空间尺度因子是物理学的基本概念。本文结合量纲Π定理，首先研究引力作用下理想气体一维不定常流力学运动微分方程的无量纲化，发现以径向空间相对坐标ξ=r／R、空间尺度因子R（t）为自变量时，理想气体密度、压强和速度函数Y（t，r）必然存在分离变量形式的自相似解：Y（t，r）=y（ξ）Y₁（R），并获得一系列空间尺度因子R（t）函数的解析解。进一步的理论研究表明，正是引力作用下理想气体运动（无突变边界条件）的自相似性决定了平均密度ρ为常数、平均速度u为零、压强p不为零的理想气体宇宙解的存在。并且是一个非奇异性宇宙自相似解，根据原点处出现的光量子本征周期T₀的变化，可建立以原点时钟为自变量的尺度因子函数：R_B（t）=T₀（ε₀μ₀）^-1/2e^HBt。应用观测点光信号周期概念建立的尺度因子R（t），再结合数学均匀空间概念构建物理学四维时空坐标系S_R（t，ξ，θ，（?））。理论研究结果表明：时空坐标系S_R（t，ξ，θ，（?））形式上具有均匀膨胀特性；牛顿绝对时空坐标系、宇宙学R-W度规对应的非欧氏时空坐标系都是S_R（t，ξ，θ，（?））的特例；根据接收的光信号周期能够区分光传播距离对应的宇宙红移（哈勃红移）和光源速度对应的频移（多普勒效应）；物理学时空坐标系有测量意义的定义域受光速限制；宇宙微波背景辐射、哈勃红移、Ia高红移超新星的“宇宙加速膨胀”等宇宙观测效应可统一用S_R（t，ξ，θ，（?））加以解释。通过非线性坐标变换证明“宇宙大爆炸模型”只是一种光学观测效应。