什麼是物理最基礎的觀念？

一切物理現象都發生在宇宙中。這些物理現象存在著規律。物理定律描述這些規律。隱含在這些定律背後存在著對宇宙的設定。

宇宙只有一個。物理模式卻不只一個。宏觀模式有力學與相對論。還有電磁理論。微觀模式有量子論。量子論又分為量子力學與量子場論。這些模式中所有的物理定律都是以時間、空間、以及物質性質的組合來描述。所以物理最基礎的觀念是時間、空間、與物質。不同類的物理學對這三個觀念的理解可以不同，但都不可缺少任何一個。這三個觀念是所有物理學的最基礎觀念。唯有深刻理解這三個觀念，才能徹底理解物理。

力學對於時間、空間、及物質的設定是什麼呢？這三個觀念的設定必須能夠做為所有的力學中的物理定律的基礎，這就嚴格限制可接受的範圍。在這個限制下力學有兩種理解方式。一種建立在三維空間的觀念上；另一種建立在四維空間的觀念上。這篇討論三維空間。

以三維空間理解力學，時間、空間、及物質這三個觀念形成三個層次。最基礎層是空間。在空間中分布著物質，是第二層。物質的分布會隨著時間變化，是第三層。在這種設定下，力學的宇宙是會變化的三維歐幾里得空間。這種設定符合一般力學教學與書中的敘述方式。

每一個人都可以觀察到宇宙有前後、左右、上下三組互相獨立的方向。物體可以向任何方向的移動。物體從一點移動到另一點必然經過一條連續的路徑，顯示宇宙是連續的。而且自古以來人們就發現宇宙的空間符合歐幾米得幾何學。因此力學的空間自然是三維歐幾里得空間。這個空間中存在著物體。人自己就是物體。物體們分布在空間的各處。人們又觀察到物體會移動。很自然的，這個空間是會變化的三維歐幾米得空間。

在數學觀念上歐幾里得空間沒有邊界；那力學的宇宙有沒有邊界？想像一個物體，在沒有外力的情況下會一直以等速前進。如果宇宙有邊界，總有一天這個物體會碰到邊界。物體自然不可能前進。那物體會怎麼運動？物體無論停止或反彈都需要力。邊界必須對物體施力。依照牛頓第三運動定律，物體會對邊界施同樣的力。那邊界受力後會怎麼樣？邊界不是物體。力學中沒有提供任何解答。所以依照力學的理論，力學的宇宙不能有邊界。

力學的宇宙沒有邊界。那力學的宇宙體積是不是有限？沒有邊界但是體積有限是可能的。先舉一個二維面積的例子。球的表面就是二維的面，沒有邊界卻面積有限。再想像一個四維的球的表體。沒有邊界卻體積有限。然而這樣的形狀不符歐幾里得空間。三維歐幾里得空間如果沒有邊界，體積必然無限大。

我學習與探索物理許多年，得到一個物理定律。
  有限原則： 物理的任何量的值都有限

依照有限原則，以三維歐幾里得空間來描述力學的宇宙必定是錯的。實際上，力學模式現在普遍認為只是區域模式。就像地球是球形；地表有曲度。然而在興建房屋、廣場、公園，都當作平地處理。這是因為在小區域之內，曲度很小，可以不必考慮。當力學使用在地球、甚至太陽系的區域時，區域既沒有邊界，也沒有無限大的問題；只要物體的速度不高，完全可以適用。不過為了融會貫通力學，這裡仍然當作宇宙模式探討。畢竟在十七到十九世紀，力學的確被當作宇宙模式發展。

力學的物質主要是物體。物體分布在三維空間中。時間不停的前進，物體的位置會隨之產生變化。時間不是一個維度，而是計算物體位置變化的一個參數。時間前進的步伐由物體運動的週期決定。可是判定物體運動是否是週期運動卻又由時間步伐是否相等來決定。這是一個循環。如何破解這個循環呢？

假設只有兩個鐘，本應該是同樣週期；卻發現一個較快；另一個較慢。那一個時間是對的呢？如果只有兩個鐘，答案是不知道。這意味週期運動與時間快慢的循環不可破解。循環雖然不能破解，但是可以更精密。選取週期最短的週期運動，大量製造相對差異極小的鐘，就可以增加測量時間的精準度。

如果所有的鐘都變慢了，時間不就變慢了。人類有沒有可能察覺這種現象？由於快慢本身是由週期運動決定，所以｢所有的鐘都變慢｣的說法從邏輯上是錯的。

其實時間還可以用慣性運動來測量。慣性運動的速度不變；只要知道速度，測量物體移動的距離，除以速度，就可以得到經歷的時間。能這麼測量的前提是知道速度。速度又依據時間。仍然是一個循環。

加入了時間觀念，再來仔細審視三維空間。三維空間中只有物體分布在各處。從時間觀念上看來，只有現在。過去已經消逝，未來尚未出現。等到未來某一個時刻到來時，那個時刻的三維空間就是當時的現在。現在變成過去而消逝。

物體分布在三維空間中。各有各的位置。然而這不足以描述三維空間的狀態。即使不考慮力的作用，每個物體仍然會依慣性前進。也就是說，狀態必須包含每個物體的速度。速度由前進的方向與速率組成。方向是純空間的量。速率來自於位置對時間的變化，不由單一時刻決定。也就是說，三維空間得有特殊的機制儲存速率這個資訊。這個機制是什麼？如何運轉？更合理的解釋是速率這個資訊不存在於三維空間中。三維空間其實是錯的。然而即使三維空間是錯的，仍然在力學中被使用。

除了三維空間外，力學宇宙還可完全以四維空間方式理解。後續會有解說。