时空是什么？谁发现了时空？

关于时空，科学上把它称为时间和空间的结合，而时空结构是三维空间与四维时间相结合的概念模型。根据目前最好的物理理论，时空解释了在接近光速时产生的不同寻常的相对论效应，以及宇宙中大型物体的运动。那么如此玄妙地存在到底是谁发现的？

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谁发现了时空？

实际上他就是著名的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦，科爱因斯坦在他的相对论中发现了时空的概念。在他的开创性发现之前，科学家们有两种不同的理论来解释物理现象:根据NASA的说法，艾萨克·牛顿的物理定律描述了大质量物体的运动，而詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的电磁模型解释了光的属性。

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但在19世纪末进行的实验表明，光确有其特殊之处。测量结果表明，无论如何，光总是以同样的速度传播。1898年，法国物理学家和数学家亨利·庞加莱(Henri Poincare)推测，光速可能是一个无法超越的极限。大约在同一时间，其他科学家也在考虑物体大小和质量随速度变化的可能性。

狭义相对论的出现

爱因斯坦在他1905年的狭义相对论中把所有这些观点综合在一起，他的狭义相对论假设光速是一个常数。然而要做到这一点，空间和时间必须结合成一个单一的框架，以此来共同保证所有观察者的光速是相同的。爱因斯坦的狭义相对论假定光速是恒定的，而实际上光总是以同样的速度传播。

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如果一个物体以光的速度飞行，那么它周围的时间几乎静止，这个理论同样适用于低于光速的理论。速度越快，时间流逝的越慢。一个乘坐超高速火箭的人，与一个以慢得多的速度旅行的人相比，超高速运行的人的时间移动得更慢，物体的长度更短。这是因为空间和时间是相对的，它们取决于观察者的速度。但是光速比这两者都更加绝对和基础。

广义相对论的关键：万有引力

时空是单一结构的结论不是爱因斯坦自己得出的,这个想法来自德国数学家赫尔曼·闵可夫斯基(Hermann Minkowski)，他在1908年的一次学术会议上说:“从今以后，空间和时间都注定要消失在纯粹的阴影中，只有二者的某种结合才能保持独立的现实。”因此他所描述的时空仍然被称为闵可夫斯基时空，是相对论和量子场论的计算背景。

时空是如何运行的

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如今，当人们谈论时空时，他们通常把它描述成像一张类似橡皮的存在，也就是有弹性的。这个发现也来自于爱因斯坦，他在发展广义相对论的过程中认识到时空结构中的曲线是由于重力造成的，即万有引力。一些巨大的星体如太阳等由于巨大的质量能够在时空中造成扭曲，使其弯曲。这些曲线反过来又限制了宇宙中所有物体运动的方式，因为物体必须沿着弯曲的曲率运动。重力引起的运动实际上是沿着时空的曲折运动。

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2011年，美国国家航空航天局(NASA)的一项名为重力探测器B (GP-B)的任务测量了地球周围时空漩涡的形状，发现它与爱因斯坦的预测非常吻合。但对大多数人来说，这其中的大部分仍然难以理解。虽然我们可以把时空比作一张橡皮，但这种类比最终还是站不住脚。橡胶的比喻仅仅是二维层面，而时空是四维的。因此这张橡皮不仅要代表空间上的扭曲，也要代表时间上的扭曲，物理学家们很难拿出一个方程来解释这么复杂的一切现象。天体物理学家保罗·萨特戏称道，爱因斯坦制造了一台漂亮的机器，但他并没有给我们留下用户手册或者说明书。

目前来说，理解时空结构的最简单方法是把它想象一块弯曲的橡胶，它指导着宇宙中的一切如运动方式。但是前面也提到了，这个类比并不完全准确，因为时空有四个维度，而一张橡胶只有两个维度。

探索仍未完成、科学仍需努力

尽管它对我们来说仍然相当地错综复杂，但是相对论仍然是解释我们所知道的物理现象的最佳方理论。然而，科学家们知道他们的模型是不完整的，因为相对论仍然没有完全与量子力学相一致，量子力学非常精确地解释了亚原子粒子的属性，但并没有包含万有引力。量子力学是基于这样一个事实:组成宇宙的微小粒子是离散的，或者说量化的。所以光子，组成光的粒子，就像小块的光，会以不同的方式出现。

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一些理论家推测，或许时空本身也以这些量子化的块体形式存在，有助于架起相对论和量子力学之间的桥梁。欧洲航天局的研究人员提议成立伽马射线天文学国际实验室，用于时空量子探索任务。这项任务将绕着我们的星球飞行，对被称为伽马射线爆发的遥远而强大的爆炸进行超精确测量，从而揭示时空的近距离性质。

当然，这样的任务至少要15年以后才会发射，但如果发射成功，它可能会帮助解决物理学中遗留下来的一些最大的谜团。时空对于人类来说仍然是现在以及未来一个重点研究的课题，时空可惜细分为更加令人捉摸不透的门类，包括绝对时空、相对时空等，所以我们知道我们所不知道的还有很多很多..............