四维空间是什么概念

四维空间是什么概念 众人热议：爱因斯坦提出的四维空间，那么四维空间的准确定义是什么呢？

首先指出两个问题：第一，狭义相对论里面的四维空间称为闵可夫斯基四维空间，不是爱因斯坦提出的。

第二，这个四维空间是三维坐标空间与一维时间轴构成的四维空间，不同于传统欧式四维空间。

关于欧式四维空间，请大家移步我的另一篇回答“四维空间到底什么样”https://www.wukong.com/answer/6523510923229921549/?iid=25699832910&app=news_article爱因斯坦提出狭义相对论后，指出时间与空间纠缠在一起，在不同参考系下观察同样一个事件，发生的位置（x，y，z）坐标和时间t都是不同的。

如果参考系s'相对于参考系s以速度v演着x轴运动时，s系下事件坐标(x,y,z,t)和s'系下坐标(x',y',z',t')满足一个关系，称为洛伦兹变换。

按照这个变换法则，闵可夫斯基发现：如果把三个空间坐标和一个时间坐标组成一个四维矢量空间，那么在不同参考系下“时空间隔”是保持不变的。

这个时空间隔定义为也就是说，一个事件A位于原点，另一个事件B位于（x，y，z，t）按照这个定义，尽管在两个参考系下事件B的坐标不同，但计算出的两个事件的时空间隔s是相同的。

这一点和普通欧式空间中两点之间的距离不随坐标系变化完全一样。

而且，如果就称为类时间隔，这种情况下空间中两个事件可能以小于光速的速度建立联系，也就是说一定具有先后性，可能具有因果性。

如果就称为类空间隔，这种情况下两个事件不能以小于光速的速度建立联系，不可能具有因果性。

在不同参考系下二者发生的顺序不同。

用一个时光锥可以方便的描述上述问题：圆锥里面是类时间隔，圆锥外面是类空间隔，只有圆锥里面的事件才是我们的过去或者未来。

综上所述，四维空间等于三维加时间的观点只有在狭义相对论的闵可夫斯基空间中才有用，通过这种定义我们可以找到洛伦兹变换下的不变量-时空间隔。

爱因斯坦的四维空间就是以立体解析几何的三维空间为基础而推演出来的。

要理解狭义相对论就必须理解四维时空，即时间也作为一维空间与长、宽、高三维空间共同存在，所有相对论效应是由四维时空的本性引起的。

简单地说，设长为x'轴，宽为y'轴，高为z'轴，这个三维空间为k'，再设时间为t'，当三维空间k'按x'轴正向以速度v运动了t'秒，我们就把这个运动的三维空间k'和t'合称为爱因斯坦四维空间，表示为(x'，y'，z'，t')这样才是爱因斯坦四维空间的准确定义，其实爱因斯坦的四维空间与立体解析几何并不相悖。

(图略)如果设K坐标系中一个事件可以用三个空间坐标x、y、z和一个时间坐标t来确定，而K′坐标系中同一个事件由x′、y′、z′和t′来确定，则爱因斯坦发现，x′、y′、z′和t′可以通过一组方程由x、y、z和t求出来。

两个坐标系的相对运动速度和光速c是方程的唯一参数。

这个方程最早是由洛仑兹得到的，所以称为洛仑兹变换，其条件是 x′//x轴。

例如，我们设太阳中心为原点为k，哈雷彗星的中心为k'，分别设x'轴、y'轴、z'轴建立哈雷彗星直角坐标系k'，设哈雷彗星离开太阳中心k的速度为v，且速度v的方向与x轴x'轴都平行，经过间t'后，哈雷彗星相对于太阳中心的坐标可表示为(x'，y'，z'，t')，但作者认为应表达为：(x'，y'，z'，v t')，两种答案任由网友自行决定吧。

总之，爱因斯坦的四维时空就是从立体解析几何的三维空间运动而来的，是严密的数学推导，更符合宇宙天体的运动规律。