物质：独立于人的意识之外的客观实在。

物质既是哲学范畴，又是物理学和时空学范畴。物质可以被人的意识感觉、反映。运动是物质的根本属性。对物理学而言，时间和空间是物质的存在形式。物质不能产生和消失，只能转化。在物理学中，物质在概念上是“纯净”的抽象物。它没有大小、没有形状。如木材、钢铁、石头、沙、水、空气，氢、氧、铜、铁、铀，基本粒子等。

物体：物质的具体形态，可以由一种或多种物质组成。

对确定的物体，具有确定的组成、确定的大小及形状，并占据一定的空间和时间(指存在的持续性)。如桌子、椅子、树、恒星等。本文所谓的物体一般指天体。

宇宙：有物质存在且人类能感知的整个统一空间称作“宇”；宇内所有物质的运动(发生、发展、湮灭、移动等)的顺序性和持续性叫作“宙”。宇和宙合称宇宙。

上述宇宙的定义是物理学意义的概念，一般称作“物理学宇宙”，也称作“我们的宇宙”，简称宇宙。

中国战国末期的尸佼提出：“上下四方曰宇，古往今来曰宙”，是与现在宇宙概念基本一致的最早的宇宙定义。

宇宙有三要素：物质、时间和空间。其中物质是第一性的，时间和空间是第二性的。例如在我们的物理学宇宙之外，还存在浩瀚的空间，但由于它不存在物质或虽存在物质而我们不能感知，所以它不属于物理学宇宙的范畴。

物理学宇宙在空间上是有限的。我们现在能感知的最遥远的天体一般认为距离我们不超过200亿光年，它就是物理学宇宙的边缘。

物理学宇宙在时间上也是有限的。一般地讲，物理学宇宙有起点也有终点。根据演化理论的不同，宇宙的年龄也有不同。按宇宙大爆炸这一宇宙演化理论，现在的宇宙的年龄不超过200亿年。

物理学宇宙有别于哲学宇宙。哲学宇宙在时间和空间上都是无限的。在空间上，它还包括物理学宇宙之外人类不能感知的更加辽阔的空间，即只要是空间或任何空间都属于哲学宇宙。哲学宇宙在时间上没有起点和终点，它包括大爆炸以前的时间和物理学宇宙演化结束以后的时间，因此哲学宇宙包含物理学宇宙。本书的研究对象是物理学宇宙，故后文所称“宇宙”概指“物理学宇宙”。

空间：指物质占据的位置及其运动产生的广延性。

空间是三维的。量度一维空间的物理量叫“长度”；量度两维空间的物理量叫“面积”；量度三维空间的物理量叫“体积”或“容积”。空间的总和即“宇”。

时间：物质运动的持续性、周期性和顺序性。时间是一维的，量度时间的物理量也称作时间。时间的总和即“宙”。

欧几里得空间(简称欧氏空间)：该空间中的介质密度和引力场强度对光速影响是可以忽略不计的。

所谓“介质密度对光速产生的影响可以忽略”，是因为介质的性质和密度对光速会产生影响。包括两个方面，一是对光速的大小产生影响。这从介质的折射率n=u/c，可以得出此结论，其中u为光在介质中的速度。如果介质对光速产生的影响不能忽略，就会影响到空间计量标准(米)的精度，从而产生误差，因此欧几里得空间要求空间中的介质对光速产生的影响可以忽略。二是对光的传播方向产生影响。相对于无介质的空间而言，在介质中光的轨迹是弯曲的，例如海市蜃楼现象。忽略“对光的传播方向产生影响”可以认为光在介质中的传播是直线传播。以上两个方面必须同时得到满足才可以称作“介质密度对光速产生的影响可以忽略”。

所谓“引力场强度对光速产生的影响可以忽略”，也有两个方面的要求，一是引力场强度越大光速就越大(见第十一章)。根据长度标准(米)的定义，光速的变化将直接导致长度标准(米)的变化。如果引力场对光速产生的影响可以忽略，则引力场对长度标准产生的影响也可以忽略。二是指相对于无引力场的空间而言，引力场对光线弯曲产生的影响可以忽略。

以上两个方面必须同时得到满足才可以称作“引力场对光速产生的影响可以忽略”。

上述关于欧几里得空间定义的基本思想是基于在非欧空间光的轨迹相对于欧氏空间是弯曲的，光速的大小也与欧氏空间的c不等；而我们的宇宙中处处都有介质和引力，故作此定义。这样就把物理和数学中的空间概念联系统一起来了。后文我们将看到，物理学中欧氏空间与数学上的欧氏几何的概念是一致的。

必须强调的是，欧氏空间定义的是介质密度和引力场强度对光速的影响都可以忽略的空间，不是介质密度和引力场强度都可以忽略的空间。这两个概念相去甚远。例如，地球表面的空气浓密，引力巨大，对人类生产生活的影响不能忽略；但是，二者对光速的影响都非常小，完全可以忽略，因此地球表面在一般情况下可以看作是优良的欧氏空间。

在本书第十三章将看到，一般情况下我们可以将欧氏空间理解为其中介质密度和引力场强度都可以忽略的空间。

引力场空间(也称作黎曼空间)：引力场对光速影响不能忽略的空间。相对于欧氏空间而言，引力场空间中的光速不是常数，它始终大于c，并且光线是弯曲的。所谓“引力场对光速的影响不能忽略”，就是在讨论的问题中，如果将引力场的光速看作常数c，并且轨迹是欧氏几何意义的直线，结果将产生很大的误差。即在引力场空间，不能将线性光的轨迹看作欧氏几何意义的直线。

介质空间(也称作罗巴切夫斯基空间)：其中的介质密度对光速产生影响不能忽略的空间。

引力场空间与介质空间都称作“非欧空间”。

观察者(也称作观测者)：具有一定的自然科学知识和技能，并且凭借自己所在时空位置对自然现象和自然科学量进行观测、考量的个人。

参照系：观察者为了观测考量自然现象，借助由确定的位置确定的观察窗口和测量平台。

所谓确定位置，就是一个确定的“点”。因为只有确定的点，相对于被考量对象的位置、速度、加速度等才是确定的；观察者观测到的自然现象的结果和自然科学量的值才是确定的。如果这个“点”不是确定的，观察者观测到的自然现象的结果和自然科学量(包括物理量)的值就是不确定的。

在实践中，参照系一般由一个物体确定，如某一物体A可以称作“参照系A”。在时空学中，参照系的功能不仅可以考量运动，也可以考量其他自然现象，因此参照系与时空坐标系是两个不同的概念。参照系是整体，时空坐标系是部分，是参照系的职能之一，它的功能也只是参照系功能的一部分。由于所有物体(包括天体)都是置身于我们的宇宙中，因此所有参照系都可以根据与周围物体的时空关系设置合适的坐标系。

由于观察者观测物理现象必须凭借参照系，参照系中也必须有观察者，对物理现象的观察才能得以实现，因此在没有表明观察者在参照系中的具体位置的情况下，我们可以将“观察者”或“参照系”视为同一概念：例如物体A，我们可以径称为参照系A或观察者A。事实上，一个观察者一般都有确定的时空位置，因此观察者也可以看作质点，在这个意义上，观察者与参照系有相同的内涵。

本征参照系：被考量物体静止于其中的参照系，称作该物体的本征参照系。

特别的，光的本征参照系就是其光源的本征参照系。

非本征参照系：被考量的物体在其中运动速度不为零的参照系。(www.daowen.com)

绝对空间：与物质在其中的运动无关的空间。

相对空间：与物质运动有关的空间。

绝对空间与相对空间的区别在于描述空间参照系的原点性质不同。描述绝对空间的坐标原点是空间中的点，它不是质点，没有质量，不受任何力的作用，因此它不会在空间中运动。例如宇宙中的双星围绕其公共质量中心旋转，将该公共质量中心作为参照系的坐标原点，假设双星受到其他物体的作用可以忽略，该参照系描述的空间就是绝对空间；反之，描述相对空间的坐标原点是质点，它有质量，可以受到力的作用，可以在空间中运动，因此以质点为参照系描述的空间是相对空间。通常，绝对空间与时间一起称为绝对时空；相对空间与时间一起称为相对时空。

事件：某一自然现象。

事物：事件和物体的合称。

运动：物质时空位置变化产生的连续性和持续性称作物质的运动，也称作物理运动。

本书中的运动概指物理运动而不讨论其他运动，如地质运动、化学运动、电磁运动等。

物质运动是标志物质存在形式的哲学范畴，指宇宙中发生的一切变化和过程。辩证唯物主义认为，运动是物质的固有性质和存在方式，是物质所固有的根本属性。没有不运动的物质，也没有脱离物质的运动。运动具守恒性，即运动既不能被创造又不能被消灭，其具体形式则是多样的并且互相转化，在转化中运动总量不变。

物质的具体运动由物质的时空位置，即时间坐标和空间坐标、速度、加速度、位移、持续时间等物理量表征，这些物理量称作物质的“物理运动参量”。当将物体看作质点时，确定的物体在不同的参照系中具有不同的时空位置、速度、加速度、位移。这是质点运动的属性，也是物质运动的属性。

质点：将物体大小忽略的理论抽象。

空间位置：质点运动时某一时刻在某一参照系中的空间坐标。空间位置简称位置，它是几何学中“点”的对应体。

轨迹：物体运动时经过的空间位置的集合。质点的运动轨迹就是几何学中“曲线”(含直线)的对应体。

距离(长度)：在某一参照系中，光在某两点即空间位置之间运行的时间与光速之积称作两点之间的距离，亦称作长度。用公式表示就是L=ct。其中L表示长度，c表示光速，t表示时间。距离(或长度)是计量空间的物理量，其国际标准单位是“米”。

速度：在某一参照系中，物体在单位时间内运行的距离称作该物体在该参照系中的速度。根据速度的定义，速度可以由公式v=L/t表示，v表示速度，L表示距离，t表示时间。这也是速度的定义式。当物体的运动为变速运动时，根据速度的定义，其速度由公式：v=ds/dt确定。其中，ds表示距离的微分；dt表示时间的微分。

从速度的定义可以看出，速度有两个要素：速度的主体是物质，一般情况下它的内涵是质点，因为只有质点的空间位置才是确定的，位移和速度才是确定的；速度和参照系有关，同一物体在不同的参照系中的速度也不同。就其本质而言，物质的速度都是指平均速度或即时速度。

静止：如果某物体在某参照系中的速度为零，则称该物体在该参照系中是静止的。这样定义的静止事实上是相对静止，因为事实上参照系也可能在运动。

绝对静止：静止于绝对空间称作绝对静止。

相对运动：相对于质点(物体)的运动称为相对运动。

绝对运动：相对于绝对空间的运动称为绝对运动。

这样区别相对运动和绝对运动是因为所有物质都在相对于其他物质运动，没有任何物质是绝对静止的。因此相对于确定物体的运动都是相对的；将相对于绝对空间中点的运动称作绝对运动，是因为永远都不能认为绝对空间中的点在运动。

惯性运动：相互做匀速直线运动的两物体之间的运动。惯性运动是牛顿第一定律规定的物体没有受到外力时的一种运动。这种运动在参照系中表现为匀速直线运动或静止。在第七章我们将看到，惯性运动本质上是相对于绝对空间的绝对运动。由于宇宙中没有绝对不受到外力作用的物体，因此宇宙中不存在绝对的惯性运动。为讨论问题方便作上述定义。

惯性参照系：若某物体在某参照系中的运动是惯性运动，该参照系相对于该物体称作惯性参照系。

上述定义的惯性参照系实际上是相对的惯性参照系；宇宙中事实上不存在绝对的惯性参照系。

绝对加(变)速运动：相对于绝对空间的加速运动。

相对加速运动：如果某物体在某参照系中的速度(包括方向)不是常数，则该物体在该参照系中的运动称作相对加速运动。

物理量：表征物体或物质的物理特征或物理变化特征的量。

本征值：在本征参照系中测得的事物物理量的值。

光速：光在某参照系中波长和频率的积称作光波在该参照系中的速度，简称光速。用公式表示是c=λω。其中c是光速，λ是波长，ω是频率。

作此定义，原因有二：一是现行光速的测量就是测量光波的相速度，即测量的是波长与频率的乘积。二是在概念上光速不是光子的速度，即不可以将光速理解为是光的波前或光脉冲的速度，或者说光速不是光子在单位时间运行的距离，即光速不是矢量速度。

本征频率：单色光在光源的本征参照系中的频率。

本征波长：单色光在光源的本征参照系中的波长。