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空間
科學名詞
空間是與時間相對的一種物質客觀存在形式，但兩者密不可分，按照宇宙大爆炸理論，宇宙從奇點爆炸之後，宇宙的狀態由初始的“一”分裂開來，從而有了不同的存在形式、運動狀態等差異，物與物的位置差異度量稱之為“空間”，位置的變化則由“時間”度量。空間由長度、寬度、高度、大小表現出來。通常指四方（方向）上下。
空間有宇宙空間 、網路空間、思想空間、數字空間、物理空間等等，都屬空間的範疇。地理學與天文學中指地球表面的一部分，有絕對空間與相對空間之分。空間由不同的線組成，線組成不同形狀，線內便是空間。
空間是一個相對概念，構成了事物的抽象概念，事物的抽象概念是參照於空間存在的。
物體存在、運動的(有限或無限的)場所，即三維區域，稱為(三維)空間。
非歐幾何學的出現，開闊了人們的眼界，由於存在與歐氏幾何系統不同的非歐幾何學系統，於是幾何學及空間有了新的含義。
一般地，把“點”(即元素)的集合或具有某種幾何結構的集合稱為空間，例如n維空間、黎曼空間等等。
黎曼幾何學及n維空間的概念建立以後，通常直觀意義下的空間概念，就抽象成為現實世界中具有某種數量關係的“空間形式”。
空間是根據空間公理定義的。
空間公理：空間無界永在。邏輯表達式：U=r∈[0,+∞)∧r=ct。
空間公理分為點分理與空時關係分理兩部分。
1、點分理：r∈[0,+∞)為“無界”，指“空間里任一點都居中”。
點數無限多，點點連續、點點不同又點點平權是空間本性。這裡點P=(r,θ,φ)[球坐標]，r為P點到球坐標系原點的距離，其測量數值為非負實數，θ∈[0,π]，φ∈[0,2π]。
2、空時關係分理：r=ct為“永在”，指“空間永現於當前時刻”。
任何空間點都必然出現在當前時刻是空間與時間的基本關係。這裡c為光速常量。因為根據狹義相對論中的四維時空概念，時空間隔ct－r=0是不變數，即時間和空間之間沒有間隔，所以r=ct表示P點是光即時到達之點，也就是表示“空間永現於當前時刻”。
空間有“情的空間"和“知的空間”之分。肩並肩的、坐在身邊的橫向空間就是“情的空間”；而面對面而坐的縱向空間就是“知的空間”。前者使人感到有合作、進行情感交流的需要；後者使人覺得有競爭、壓迫之感覺，沒有可容情意進入的餘地。
在《宇宙哲學》中，人類的所有概念都可以由下述三條公理直接定義或演繹定義。
| 表O、宇宙三公理 | ||
| 公理 | 分理一 | 分理二 |
| 時間T | 無盡：t∈(-∞,+∞) | 永前：△t>0 |
| 空間U | 無界：r∈[0,+∞) | 永在：r=ct |
| 質量M | 無限：m∈(0,+∞) | 永在：dρ_η≠dρ_0 |
時間無盡永前。表達式：T=【t∈(-∞,+∞)∩△t>0】。
時間公理分為時刻分理和時段分理兩部份。
1、時刻分理：t∈(-∞,+∞)為“無盡”，指“時間沒有起始和終結”。
時刻無限多、刻刻不同是時間本性之一。t為時刻，其測量數值為實數。
2、時段分理：△t>0為“永前”，指“時間的增量總是正數”。
時段單向延續是時間本性之二。△t為時段，其測量數值為大於0的實數。
空間無界永在。表達式：U=【r∈[0,+∞)∩r=ct】。
空間公理分為點分理與空時關係分理兩部份。
1、點分理：r∈[0,+∞)為“無界”，指“空間里任一點都居中”。
點數無限多、點點不同又點點平權是空間本性。這裡點P=(r,θ,φ)[球坐標]，r為P點到球坐標系原點的距離，其測量數值為非負實數，θ∈[0,π]，φ∈[0,2π]。
2、空時關係分理：r=ct為“永在”，指“空間永現於當前時刻”。
任何空間點都必然出現在當前時刻是空間與時間的基本關係。這裡c為光速常量。因為根據狹義相對論中的四維時空概念，時空間隔ct－r=0是不變數，即時間和空間之間沒有間隔，所以r=ct表示P點是光即時到達之點，也就是表示“空間永現於當前時刻”。
質量無限永有。表達式：M=【m∈(0,+∞)∩(dρ)_η≠(dρ)_0】。
質量公理分為總體分理和質空關係分理兩部份。
1、總體分理：m∈(0,+∞)為“無限”，指“宇宙的總質量無限大”。
總質量無限大是質量本性。這裡m為靜質量。
2、質空關係分理：(dρ)_η≠(dρ)_0為“永有”，指“永不均勻地布滿空間”。
“宇宙空間內的任何部份都充滿著質量，不存在不含質量的純空，但各點的微密度都不相同”，這是質量與空間的基本關係。(dρ)_0為任意指定一空間點的密度，(dρ)_η為其他的任意空間點的密度，(dρ)_η≠(dρ)_0表示每點的微密度都不相等，就是說“質布空間永不均”。這裡密度ρ=m/u，微密度dρ=dm/du，其中dm為無窮小的質元；du為無窮小的空元，其中u為域積，包括點、線、面、體之積；η為正整數。“質布空間永不均”在量子力學上表達為“測不準原理”注1。著名的布朗運動就是由“質布空間永不均”造成的注2。
為了便於牢記，以詩表之：
《宇宙三公理》
增量恆為正，時間沒始終。空間存現在，點點可居中。
質量無窮大，不均布滿空。時空隨質度，生滅理相同。
時間、空間、質量的定義
時間、空間、質量合稱宇宙三要素，分別簡稱時、空、質。
| 宇宙三要素定義式 | |||
| 概念 | 內涵 | 外延，n為正整數 | 推論 |
| 時間 | T={t∈(-∞,+∞)}∩{△t>0} | T=∑(t∪→△t)_n=∑t_n∪∑→△t_n | t=∫dt |
| 空間 | U={r∈[0,+∞)}∩{r=ct} | U=∑(→r∪u)_n=∑→r_n∪∑u_n | u=∫du |
| 質量 | M={m∈(0,+∞)}∩{(dρ)_η≠(dρ)_0} | M=∑m_n=∑(ρu)_n | m=∫dm |
時、空、質定義中的內涵分別就是時間公理、空間公理、質量公理，外延則由各自內涵的本性分理分別演繹推導得出：因為“三無”，所以時空質的每部份都有限可測，但部份數卻都可以無限多。內涵表達了時空質之尺都是無限長的，外延分別表達了時間可以任分時刻以分段並測量各段長、空間可以任分區域並測量各區域大小、質量可以任分部分並測量每部份數值的多少。根據時空質的定義可以推導出時空質分別由其素元所積成。
這三要素的定義概括了所有人類學科關於時間、空間、質量定義的內涵和外延，在後面第三篇“演繹一些主要已知學問的基本概念和公理系統”中有詳細具體的論述。
第1點時間
內涵T={t∈(-∞,+∞)}∩{△t>0}；外延T=∑(t∪→△t)_n=∑t_n∪∑→△t_n。
即內涵是無盡永前；外延是各時刻順序或各有限時段長短的測量數值。
(t∪→△t)_n表示時間的任一有限部份，即每部分都是有限的但部份數卻可以無限多。式中的t_n表示第n時刻值，△t_n表示第n時段的長度值。→△t_n表示第n時段，其中→△t=△t→l=(t1－t)→l，其中→l是單位向量，表示時刻只有增加的方向，即表示時段的唯一方向，又其中t1是后時刻或現在時刻值，t是前時刻或過去時刻值。
甲、時間外延的演繹推導：
A、∵t∈(-∞,+∞)[時刻無限多、刻刻不同]∴t_n∈(-∞,+∞)[t_n表示可以任意選定坐標系並任意選取n多個時刻值以比較其先後順序]。
B、∵t∈(-∞,+∞)∩△t>0[時刻無限多、刻刻不同且時段單向延續]∴△t_n>0，即存在→△t_n[→△t_n表示可以任意選取n多個段長有限的單向時段以比較其長短]。
內涵表達了時間之尺是無盡永前的，外延表達了時間可以任意分刻測位或分段測長。
乙、時間推論的演繹推導：
時間由時元積成：t=∫dt。
其中時元dt=t1－t→0，dt的前時刻t為dt的極限值。
證明：∵△t>0[任選時段都大於0]∴△t=t1－t→0=dt[△t可以無窮小]，∴t=∫dt。
因為時間的上述特性，所以我們才能夠用不同的單位來測量時刻和時段的值。如物理學在國際單位制（SI）中，把測量時間的基本單位秒(s)定義為：銫-133的原子基態的兩個超精細能階間躍遷對應輻射的9192631770個周期的持續時間；在天文學上的曆書時中又把秒(s)定義為：1900年1月0日12時正回歸年長度的1/31﹐556﹐925.9747；在生活中又常用毫秒ms、分min、小時h、日（天）d等等時間單位。
因為時間的上述特性，所以我們研究宇宙各部份變化規律的所有學問才可能產生。
因為時間的上述特性，所以在宇宙中萬事萬物才可能產生、變化和消亡！
第2點空間
內涵U={r∈[0,+∞)}∩{r=ct}；外延U=∑(→r∪u)_n=∑→r_n∪∑u_n
即內涵是無界永在，外延是各有限部份空間相對位置或大小的測量數值。
(→r∪u)_n表示空間的任一有限部份，即每部份都是有限的但部份數卻可以無限多。式中的r_n表示第n個點的坐標值，u_n表示第n個有限點群大小的域積。
甲、空間外延的演繹推導：
A、∵r∈[0,+∞)[點數無限多、點點不同又點點平權]∴r_n≥0[[r_n表示可以任意選定坐標系並選取n多個點位數值以比較其位置的相對方位]。
B、∵r_n≥0[可以任意選點]∴u_n>0[u_n表示互相聯結著的點可以合而為一有限的點群區域，並且可以任意選取n多個點群以比較其大小]
內涵表達了空間之尺是無界永在的，外延表達了空間可以任意劃分區域並測度各區域大小。
乙、空間推論的演繹推導：
空間由空元積成：u=∫du。
證明：∵u_n>0[任選區域都可以無窮小]即存在空元du，∴u=∫du。
因為空間的上述特性，所以我們才能夠用不同的單位來測量空點相對位置和空域具體大小的值。如物理學上把測量長度的基本單位米(m)定義為：光在真空中行進1/299792458秒的距離，而常用的單位還有千米（km），分米（dm），厘米（cm），毫米（mm）微米（μm）納米（nm）等等。又如中國的里、丈，英國的英寸、碼，航空航海上的海里、節等等。在計算面積、體積時也一樣可以使用不同的單位。
因為空間的上述特性，所以我們才能夠把空間分解為不同的部份並研究它們之間的關係，產生了幾何學、代數學和邏輯學。這一點在下面第三篇有關幾何學、代數學和邏輯學的章節中有具體的論述。
第3點質量
內涵M={m∈(0,+∞)}∩{dρ_η≠dρ_0}；外延M=∑m_n=∑(ρu)_n
即內涵是無限永有，外延是各有限部份空間內填充內容多少的測量數值。
m_n表示質量的第n有限部份的靜質量值，即每部份的靜質量都是有限的但部份數卻可以無限多。
甲、質量外延的演繹推導：
∵m∈(0,+∞)[總質量無限大]∴m_n>0[m_n表示可以任意選取n多個有限部份以比較其多少]。
內涵表達了質量之尺是無限永有的，外延表達了質量可以任意分部並測度各部份數值的多少。
乙、質量推論的演繹推導：
質量由質元積成：m=∫dm
證明：∵m_n>0[任選部份都可以無窮小]即存在質元dm，∴m=∫dm。
因為質量的上述特性，所以我們才能夠用不同的單位來測量具體物體所含質量多少的值。如物理學在國際單位制中的基本單位千克(Kg):純水在4℃時的質量、中國的斤、英國的磅等等。
從上述三素各自的推論可知：時元值dt、空元值du、質元值dm都是無窮小變數，所以我們對時間（時刻、時段）、空間（點位置、距離、面積、體積）、質量（靜質量、動質量）等的具體測量數值都只能夠是近似值，這一點已經為量子力學上的“測不準原理所體驗、測得。
| 宇宙三要素定義簡表 | |||
| 概念 | 內涵1 | 內涵2 | 外延 |
| 時間 | 時間沒有起始和終結 | 時間的增量總是正數 | 各時刻順序或各有限時段的長短的測量數值 |
| 空間 | 空間里任一點都居中 | 空間永現於當前時刻 | 各有限部份空間相對位置或大小的測量數值 |
| 質量 | 宇宙的總質量無限大 | 永不均勻地布滿空間 | 各有限部份空間內填充內容多少的測量數值 |
時、空、質之間的基本關係
第1點內涵關係
時、空、質在內涵上是既各自獨立又相互聯繫著的三個絕對概念。時間公理、空間點分理、質量總體分理表達了它們的各自獨立性，而空時關係分理和質空關係分理則表達了它們的相互聯繫性。空時關係分理和質空關係分理表明U=U(T)和M=M(U)，即空間所經歷者為時間和質量所充滿者為空間，就是說：“時空隨質度”。質量是三要素中的原生要素，沒有質量就沒有空間，沒有空間就沒有時間，如果採用老子道德經的詩化描述，則有：原生質，質生空、空生時，時生萬物。
第2點測量關係
時空質的外延部份涉及到其數值測度問題，其測度數值都是相對於參照系的，而且都只能夠是近似值。測度時空質的數值是科學上要具體解決的問題。在愛恩斯坦以前是在虛擬靜止參照系下分別測度的，具體了它們的各自獨立性；愛恩斯坦增加了在實際運動參照系下的共尺測度方法，具體了它們的相互聯繫性。
時空質的依存關係確立了事物的演化秩序。如果在測度上以絕對常量光速c為共尺，此秩序可由以下愛因斯坦狹義相對論公式具量表達：
T=γ(t-vr/c^2)，動時間T，靜時間t，相對運動下鍾變慢；
R=γ(r-vt)，動距離R，靜距離r，相對運動下尺變短；
M=γm，動后靜質量M，動前靜質量m，相對運動下質變大。
其中γ=1/√(1-v^2/c^2)
用絕對常量去測度各種變數以求取變數間的函數關係，是人類的小智慧；而用無限長的時空質尺子去測度“歷時有盡”的事件和“占空有界”的物件以創造萬事萬物，則是宇宙的大智慧。人類若能夠從中有所領悟，必能夠走出“相對”的迷宮，步入“絕對”的聖境！
基本信息
- 中文名
- 空間
- 別名
- space
- 拼音
- kōng jiān
- 術語類別
- 科學名詞