假如有人询问你在宇宙中的游走方式，你会想象各式各样的方向，它们全都向你敞开。你可以迈向左侧或右侧，向前进或退后，或者上升与下降。
那三个基础的方向，用一张平面的网格图便能轻易展现，它们概括了曾在空间中可能的位移方式，一旦时机成熟，甚至在星辰大海间穿行也不在话下。
但是那些延时摄影作品提醒我们，一幅照片通常是某特定时间点的瞬息捕捉，每个瞬间与之前的都大相径庭，独一无二。在相对论的领域中，时间不仅仅是一个坐标轴，更是一个空间的维度。
然而，这三维的空间并非全部的故事，因为还有第四个维度——时间。毋庸置疑，我们总是在不断前行，但时间就如同其他任何空间维度一般。无论我们将所居住的世界定义为四维的时空结构，还是3+1维的宇宙，我们所面对的始终是三个空间维度加上时间维度，在物理学领域，将它们割裂看待是错误的。现在，让我们深入探讨其背后的道理。
在大多数情况下，人类活动范围局限于地球的表层。当我们需要指出自己的位置时，通常仅需提供两个坐标点：纬度与经度。这两个数字便足以告诉我们在地球上南北轴和东西轴上的确切位置，因为第三个维度——高度，在此情境下是默认不变的：我们都处于地表。
但若你打算深入地下或升至地表上方的大气中，则需要第三个坐标来准确界定你的位置：高度或深度，即你所在上下轴的具体位置。因为与你拥有相同经纬度的人——亦即具有相同二维坐标的个体——可能正位于地下隧道中或高空的直升机上。他们并非处于同一处，你需要第三个独立信息才能精确定位自己的空间位置。
即便如此，两个拥有相同精确三维空间坐标的物体也并不会重叠。以一个简单的例证来帮助理解：假设你正坐在现在的椅子上，这把椅子的位置完全可以用我们熟知的三个空间坐标（x、y和z）来准确描述。然而，现在你正坐在这椅子上，此刻的时间才是决定性的，它与昨天、一小时前、下周或十年后截然不同。
你在这个宇宙中的位置，既要用空间坐标（表明你在何处）来描述，也要用时间坐标（指出你在何时）来界定。若非通过时间的穿越，则无法实现从一个空间位置至另一个空间位置的移动。
为了在时空中完整地描述一个事件，你不仅需要指出它发生在何处，还需要明确它发生的时间。除了x、y和z这三个坐标，你还需加入一个时间坐标：t。虽然看似简单，但直到爱因斯坦相对论的提出，物理学家开始探讨同时性的问题时，它才在物理学界起到了关键作用。试想，如果你愿意的话，两个独立的点“A”和“B”通过一条路径连接起来。
假设你有两位同伴分别从A点和B点出发，朝着对方的方向移动。你可以通过将两根手指分别放在A点和B点上，并“行走”至各自的目的地来形象化每个手指的行进轨迹。从A点出发的人无法不通过另一人到达B点，反之亦然。
你可以随意选择两个点，并画出连接它们的一维路径。如果你要求两位旅者在从A走向B的同时从B走向A，那么在整个时空中必然存在这样一个瞬间：两位旅者在所有四个维度上均占据同一点：他们在同一时间占据着相同的空间位置。
设想你让一人从A点出发，另一人从B点出发，各自朝对方的方向移动。你可以通过将手指放在A和B点上，然后“行走”至各自的目的地来形象化这一过程。从A点出发的人不可能绕过对方到达B点，反之亦然。
换言之，为了使两位旅者都能达到他们的目的地，必定存在一个瞬间，此时你的两根手指同时占据同一个位置。在相对论中，这被称为共时事件：两个不同的物理对象在所有空间和时间坐标上发生重叠。这不仅是科学共识，在数学上也是可以被证明的。
如果你让一个网球落在硬物之上，它会反弹回来。为了描述网球这样的“粒子”的位置，你必须精确地跟踪它在宇宙中的轨迹，这不仅需要了解其空间位置，还需要知道这个位置如何随着时间的推移而变化。唯有将时间坐标与三个空间坐标结合起来，我们才能准确地把握物体在宇宙中的运动轨迹。
这个思维实验向我们展示了为何时间应被视为与我们的空间维度同等重要的经历维度。然而，并不是爱因斯坦将空间与时间合并为一个不可分割的整体，从而催生出一个全新的公式。事实上，是爱因斯坦的老师赫尔曼·明可夫斯基揭示了这两个维度的不可分离性。
在爱因斯坦公布其狭义相对论的三年内，明可夫斯基以严谨的逻辑证明了该理论的一致性。如果你希望在太空中穿行，你不能瞬间完成；你必须从现在的位置移动至另一个空间点，在那里你将抵达未来的某个时刻。你不能在同一时刻既在此处又在彼处，你只能在之后的时间到达那里。太空中的移动同样需要穿越时间的洪流。
爱因斯坦在1905年发表的狭义相对论中阐述了，个体在空间中的移动与在时间中的移动之间存在定量的关联。它向我们揭示，真空中的光速是速度的极限，接近这一极限时，你会经历长度收缩与时间膨胀等奇异现象。
但当明可夫斯基通过数学证明了时间与空间移动的等价性时，他迈出了至关重要的一步，并引入了两个新的乘法因子：光速c和虚数i，即√（-1）。在完成时空的数学演绎后，明可夫斯基宣称：
“从今往后，孤立的空间和时间将消逝为空洞的影子，只有它们的结合才能构成一个真实的存在。”
锥形光迹展现了一个生动景象，描绘出光线构成的三维界面，每一束光或朝此端汇聚，或向彼端发散。你可以在时空中上下穿梭，移动的幅度决定着你与他人的交互模式。唯有处于你过往光锥之内的信息，才能对你产生作用；同样，处于你未来光锥之内的事物，才能被你所感知。
将这些启示拼接起来，一幅迥异于旧牛顿式绝对时空观所呈现的宇宙画面便会浮现。特别是在宇宙中穿梭移动时，你会切身体验到时空如何因你而变化。
若你保持静止，那么你会在时间的长河中单向疾驰。
当你在空间中加速前进，你对时间的感知会相应减慢（时间膨胀），而你沿运动方向所见的空间距离则会缩短。
如果没有质量的束缚，你理论上能以光速移动。在这种情况下，运动方向上的空间距离将缩短至零，你几乎是瞬移通过。相对地，时间膨胀至无限大，从你的视角出发，旅途耗时几乎为零。
光子在两面镜子间弹射形成的光钟，能为任何旁观者标定时间的流逝。两位观察者或许在时间感知上各执一词，但他们对物理法则和宇宙常数，如光速，却能达成共识。一位静止不动的观察者会发现时间流逝如常，而一个在空间快速移动的观察者携带的时钟，相对静止者而言，运行得要慢得多。
深入探讨这些物理含义，会发现令人惊奇的事实。例如，无质量粒子本质上是稳定的，因为它们所处的参照系中不存在时间流逝，也就无从谈起衰变。那些不稳定的粒子，即使寿命短暂，其移动距离也能远超预期，只需简单地将其速度与生存时间相乘即可。
例如，在高层大气约60-100公里高度生成的μ介子，尽管速度接近光速，但其寿命仅为2.2微秒，衰变前的移动距离不足1公里，却仍能到达地表。这表明，即便是起点相同的事物，如一对双胞胎，一个留在地球上，一个遨游太空，他们的衰老速度也将不同，返回地球的那位会发现自己比留在地球上的同胞年轻许多。
地球上的马克和斯科特·凯利是一对双胞胎，其中一人在国际空间站度过了一年，另一人始终留在地面。这个实验旨在测量太空环境对身体的影响。结果显示，即便是低地球轨道上的太空旅行，也会使得返回地球的双胞胎较之未离开的同胞更为年轻。
空间与时间不能割裂看待，因为二者紧密相连；你在一维中的移动，会影响你在另一维中的行进，不考虑其他任何特性。如今，广义相对论取代了狭义相对论，它还涵盖了空间的固有曲率。不管宇宙的本质如何，你的时空移动无法孤立看待；空间和时间共同构筑了描述你所处现实的框架。
空间和时间同为重要的维度，无论你如何在空间中加速，都必须遵循时间的推移。有人认为，我们的宇宙可能是3+1维的结构，而非纯粹的四维，因为时间似乎处于一个略为独立的地位：增加空间移动会相应减少时间移动，反之亦然。
若知晓一个物体穿越时空的所有法则，以及其初始状态和与系统其他部分的相互作用力，就应能预知该物体的时空轨迹。描述一个物体的位置，必须包括时间坐标，否则无法做到精准无误。
爱因斯坦相对论最引人注目的事实之一是，无论个体在空间中如何移动，他们都会观测到同样的规律控制着时空中的移动。空间移动对时间移动的影响是可预测的，当你与另一观察者在同一时空坐标相遇时，你们能就所见的共时事件达成共识。
若时间不是具备明确性质的一维，狭义相对论就失去了根基，我们也无法构建时空来描绘我们的宇宙。时间作为一个不可从空间割裂的维度存在，才使得物理世界得以如我们所见的那样运转。当有人询问我们是否生活在三维宇宙中时，不妨自豪地加上“+1”，向时间致敬。
