3.4 狭义相对论的时空效应
——时空是统一的

狭义相对论下，时间是相对的，空间也是相对的，但是狭义相对论进一步阐明时空是绝对的，时空并不能简单理解成时间和空间，时空是作为一个整体存在的，而且作为整体的时空是绝对的。在牛顿的绝对时空观下，空间是均匀地以三维的形式向外延伸，时间是均匀地以一维的形式分为过去、现在和未来，空间的三个维度和时间的一个维度是互相独立的。然而，在爱因斯坦的狭义相对论时空下，空间和时间是交织在一起的，三维空间和一维时间结合成统一的四维时空。

四维时空是什么样子？我们很难直观地想象出来，我们的大脑中和经验中很难为这第四个互相垂直的维度找到合适的位置，我们只能在数学上通过四元数组(x,y,z,w)对四维时空坐标系进行表示和计算。在四维时空坐标系思想下，通过相对论变换（也就是洛伦兹变换），可以反映出时间和空间是有紧密联系的，不同惯性系下的观测者对于一个事件时间和空间的测量，其实可以认为是同一个事件在四维坐标系下转了个角度来进行的观测和测量，并且可以得出两个惯性系之间的坐标满足关系式：

这种关系式本身可以认为是四维坐标系的一种转动的结果，对于四维坐标系下关系式出现的 -c ² t ² ，可以通过在时间这第四个维度的坐标轴上引入虚数单位 ic 来表示，因为 i ² =-1 ，因此四维时空的坐标系可以通过四元数组 (x,y,z,ict) 来表示。就像我们把二维坐标轴绕原点转动一个角度后，也会得出关系式 坐标系转动了，一个物体在原来坐标系下横轴和纵轴方向投影的长度随着坐标系的转动而发生了相应变化，但是这个物体在两个坐标系内本身的长度是没有变化的。

因此，虽然我们很难想象出四维时空坐标系的样子，我们依然可以推论出，随着四维时空坐标系坐标轴的转动，一个事件本身在空间轴的投影和时间轴的投影是会随着坐标系转动而变化的，事件在空间轴上的投影相当于我们对“空间距离”的测量，在时间轴上的投影相当于对“时间间隔”的测量，所以我们在不同惯性系下对于同一事件的时间测量和空间测量是不一样的，“尺缩效应”和“钟慢效应”也是因为不同观测者所在的四维时空坐标系发生转动而产生的测量差别，但是这个事件在四维时空 (x,y,z,ict) 中的时空间隔是恒定的，时空本身是恒定不变的。这也就能理解为什么物体运动的速度越快，它时间流逝得也就越慢，因为时空是恒定的，在空间中前进得越快，在时间中的前进就会变慢，当然这种在时间和空间的变化不一定是线性关系，而当物体在空间中前进的速度达到光速（极限）时，在时间中的流逝也就慢到停滞了。 P/mnLjj4rzaiSoN7gmJxi22KtBr/EBTdejDhHFX94G6qEZOrOK2I1BJ5WZ8BsI9V