相對論是關於時空和引力的基礎理論，主要由愛因斯坦創立，分為狹義相對論(狹義相對論)和廣義相對論(廣義相對論)。相對論的基本假設是光速不變原理、相對性原理和等效原理。相對論和量子力學是現代物理學的兩大基本支柱。奠定了經典物理學基礎的經典力學不適合高速運動的物體和微觀條件下的物體。相對論解決了高速運動的問題；量子力學解決的是微觀亞原子條件下的問題。相對論極大地改變了宇宙和自然的常識概念，提出了同時相對論、四維時空、彎曲空間等新概念。
狹義相對論是壹種只限於討論慣性系的相對論。牛頓的時空觀認為，空間是平坦的、各向同性的、各向同性的三維空間——絕對空間，時間是獨立於空間的單壹維度(因而是絕對的)，即絕對時空觀。狹義相對論認為空間和時間不是相互獨立的，而是壹個統壹的四維時空整體，不存在絕對的空間和時間。在狹義相對論中，整個時空仍然是平坦的、各向同性的、各向同性的，這是與“全球慣性系”相對應的理想情況。狹義相對論假設真空中光速不變，結合狹義相對論原理和上述時空性質可以推導出洛倫茲變換。
廣義相對論是愛因斯坦在1915年發表的理論。愛因斯坦提出了“等效原理”，即引力和慣性力是等效的。這個原理是基於引力質量和慣性質量的等效性(目前通過實驗確認在10之間？在12的精度範圍內，引力質量和慣性質量仍然沒有區別)。根據等效原理，愛因斯坦將狹義的相對性原理推廣到廣義的相對性原理，即物理定律的形式在所有參考系中都是不變的。物體的運動方程是參考系中的測地線方程。測地線方程與物體本身的固有性質無關，只取決於時間和空間的局部幾何性質。而引力是時空局部幾何性質的表現。物質質量的存在會造成時空的彎曲。在彎曲的時空裏，物體仍然沿著最短的距離運動(也就是沿著測地線——在歐幾裏得空間裏)。比如太陽引起的地球在彎曲時空中的測地線運動，實際上是繞著太陽轉，產生引力效應。就像在地球的曲面上，如果做直線運動，實際上是繞著地球表面的大圓走。
反向相對論:相對論也受到很多人的批評，認為它是錯誤的，極大地阻礙了社會的發展。然而，這種觀點並不被主流科學界所接受。
愛因斯坦和他的相對論
除了量子理論，愛因斯坦在1905年發表的壹篇題為《論運動物體的電動力學》的文章引發了20世紀物理學的又壹次革命。本文研究的是物體運動對光學現象的影響，這是當時經典物理學面臨的又壹難題。
19世紀中期，麥克斯韋建立了電磁場理論，預言了以光速c傳播的電磁波的存在，到19世紀末，麥克斯韋的理論被實驗完全證實。什麽是電磁波？它的傳播速度c給誰？當時流行的觀點是整個宇宙充滿了壹種叫做“以太”的特殊物質，電磁波就是以太振動的傳播。但是人們發現這是壹個充滿矛盾的理論。如果我們認為地球是在靜止的以太中運動，那麽根據速度疊加原理，光在地球上不同方向傳播的速度壹定是不同的，但是實驗否定了這個結論。如果我們認為以太是被地球帶走的，顯然與壹些天文觀測不符。
1887年，邁克爾遜和莫雷利用光的幹涉現象進行了非常精確的測量，但他們仍然沒有發現地球相對於以太的任何運動。在這方面，H.A .洛倫茲提出了壹個假設，所有在以太中運動的物體都應該沿著運動的方向收縮。由此，他證明了即使地球相對於以太運動，邁克爾遜也找不到。愛因斯坦從完全不同的思維方式研究這個問題。他指出，只要放棄牛頓的絕對空間和絕對時間的概念，壹切困難都可以解決，根本不需要以太。
愛因斯坦提出了兩個基本原理，作為討論運動物體光學現象的基礎。第壹個叫做相對性原理。意思是說，如果坐標系K '相對於坐標系K勻速運動而不旋轉，那麽在任何相對於這兩個坐標系所做的物理實驗中，都無法區分哪個坐標系是K，哪個坐標系是K '。第二個原理叫做光速不變原理，意思是光速c(在真空中)是不變的，它不依賴於發光物體的移動速度。
從表面上看，光速不變似乎與相對性原理相沖突。因為根據經典機械速度合成定律，對於以相對勻速運動的K '和K兩個坐標系，光速應該是不同的。愛因斯坦認為，如果要承認這兩個原理並不沖突，就必須重新分析時間和空間的物理概念。
經典力學中的速度合成定律，其實取決於以下兩個假設:1。兩個事件之間的時間間隔與用來測量時間的時鐘的運動狀態無關；2.兩點之間的空間距離與用來測量距離的尺子的運動狀態無關。愛因斯坦發現，如果承認光速不變原理和相對論原理是相容的，那麽這兩個假設都必須拋棄。這時，壹個時鐘同時發生的事件對另壹個時鐘來說不壹定是同時的，同時具有相對性。在有相對運動的兩個坐標系中，測量兩個特定點之間的距離所得到的值不再相等。距離也有相對性。
如果K坐標系中的壹個事件可以由三個空間坐標X、Y、Z和壹個時間坐標T確定，而K坐標系中的同壹個事件由X’、Y’、Z’和T’確定，愛因斯坦發現X’、Y’、Z’和T’可以由壹組方程求出。兩個坐標系的相對速度和光速c是方程僅有的參數。這個方程最早是由洛倫茲導出的，所以叫洛倫茲變換。
利用洛倫茲變換，很容易證明鐘會因為運動而變慢，尺子在運動時會比靜止時短，速度之和滿足壹個新的定律。相對論原理也表述為壹個明確的數學條件，即在洛侖茲變換下，帶撇號的時空變量X’、Y’、Z’和T’將代替時空變量X、Y、Z和T，任何自然規律的表述仍將采取和以前壹樣的形式。人們所說的自然普遍規律對於洛倫茲變換是協變的。這對我們探索自然的普遍規律非常重要。
此外，在經典物理學中，時間是絕對的。它壹直扮演著不同於三個空間坐標的獨立角色。愛因斯坦的相對論涉及時間和空間。認為物理的真實世界是由各種事件組成的，每個事件由四個數字描述。這四個數字就是它的時空坐標T和X，Y，Z，構成了壹個四維連續空間，通常稱為閔可夫斯基四維空間。在相對論中，用四維的方式來審視物理的真實世界是很自然的。狹義相對論引起的另壹個重要結果是關於質量和能量的關系。在愛因斯坦之前，物理學家壹直認為質量和能量是完全不同的，是分別守恒的量。愛因斯坦發現，在相對論中，質量和能量是不可分的，兩個守恒定律合二為壹。他給出了壹個著名的質能公式:e = mc2，其中c是光速。所以質量可以看作是它的能量的壹種度量。計算表明微小的質量蘊含著巨大的能量。這個奇妙的公式為人類獲得巨大的能量，制造原子彈氫彈，利用原子能發電奠定了理論基礎。
大多數物理學家，包括相對論變換關系的創始人洛倫茨，都很難接受愛因斯坦引入的這些全新概念。舊的思維方式的障礙使得這個新的物理理論直到壹代人以後才被物理學家所熟悉。甚至在1922年英國皇家瑞典學院科學獎授予愛因斯坦的時候，也只是說“因為他對理論物理的貢獻，還因為他發現了光電效應定律。”對相對論只字不提。
愛因斯坦在1915年進壹步建立了廣義相對論。狹義上的相對性原理只限於勻速運動的兩個坐標系，而廣義相對性原理中取消了勻速運動的限制。他引入了壹個等價原理，認為我們不可能區分引力效應和非勻速運動，即非勻速運動和引力是等價的。他進壹步分析了光在經過壹條線附近時會被引力彎曲的現象，認為引力這個概念本身完全沒有必要。可以認為行星的質量使得其附近的空間是彎曲的，光線走的是最短的路徑。基於這些討論，愛因斯坦導出了壹組方程，可以確定由於物質的存在而導致的彎曲空間幾何。利用這個方程，愛因斯坦計算出了水星近日點的位移，與實驗觀測完全壹致，解決了壹個長期無法解釋的難題，讓愛因斯坦興奮不已。他在給埃倫費斯特的信中寫道...這個方程給出了近日點的正確值。妳可以想象我有多開心！好幾天，我高興得都不知道該怎麽辦了。”
1915 165438+10月25日，愛因斯坦向柏林普魯士科學院提交了壹篇題為《萬有引力方程》的論文，該論文對廣義相對論進行了充分的論述。在這篇文章中，他不僅解釋了天文觀測中發現的水星軌道近日點運動之謎，還預言了星光經過太陽後會發生偏轉，偏轉角度相當於牛頓理論預測值的兩倍。第壹次世界大戰推遲了這壹數值的確定。1919年5月25日的日全食，為人們提供了戰後第壹次觀測機會。英國人愛丁頓去了非洲西海岸的普林西比島，做了這個觀察。165438+10月6日，湯姆遜在英國皇家學會和英國皇家天文學會的聯席會議上鄭重宣布，是愛因斯坦而不是牛頓證明了這個結果。他稱贊“這是人類思想史上最偉大的成就之壹。”愛因斯坦發現的不是壹個孤島，而是壹個全新的科學思想大陸。“《泰晤士報》以“科學中的革命”為題報道了這壹重要新聞。這個消息傳遍了全世界，愛因斯坦成了舉世聞名的名人。廣義相對論也被提升到了壹個神話般的神聖地位。
此後，人們對廣義相對論的實驗檢驗表現出越來越大的興趣。但是由於太陽系的引力場很弱，引力效應本身很小，廣義相對論的理論結果與牛頓的引力理論偏離很小，使得觀測非常困難。從20世紀70年代開始，由於射電天文學的進步，觀測的距離已經遠遠超過了太陽系，觀測的精度也大大提高。特別是在1974年9月，麻省理工學院的泰勒和他的學生惠斯勒用305米口徑的大型射電望遠鏡進行觀測，發現了脈沖雙星，這是壹顆中子星和它的伴星在引力作用下相互繞軌道運行，周期只有0.323天。它表面的引力比太陽表面的引力強10萬倍，這使得它成為壹個不可能在地球上甚至太陽系中檢驗引力理論的實驗室。經過十幾年的觀察，他們得到了壹個非常好的結果，符合廣義相對論的預言。因為這壹巨大貢獻，泰勒和惠斯勒獲得了1993諾貝爾物理學獎。
相對論
19世紀後期，由於光的波動理論的建立，科學家認為空間中充滿了壹種叫做“以太”的連續介質。就像空氣中的聲波壹樣，光和電磁信號是“以太”中的波。然而，與空間充滿“以太”的想法相反的結果很快出現了:根據“以太”理論，光的傳播速度相對於“以太”應該是壹個恒定值，所以如果妳與光傳播方向壹致，妳測得的光速應該低於妳在靜止狀態下測得的光速；相反，如果妳的行進方向與光的傳播方向相反，那麽妳測得的光速應該會高於妳在靜止狀態下測得的光速。然而，壹系列實驗沒有發現光速差異的證據。
在這些實驗中，美國俄亥俄州克利夫蘭的凱斯研究所(Case Institute)的Ahlport Michelson和Eddie Ward Murray在1887所做的測量是最精確和詳細的。他們比較了兩束直角光束的傳播速度。因為繞著自轉軸自轉和繞著太陽公轉，按照推理，地球應該是穿過“以太”的，所以上面這兩束直角的光，應該是由於地球的運動而以不同的速度測量出來的。愛爾蘭物理學家喬治·菲茨傑拉德和荷蘭物理學家亨·卓克·洛倫茲首先認為相對於“以太”運動的物體的大小會在運動方向上縮小，但相對於“以太”運動的物體的大小會縮小。洛倫茲提出了著名的洛倫茲變換。至於“以太”，當時菲茨傑拉德和洛倫茨認為它是壹種真實的物質。法國數學家龐加萊對此表示懷疑，並預言壹種全新的力學將會出現。
馬赫和休謨的哲學對愛因斯坦有很大的影響。馬赫認為時空的度量與物質的運動有關。時空的概念是通過經驗形成的。絕對的時間和空間無論是基於什麽經驗都是無法把握的。更具體地說，休謨說:空間和外延不過是充滿空間的按壹定順序分布的可見物體。而時間總是通過可變化的對象的可感知的變化而被發現的。1905年，愛因斯坦指出，邁克爾遜和莫雷的實驗實際上表明“以太”的整個概念是多余的，光速是恒定的。牛頓的絕對時空概念是錯誤的。沒有絕對靜止的參照物，時間的測量隨著參照系的不同而不同。他基於光速不變和相對性原理提出了洛倫茲變換。創立了狹義相對論。
愛因斯坦去世後的幾十年裏，他的形象不斷被擡高。他的書賣了幾十年，他的話經常被流行文化引用。他的肖像被印在t恤和咖啡杯上，可以說有著廣泛的商業用途。被視為聖人，他的形象從來不咄咄逼人。愛因斯坦的形象自始至終都是:壹個溫文爾雅的天才。他有天賦，也有慈善。成就與人格的完美結合，讓很多人視愛因斯坦為聖人。但事實上，我們越關註愛因斯坦外在的高大形象，就越不能了解真實的愛因斯坦和他所做的壹切。
由於堅持不懈的出版計劃，終於形成了這位20世紀最偉大科學家的真實面目。這是愛因斯坦的全集。這套將出版愛因斯坦約14000份原始文獻* * *全集共25卷，現已出版第八卷。完整的文集不僅收錄了愛因斯坦所有的科學文獻，供研究者們跟隨這位科學家的思想歷程，還公布了大量的書信往來，展現了他真實的個性。在其中，妳可以深切感受到愛因斯坦的智慧和魅力，以及他令人尊敬的勇氣和社會正義感。另壹方面，選集也表明愛因斯坦遠非聖人。他也很刻薄，叛逆，甚至有點放蕩。
當妳走進美國自然歷史博物館昏暗的展廳，聽到英國著名作曲家霍爾斯特在1918年創作的《行星》時，極其不和諧又有些刺耳的音調似乎在提醒參觀者，愛因斯坦的內心世界是如此的矛盾和不和諧。
關於愛因斯坦的超自然能力有許多傳說。他姐姐說他的後腦勺又大又棱角分明。
之前有很多關於愛因斯坦超自然能力的傳說。最典型的故事是，愛因斯坦小時候說的第壹句話竟然是抱怨牛奶太燙。他震驚的父母問他為什麽從來沒有說過話。沒想到，這個小天才回答道:“因為，之前的壹切都沒有錯！”" )
據愛因斯坦的姐姐瑪雅在壹本未出版的自傳中說，愛因斯坦的智力發展緩慢，很晚才開始說話。瑪雅說:“愛因斯坦出生的時候，我媽媽看到他那巨大的棱角分明的腦袋時很害怕。”
“愛因斯坦的大腦確實不同於常人。海馬體左側的神經細胞明顯比右側的大，而且分布有規律”(加州大學紮伊德爾博士)
加州大學的Zaidel博士說，愛因斯坦的大腦與普通人的大腦“明顯不同”。Zaidel研究了愛因斯坦的兩片腦組織(生物實驗中常用的壹種研究方法)。這兩個切片包含大腦海馬體中的神經細胞，負責處理語言和想象。與普通人的10大腦切片相比，紮德爾博士發現愛因斯坦的大腦組織有顯著的“優勢”:愛因斯坦海馬體左側的神經細胞明顯大於右側，且分布有規律；然而，普通人的這個組織區域的神經細胞看起來很小，表現“非常不規則”
不過，紮伊德爾指出，愛因斯坦大腦組織的特征是“天生的還是後天發展的結果”，目前尚無定論。
“我沒有什麽特殊的天賦。我有的只是極其強烈的好奇心。”“我的智力發展很慢。直到我完全長大了，我才開始對時間和空間感到好奇。”(愛因斯坦)
那麽，愛因斯坦是壹個怎樣的人，他是如何“看到”別人“看不到”的東西的？愛因斯坦把他的成功歸因於他起步慢。他曾寫道:“壹個正常的成年人從來不會停止對時間和空間的思考。但是，我的智力發育很慢。直到我完全長大了，我才開始對時間和空間感到好奇。”
1915年，愛因斯坦曾對壹位校友說:“壹個人不應該追求那些容易得到的東西，讓我們繼續努力吧。”
哈佛大學物理學和科學史專家格裏德·霍頓(Greed Horton)是愛因斯坦1955年去世後第壹個被允許翻閱檔案的學者。現年76歲的霍頓說，當他翻閱愛因斯坦的檔案時，他完全被他獨特的才華所折服。“愛因斯坦的思維方式不像教科書上說的那樣。他先做實驗，然後得出理論，最後檢驗結論。相反，他幾乎完全通過思考來創造，並以他極其跳躍的思維來完成他的實驗。愛因斯坦的智慧非凡。”
童年、青年和老年時期的愛因斯坦
相對論改變了世界。
愛因斯坦壹生發表了大約300篇科學論文，但最重要的理論總結如下:
相對論
狹義相對論發表於1905年。這個理論指出，宇宙中唯壹不變的是真空中的光速，其他壹切——速度、長度、質量和經過的時間——都隨著觀察者的參照系(具體觀察)而變化。
時空
在愛因斯坦發表相對論的兩百年前，英國物理學家艾薩克·牛頓(1643~1727)提出時間和空間是絕對的，空間和時間是完全分離的。但在相對論數學中，時間和三維空間——長、寬、高——共同構成了四維空間框架，稱為時空關聯集。
斯拉文
愛因斯坦從他的狹義相對論中推導出方程e = mc2(其中e是能量，m是質量，c是光速不變)，他用這個方程解釋了質量和能量是等價的。現在認為，質量和能量是同壹種物質的不同形式，稱為質量能量。例如，如果壹個物體的能量減少了壹定的量e，它的質量也減少了與MC2相等的量。但是，質量能否消失，只是以另壹種形式釋放出來，這種形式叫做輻射能。
相對論
1915年發表了廣義相對論，解釋了引力作用和加速度作用沒有區別的原因。他還解釋了引力是如何與時間和空間的曲率相關聯的。利用數學，愛因斯坦指出壹個物體彎曲了周圍的空間和時間。當壹個物體具有較大的相對質量(如恒星)時，這種曲率可以改變任何經過它的物體的路徑，甚至是光。
蟲孔
理論上來說，蟲洞是壹個黑洞，質量非常大，它彎曲時空並把它吸進自己體內，它的口通向宇宙中的另壹個時空，也可能完全進入另壹個空間。也許可以利用蟲洞建造壹臺時間旅行機器，但許多科學家指出，這臺機器不可能回到它被創造出來之前的時間。
他也是壹個發明家。
我們常常把愛因斯坦想象成壹個總是心不在焉的天才，他的靈魂經常被時空勾住。但其實愛因斯坦也是壹個動手能力很強的發明家。他的父母經營壹家發電廠，經常鼓勵小愛因斯坦將來當工程師。
他曾經和別人合作發明了不需要拆卸的制冷系統，後來在第壹次世界大戰期間為德國空軍設計了機翼..
愛因斯坦在瑞士伯爾尼的專利局做了7年的評估員。雖然他經常壹邊工作壹邊做白日夢(用大腦做實驗)，但愛因斯坦在工作中還是相當稱職的，並在1906得到了晉升。此外，他當時還擁有幾項自己的專利，其中包括壹個不需要拆卸的制冷系統，是他在20世紀20年代與他人合作發明的。壹戰期間，愛因斯坦為德國空軍設計了壹種機翼，並走上實驗階段。不幸的是，負責測試的飛行員向上級抱怨說，這架飛機在安裝了愛因斯坦設計的機翼後看起來像壹只“懷孕的鴨子”，最終計劃流產。
他與美國聯邦調查局秘密對抗。
盡管愛因斯坦在私人生活中冷漠，但他在公共場合表現出很強的社交能力，他甚至是壹個天生的名人。愛因斯坦拍照的時候很上鏡，聲音很有磁性。在壹部關於愛因斯坦的紀錄片中，有這樣壹個場景:愛因斯坦被壹群記者圍住，冷靜處理。有記者問他:“愛因斯坦教授，妳做美國人開心嗎？”愛因斯坦諷刺道，“既然妳站在這裏問我這個問題，我的回答就是‘當然，我感到非常榮幸’”。愛因斯坦的旅行日記1930，65438+2月，11更是直接嘲諷記者。“壹群記者登上我們在長島的船，問了我壹些愚蠢的問題。當我用壹些毫無價值的陳詞濫調來回答他們時，他們像寶藏壹樣高興地回來了。”
他在科學界和政界樹敵很多。他支持猶太人在中東建立國家，但很早以前就警告過要註意當地阿拉伯人的利益。
雖然愛因斯坦的感情極其清晰，但最典型的體現還是他參與的社會政治事件。愛因斯坦孜孜不倦地幫助那些來自納粹德國的難民逃到美國，他還致力於在耶路撒冷建立希伯來大學，作為猶太科學家的避難所。愛因斯坦支持猶太人在巴勒斯坦重建猶太王國，但同時他早在1955就警告說:“我們的建國政策最關鍵的部分是給予壹直生活在中東的阿拉伯人平等的權利。”作為壹個忠誠的社會主義者，愛因斯坦非常不信任資本主義。他認為建立“世界政府”是有效控制核武器發展的唯壹途徑，只有這樣才能從根本上避免戰爭。
他是個激進分子。在德國，他被納粹黨列入黑名單。他逃到美國後，美國聯邦調查局花了22年時間監視他，不僅誣陷他是間諜，還試圖驅逐他。
愛因斯坦是人權運動最早的倡導者之壹，這也是愛因斯坦作為激進分子最不為人知的壹面。愛因斯坦不僅利用他的名聲強烈反對私刑拷打，而且還參加了全國有色人種協進會(全美有色人種協進會)的工作。
因此，愛因斯坦反對當局的行為使他在科學界和政界樹敵眾多。他的名字早在1922就被寫進了納粹黨的黑名單，德國多位享有盛譽的物理學家也公開將愛因斯坦的研究稱為“猶太物理學”。這種愚蠢的攻擊甚至在愛因斯坦和1933逃到美國普林斯頓大學後也沒有停止。
逃亡美國後，其激進的行為也讓美國聯邦調查局感到非常不安，美國聯邦調查局前主任胡佛與愛因斯坦之間爆發了壹場持續20多年的“秘密戰爭”。在胡佛的指示下，美國聯邦調查局收集了超過1800頁關於愛因斯坦的文件，他們的目的是將愛因斯坦驅逐出美國。胡佛斷定愛因斯坦實際上是壹名派往柏林的俄羅斯間諜。然而這種荒謬的說法居然奏效了，愛因斯坦最終被擋在了曼哈頓的原子彈計劃之外。這就是為什麽愛因斯坦建議羅斯福開發核彈，但他從未參與這個項目。
"婚姻是披著文明外衣的奴隸制。"
毋庸諱言，愛因斯坦對女性的看法確實深受叔本華思想的影響。他從來不把愛情看得高於壹切。離婚前有過外遇，第二次結婚後也有越軌行為。他認為婚姻本質上是愚蠢的，他也多次談到自己不適合家庭生活的性格。
我有過兩次屈辱的婚姻。愛因斯坦對愛情的熱情是有節制的，他從不讓它壓倒他冷靜的理智。
愛因斯坦的私生活經常受到批評。最讓人津津樂道的是他的兩段“不光彩的婚姻”和穿插其中的幾段婚外情。壹些作者甚至提出，他和終身未婚的女秘書杜卡斯之間存在不正當關系。
愛因斯坦在大學裏遇到了他的第壹任妻子米勒沃伊，但遭到了家人的強烈反對。直到Millevoye為愛因斯坦生下壹個叫Liselle的女孩，他們才終於在1903結婚。然而，愛因斯坦從未見過他的私生女。此外，麗賽年紀輕輕就死了。
愛因斯坦在信中向米勒沃伊透露:“我的小寶貝，為什麽不早點遇見妳！”這種溫柔是很短暫的。愛因斯坦知名度提高後，兩個小兒子出生後，米勒沃伊開始出現精神分裂的癥狀，夫妻間的愛情很快就消失了，只剩下相互的嘲笑和欺騙。愛因斯坦在1913寫信給他的表妹埃爾莎:“(米勒沃伊)是壹個非常不友好的生物，毫無幽默感——只要她在，她就會想盡辦法破壞別人的幸福生活。”埃爾莎當時已經成為愛因斯坦的情人，後來在1919年成為他的第二任妻子。
“我自己也不想嫁給他，但盡管他有很多缺點，我們還是喜歡他。”(哈拉普·艾西)
狹義相對論是基於四維時空觀的理論，所以要理解相對論的內容，首先要對它的時空觀有個大概的了解。數學中有各種多維空間，但到目前為止，我們所知道的物理世界只有四維，也就是三維空間加上壹維時間。現代微觀物理學中提到的高維空間是另外壹個意思，只有數學意義，這裏就不討論了。
四維時空是構成現實世界的最低維度，而我們的世界恰好是四維的。至於高維真實空間，至少我們還無法感知。我在壹個帖子裏提到過壹個例子。當壹把尺子在三維空間(不包括時間)旋轉時，其長度不變，但旋轉時，其所有坐標值都發生變化，坐標是相關的。四維時空的意義在於，時間是第四維坐標，與空間坐標相關，也就是說，時空是壹個統壹的不可分割的整體，它們是壹種“壹變壹變”的關系。
四維時空不僅限於此。根據質能關系，質能其實是壹回事。質量(或能量)不是獨立的，而是與運動狀態有關。比如速度越大，質量越大。在四維時空中，質量(或能量)實際上是四維動量的第四個分量，動量是描述物質運動的量，所以質量與運動狀態有關是很自然的。在四維時空中，動量和能量是統壹的，稱為能量動量的四個矢量。此外，四維速度、四維加速度、四維力和四維形式的電磁場方程都是在四維時空中定義的值得壹提的是，四維形式的電磁場方程更加完善，它完全統壹了電和磁，電場和磁場用壹個統壹的電磁場張量來描述。四維時空的物理規律比三維規律完善得多，這說明我們的世界確實是四維的。可以說，至少比牛頓力學完善多了。至少因為它的完美，我們不能懷疑。
在相對論中，時間和空間構成了不可分割的整體——四維時空，能量和動量也構成了不可分割的整體——四維動量。這說明自然界中壹些看似不相關的量之間可能存在著很深的聯系。以後我們講廣義相對論的時候，也會看到時空和能量動量四個矢量之間也有著深刻的聯系。
3狹義相對論的基本原理
物質在相互作用中永遠運動，沒有不運動的物質，也沒有不運動的物質。因為物質是在相互作用中運動的，所以需要在物質的關系中描述運動，不可能孤立地描述運動。換句話說，運動必須有壹個參照物，這個參照物就是參照系。
伽利略曾經指出，壹艘運動的船的運動與壹艘靜止的船的運動是分不開的，也就是當妳在壹個封閉的船艙裏與外界完全隔絕的時候，即使妳有最發達的