

對於早期的人類，宇宙中重複發生各種類似的物理現象。像每天日出日落，每月月盈月虧，每年春夏秋冬。這些重複發生的現象經過人類的觀察，形成重複發生的景象。重複發生的景象必定有規律。早期的人類都是從地球表面觀察，自然地視地球為中心。嚴格來說是以地表上的定點為中心。用現代物理的說法，就是參考系。以單一參考系建立的模式屬於單段模式。這樣建立的模式用來預測天體運行不夠準確。

到十七世紀，開普勒採用了以太陽為參考系，才建立了較準確的太陽系行星模式。行星運轉模式的核心是開普勒定律。開普勒第一個選取的對象是火星。從地表觀察火星運行的景象是由火星繞日模式結合地球繞日模式，再結合地球自轉模式才得到以地表定點為參考系較準確的模式。

從太陽系模式可以看出，以地表定點為參考系的模式形式過於複雜。早期的人不可能想到。只有當開普勒選取太陽為參考系，將模式分成三段。每一段的形式足夠簡單，才可能猜到，分別優化。而開普勒定律就可以從行星軌道模式中分析出來。

那人類為什麼一開始沒有想到以太陽為參考系呢？設想如果有一艘太空船從太陽系外面經過。向外面觀察太陽系。就會看到行星圍繞太陽轉，地球同時在自轉。很容易就得到太陽系模式。這就顯示觀察者所在的位置極其重要。觀察到的景象由物理現象與觀察者的行為共同決定。要理解物理定律必須從各個觀察者的行為看其效應。

無論以地表定點為參考系或開普勒以太陽和地球為參考系建構模式都屬於數據建構法。就是依據數據建構最優化的模式。物理需要模式足夠精準，才能發掘定律，進而創建理論。物理學最早發現的定律多是由數據建構法得到。加利略的重力加速度，開普勒的行星軌道模式都是這麼得來的。

數據建構法是先觀察，將結果的數據紀錄下來。有了足夠的數據後再用各種模式形式，調整參數，進行優化。使模式的值與觀察結果的數據誤差最小。這個方法今天仍在大量使用。人工智慧的機械學習就屬於這種方法。這個方法的最大困難是如何選取最佳的模式形式。

選取模式形式最簡單的方式是用現成的形式。如線性回歸、時間數列、或卷積神經網絡。這些現成的形式通常達不到物理要求的精準度。較複雜的方法是分析數據。依據數據建構模式形式。這又分單段模式與多段複合模式。早期人類建構太陽系模式使用的是單段模式。開普勒使用的是多段模式

牛頓推導重力定律顯然沒有採用數據建構法。在牛頓之前，加利略早已證明自由落體的重力是質量乘以重力加速度。經過實驗，發現所有物體下落時無論什麼質量與高度，重力加速度都相同。而開普勒建立了行星軌道模式，是以太陽為焦點的橢圓周運動。這個模式也適用月球環繞地球的運動。

牛頓知道橢圓周運動需要向心力。也知道向心力與距離的平方成反比，與加利略認知的重力不相合。雖然兩者都受到地球引力，應該是不同的力。以我的推想，當蘋果砸到頭上時，牛頓福至心靈想通了。重力中的距離是與地心的距離。重力加速度應該隨與地心的距離改變。由於地球本身的半徑很長。地表高度差異相對很小，對重力加速度影響太小，導致加利略的誤會。既然加利略對重力加速度的認知是錯的。那麼月球對地球的向心力就可以是重力。這樣才能將加利略與開普勒的理論整合成更基本的重力定律。

牛頓採用的方法是整合。將兩個看似無關甚至衝突的理論整合成一個理論。在整合的過程中常需要靈感，解決衝突，加入新觀念。在物理學的發展中，整合的次數不多。馬克斯威爾整合法拉第定律、安培定律等，建成馬克斯威爾方程組。愛因斯坦整合電磁學與力學建立相對論。施溫格、費曼等人整合量子力學與相對論建立量子場論。每次整合都將物理帶向新紀元。

還有一種方法是推衍。將現有的物理理論賦予新的意義推衍出新的理論與定律。以場的觀念推衍牛頓的重力定律可以得出重力場。重力場又可以推衍出重勢場。以能量取代力為核心推衍力學可以得出拉格朗日力學。混合能量與動量推衍可以得出哈米頓力學。推衍是推動物理學進步的主要方法。

其他還有一些對物理理論進展幫助稍小的方法，就不再多敘。

要找到物理的真實定律，得根據現有的景象定律。很顯然需要採用推衍法。但是如何推衍呢？最直接的想法是移除人類觀察者。怎麼做？經過幾個月的研究，我找不到任何方法。我卡在這個問題上

2018年三月的一天，我坐在書房內望著窗外，一時感覺眼鏡有些模糊，於是拿下來擦拭。我低頭望著擦拭中的眼鏡，突然想到：｢眼鏡是一種透鏡。透鏡會折射影像。但是要得到原來的影像，並不需要移除透鏡，只需要知道透鏡怎麼折射影像，然後逆向還原就可以了。然而如果透鏡不能完美的透光，就不能完全正確地還回原樣。怎麼解決這個問題？

後來我又想到：｢除了逆向，還可以順向推衍。設想真實定律，生成各種現象。將現象透過人的觀察得到景象。如果景象符合人類實際觀察到的景象，那麼設想的真實定律就可能是對的。或者先設想現象，通過檢驗，再用設想的真實現象組建真實定律。」

如何使用這兩種方法呢？最終又如何解答我的問題呢？下面將用實例演示。