我們生活在三維宇宙中。 一維物體意味著它沒有
任意長度、寬度或高度。一維物體最好的例子是奇點，
其沒有可測量的尺寸或體積。 二維物體有長度和
寬度。三維物體有長度、寬度、高度。三維物體可以
在我們的日常生活中隨處可見，例如球、人、建築物，以及…一切！
但是時空的概念告訴我們宇宙有四個維度。四維
宇宙是我們三維宇宙的數學延伸。隨著
時間維度，我們的三維宇宙變成了四維。這
愛因斯坦時空概念解釋了時間和宇宙如何運作。目前，
這是理解時間的唯一最佳方法。
光速是相對論戲劇中的主角
愛因斯坦寫的。如果沒有光速，相對論就毫無意義。
光泡泡
首先，我們從一個光泡開始。只要打開三維空間中的一盞燈
空間。光會以光速向四方傳播，並形成氣泡結構。
並且它將以每秒30萬公里的速度延伸。這意味著你永遠無法到達或超越泡沫，
因為它以我們宇宙中可能的最大速度行進。如果你想嘗試
到達氣泡的邊緣，你做不到。 所以基本上，你就被困在那個泡沫裡了。
光錐
現在我們拿一個三維物體──一個立方體，如果我們想把它縮小到二維，
我們要算出它的高度，所以二維版的魔術方塊是一個正方形。相似地，
球體是三維物體，其二維版本是圓形。
如果我們把三維空間轉換成二維，那麼我們就能看到
光以光速沿圓形傳播。為了我們的目的，
最好將空間視為二維，因為這樣比較容易理解。
如果我們的光圈要擴大，就需要一樣重要的東西，那就是時間。當然，
沒有時間，它就無法擴充。因此，我們添加時間作為額外維度，
垂直於空間維度。這個時間軸是光的未來時間線。現在我們
可以看到光圈隨著時間一格一格移動。這叫做未來
光錐。沒有任何東西能夠逃脫光錐。如果有東西想逃離
光錐的速度必須超過光速，這是不可能的。
隨著時間的流逝，這個圓錐體以光速膨脹。錐體的最大
角度相對於時間總是呈 45 度，因為給定任意時間量，
它總是會行進一定的距離。 這意味著一秒鐘內它將
30 萬公里，一年內它將穿越太空一光年或 9.5 兆公里。
座標系
在進入下一步之前，我們需要了解一些基本的座標系。認為
你靜止不動。我們將繪製一個基本的二維空間圖，其中 x、
y 軸。您的點位於 x = 5 和 y = 4。
但這個座標並不是固定的；它因視角不同而不同。從你的
朋友的視角位於位置 0 逗號 0，您的位置是 (5 逗號 4)。但
從站在空間不同位置的人的角度來看，你的座標
可能與你朋友的觀點不同。 所以，你的朋友和其他一些人變得不同
即使您沒有移動，它也會顯示您的位置座標。你的立場和你一樣，
但對於所有觀察者來說情況並不相同。這就叫相對性，位置是相對的。
相對運動
現在想像一下人 A、人 B 和人 C 站著靜止不動。考慮以公里為單位的軸。
這裡我們將從人物 A 的角度來了解立場。因此，A 位於座標
（0 個逗號 0），B 站在座標（2 個逗號 0）處，C 站在座標
（12個逗號0）。但
如果人 A 在空間中移動，他的位置就會改變。他可以移動或旋轉他的空間
網格，因此他會得到 B 和 C 的不同座標值。
B和C之間不變。因此，空間中靜止物體之間的距離不會改變
無論從哪個角度來看。對所有觀察者來說，距離都是絕對的；這意味著空間是絕對的。
但相對運動又如何呢？例如，你站著不動，而你的朋友
位於一列以恆定運動或恆定速度行駛的移動火車內。恆定運動
意味著沒有加速或減速，也沒有方向改變。簡單地，
以恆定速率沿直線行駛。
從你的角度來看，你是靜止的，而你的朋友以 100 公里/小時的速度與你遠離。但
從你朋友的角度來看，他處於靜止狀態，而你正以 100 公里/小時的速度遠離他。
發生這種情況的原因是，當物體處於恆定運動狀態時，它感覺不到任何運動。
如果火車窗戶關閉，他就無法真正感受到自己是否在行駛。這是
稱為相對運動。所有物理定律對你們兩人都有效。因為你們兩個都有
你自己的參考框架。而這宇宙間的萬事萬物，都有其自身的參考系。
時空圖
現在我們在圖表中加入額外的時間維度。如果我們把時間加到空間圖中，
我們將得到一個時空圖。前面的相對運動範例可以很容易地透過這個來解釋
時空圖。這裡我們的時空圖由空間軸和時間軸組成。一個
空間中靜止的物體不是在空間中移動，而是在時間中移動。這意味著
物體在空間中仍位於一個位置，但在時間上卻位於不同位置。如果該物件開始
以恆定速度移動，該物體的圖形將偏離原始時間軸。
所以，你在空間中處於靜止狀態，但卻穿越時間。在每個時間間隔裡，你都沒有移動
太空中的任何地方。但你的朋友正以 100 公里/小時的恆定速度在太空中移動。這裡，
將時間間隔視為小時。因此，在時間 1 中，你的朋友將在 100 公里之外，在時間 2 中，
他將在200公里之外，等等。如果我們用時間軸標記你朋友在空間中的位置，
我們可以繪製出他們的旅程路線。 你休息而你的朋友旅行
以恆定速度。這裡你的時間軸稱為世界線。
但你的朋友也可以聲稱自己處於靜止狀態，因為他以恆定速度運動，並且
自己的參考框架。時空圖使我們能夠改變參考系
或觀點。從你朋友的角度來看，你正在疏遠他。因此，您的朋友可以
從他的角度畫一條世界線。從他的角度來看，誰能說我在休息呢？
沿著時間的直線，所以你會在給定的時間間隔內在空間中遠離他。
再次進入火車場景：你休息，你的朋友搭火車。什麼
如果他扔一個球，會發生什麼情況？所以，
對你的朋友來說，他處於靜止狀態，球以 20 公里/小時的速度移動。但從你的角度來看，
你的朋友已經以每小時 100 公里的速度行駛了
球正以每小時20公里的速度離他而去。因此，你可以計算出球速
以 120 公里/小時的速率。你們兩個對球速的答案都不同，但都是
是的，因為速度是相對的；物體的速度會因參考系的不同而不同。
這事件可以用時空圖來解釋。 從你的角度來看，你的朋友以 100 的速度旅行
公里/小時，球的速度為 120 公里/小時。但如果你的朋友旋轉他的時空軸，你就會遠離
以 100 公里/小時的速度從他身邊飛過，而球以 20 公里/小時的速度從他身邊飛過。從球的角度來看，你的朋友是
以 20 公里/小時的速度遠離球，而你以 120 公里/小時的速度遠離球。因此
毫無疑惑，時空圖和我們的日常生活極為吻合：每個人
有自己的參考系，並且可以根據自己的視角旋轉時空軸。
即使在太空中移動，您和您的朋友也擁有相同的時間。從這一幕我們可以
清楚地看到空間和時間是絕對的和不變的。但有一個特點
宇宙告訴我們一切都是錯的。那就是光速。光以
速度為300,000公里/秒，並且保持不變。真正的問題不在於速度，
但光的本質是恆定的。光速是恆定的，對所有人來說都是相同的
觀察員。它並不關心觀察者是靜止的還是運動的。
我們已經知道速度是相對的，但對於光速來說這並不適用。
光速恆定
例如，你正以 100 公里/小時的速度行駛，而你的朋友正駕駛
汽車以 100 公里/小時的速度向您駛來。你們倆都會測量對方的車速
200 公里/小時，因為你的車速是 100 公里/小時，你朋友的車速也是 100 公里/小時，
雙方都朝著對方駛去。如果觀察者站在旁邊不動，
他們會測量你們每輛車的速度為 100 公里/小時。正如我們已經看到的，
速度是相對的，根據觀察者的運動，不同的觀察者會有不同的速度。
但請考慮一下光的恆定性質。你正以每秒 30,000 公里的速度駛向
光束。在這裡，光的傳播速度為 300,000 公里/秒，而你的傳播速度為 30,000 公里/秒。常數
光速的本質意味著你不會測量光速是 33 萬公里/秒，
但速度仍不變，300,000 公里/秒。 鑑於我們對相對運動的了解，
儘管都在運動，光速怎麼可能對所有觀察者都一樣呢？
如果您能夠以光速旅行，您將沿著光束旅行。你和
光束以相同的速度傳播，因此從你的角度來看光束會凍結，
因為你和光束以相同的速度傳播。是否可以？愛因斯坦思想
按照這樣的思路，我意識到這是完全錯誤的。他認為麥克斯韋的
方程式完全正確，而且這些方程式表達得非常優美
光不過是電磁波。無論觀察者如何運動，
電磁波或光總是以每秒 300,000 公里的速度遠離觀察者。
例子
想像一下，你有一塊能夠以每秒 20 萬公里的速度行駛的滑板。所以現在你決定
騎著滑板追逐光束。 你的朋友有一束激光
您已準備好追逐。他打開燈，同時你開始
追逐。一秒鐘後，你的朋友測量了光束的距離，
它行駛了30萬公里，你行駛了20萬公里。但同時，
你測量光束已經距離你 30 萬公里了。所以，
你實際的旅行距離起點 20 萬公里，光已經走了 30 萬公里
公里遠。因此，從您的角度來看，光傳播的總距離為 500,000 公里。
從你朋友的角度來看，光束在一秒鐘內傳播了 30 萬公里，而從
從你的角度來看，光束在一秒鐘內總共傳播了 50 萬公里。這很奇怪，而且
同時也令人驚奇。同一束光怎麼會在一秒鐘內傳播不同的距離？
如果光總是以每秒 300,000 公里的速度傳播，那麼它是如何
從你的角度來看以 500,000 公里/秒的速度行進？如果空間
絕對光如何在太空中傳播更遠的距離？好像有什麼地方不對勁。
但這裡沒有什麼問題。如果我們看一下時空圖，洛倫茲變換。
洛倫茲變換
我們可以確切地了解它是如何運作的。再次想像你正以恆定速度行駛
100,000 公里/秒。而您的朋友則站著不動。從你朋友的角度來看
你以每秒 100,000 公里的速度行進，而光以 45 度角以每秒 300,000 公里的速度行進。
這沒什麼問題。但如果你根據你的視角旋轉時空，
你的朋友會以每秒 10 萬公里的速度遠離你，光速為 20 萬公里/秒
公里/秒。我們已經注意到，對於所有觀察者來說，光的傳播速度總是相同的。
所以對你來說，光也必須以相同的速度傳播。這意味著你不能旋轉你的時空
一切正常。如果我們像這樣旋轉時空，光速就會降低。這不是
可能的。因此，為了讓所有觀察者保持相同的光速，我們不能旋轉時空，
但我們需要延伸時空。如果我們拉伸時空而不是通常的旋轉，
我們可以保持光速不變。在努力保持速度的同時
光對所有觀察者來說都是恆定的，不僅空間而且時間也會延伸或收縮。從此，
我們可以清楚地看到，空間和時間對所有人來說都是一樣的。這種滑動和拉伸
被稱為洛倫茲變換。所以，空間和時間不是絕對的；而是相對的。
因此，與靜止的觀察者相比，您的世界線運行得較慢，因為您處於運動狀態。
這意味著當物體運動時，時間會變慢。這種現像在
我們的日常生活，因為我們的動作與速度相比非常非常慢
光。但當我們以接近光速的速度行進時，就會發生巨大的變化。
除了光速以外，宇宙中的一切都是相對的。維護
光速不變，空間扭曲，時間變慢，
稱為狹義相對論。狹義相對論描述了一個具有常數的物體
運動。但當它加速時會怎樣？ 這就是廣義相對論的用武之地
發揮我們所說的引力。