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怎样才能让各不相同的时间与空间合在一起来表达？四维的概念让上述设想成为了可能。
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最先想到四维空间的人是明可夫斯基，他是爱因斯坦在苏黎世大学时的一位数学老师。明可夫斯基认为，时间和空间并非独立存在，因此他创造出一个可以称为四维的数学上的空间。
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在这个四维空间里，正发生着许许多多的事情。每件事情都可以用四维空间中的一点来表示，即事象。举例来说，如果你在某年某月某日到某地去做某件事，那么这件事就可以用四维空间里的一个点来表示，而这件事情发生的时间和地点就是事象对应的时间点和空间点。
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四维是什么
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将不同的事象分成时刻和位置的是填入坐标。必须注意的是：坐标的填法会根据人们不同的运动状态而有所差异。
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由于绝对时间或绝对空间并不存在，所以一般也不会有唯一的四维空间存在。一般情况下，所谓四次元时空图指的是因人而异的时空图，并且是根据那人的运动状态而定的。
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基于某人的立场，将坐标填入其中，标示见下页图解。首先，决定适当的时刻归零及空间原点，然后由那人持有准确的钟表和尺子来测量时刻与原点相距的距离。因为此钟表和尺子会随着运动中的人而有不同。因此，同样的事象也会有不同的时刻和位置。在不同运动状态下关于各种钟表和尺子的不同变化暂时不做详细介绍。
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最初，爱因斯坦只觉得明可夫斯基的想法不过是数学上的改写，似乎并不十分在意。直到后来他创造广义相对论，领悟四维空间的想法时，才发现明可夫斯基的想法非常基础和重要。
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 发现四维空间
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每个人自己的时空坐标系
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在每个人自己的时空坐标系中，发生在自己身上的每件事情都可以用四维空间中的一点来表示，这就是事象。
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便笺纸上的小人
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如果我们在一本便笺纸每一页的不同位置上都画了不一样的小人，那么我们在迅速翻动这本便笺纸时就会看到连续在动的小人。
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 [:1700895549]
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 9 何谓同时 同时也是相对的
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令人费解的是，空间上分离的两点发生的两个事件，在一个人看来是同时发生的，另一人看来则未必是同时发生的。这是为什么呢？
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不论人们处于何种运动状态，看到的光速都是一样的——每个观测者测得的时间和空间的衡量标准，转变成光速都是一定的。正因为如此，才产生了多种多样的不可思议的事。举一个比较早的例子来说吧。空间上分离的两点所发生的事件，在一个人看来两个事件是同时发生的，另一人看来则未必是同时发生的。这个现象在下文关于使用宇宙绳时光机器——航时机的说明中还会提到。
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宇宙船内的实验
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假定：一艘以一半光速作直线运动的宇宙船，正经过地球的旁边，此时在那艘宇宙船内进行下列实验。