通常的观念中，人们往往认为空间和时间是截然不同的两个概念，空间描述的是方位和距离，时间表述的是事件发生的先后。空间本身是恒定不变的，物体可以在空间中来去自如。时间是不断前行、不停流逝的，我们无法追停时间老人的脚步，也无法让时光倒流。时间与空间相互独立、互不干涉。

如果空间是均匀和平坦的，应用三维的直角坐标即可完整描述我们所处的空间，那么第四个维度对于描述我们的空间还有什么意义呢？爱因斯坦及闵可夫斯基用他们超凡的大脑，为我们描述了一个不一样的时空。他们将时间作为一个维度引入了三维空间的坐标，将时间与空间合为一个不可分割的整体——四维时空。时间也可以认为是空间的长度，距离也可以认为是一段时间。此时，时空中的任意一个坐标，都需要四个维度才能描述。

眼前一个静止不动的物体，从今天到明天，在三维的空间中，它的位置没有任何变化，但在四维的时空中它已经发生了移动，因为它在时间坐标上从今天移动到了明天。两个人甲和乙，同时从A地出发，甲乘坐汽车，乙走路步行，沿相同的路线，到达B地，甲用了5分钟，乙用了50分钟。在三维空间看来，他们走了完全相同的路径，而在四维时空看来，乙所走的路线要更长。因为加上了时间的变量后，三维空间坐标中a、b两点连成的一条直线，在四维时空坐标中就变成了一簇长短不一的线，当然这些线在三维空间坐标中的投影相同，都是a、b两点间的连线。

理解四维时空的坐标非常困难，需要一些想象力。让我们先来进行一些思维游戏：几何学中有一些定理，比如所有三角形的三个内角之和等于180度，而在现实中很多情况下三角形的内角之和可以不等于180度。以地球为例，地球表面可以绘出很多条相互垂直的经度线和纬度线，一条纬度线和任意两条经度线在两极均可组成一个三角形，由于三角形的两个底角都是90度（因为任意一条经度线与纬度线都是相互垂直的），无论顶角（两条经度线的夹角）多大，三个内角之和一定会大于180度。常规思维下，我们的确很难理解和实现四维及更高维度的直角坐标，那么是否可以将高维的坐标轴在二维平面上进行投影来帮助我们理解呢？投影的方向和角度我们设定为需要实现投影后所有相邻坐标轴间的夹角相同，为简化理解，投影时我们只考虑正数值的坐标。可以看到，二维的只含正数值的垂直坐标轴，通常来看呈现为L形，当按上述的设定进行投影时，其在二维平面上的投影就变成了两条穿过同一点，夹角为180度的直线，也就是成为了一条直线；三维的垂直坐标轴，在二维平面上的投影变成了三条穿过同一点，相互间夹角均为120度的直线。显而易见，四维的垂直坐标轴，其在二维平面上的投影应该为四条穿过同一点，夹角为90度的直线，也就是一个“+”。此时，我们可以发现，N维的垂直坐标轴，其在二维平面上的投影为N条穿过同一点的，夹角为360 /N度的直线。这样我们在二维的平面上就可以画出N维的垂直坐标系的投影，虽然我们无法从几何上直接描述N维本身，但我们能够通过其在二维上的投影来想象，当然也可以通过将坐标轴转化为代数，用数字来准确的描述N维。

在低速情形下，传统的绝对时空观可以解释大部分常见物理现象，绝对时空观认为空间和时间是绝对的，与物体的运动状态无关。空间中一米的长度，在观测距离不变时，我们相对它无论是运动还是静止，运动速度有多快，它的长度应该永远都是一米。钟表上的指针走过了一秒，对于世间万物来说都应是流逝了一秒，无论你是在练瑜伽，还是在练钢架雪车。然而实际的实验观测却告诉我们，当速度达到或接近光速时，传统的绝对时空观不再适用。狭义相对论由此应运而生，狭义相对论认为空间和时间不是绝对的，而是与物体的运动状态有关。狭义相对论最著名的推论就是钟慢效应和尺缩效应，即认为高速运动的物体相对低速运动的物体，时间将会流逝得更加缓慢，长度也会压缩得更短。

这种效应不是科幻，而是真实存在的。假设一户四胞胎的孪生兄弟，9岁了，由于崇拜那个会打球的胖子，都立志学习打乒乓球。其中的两个孪生兄弟在郑州城东路上一个球馆里练习，另外两个孪生兄弟在太阳系外一艘接近光速的宇宙飞船上练习。在地面上打球的两个兄弟练习了两个小时，觉得有点累，就停下来休息，远远观看光速飞船上的两个兄弟打球（假如应用一架天文望远镜能够看到的话）。此时，奇怪的一幕出现了，他们发现宇宙飞船上的两个兄弟动作无比缓慢，就好像观看电脑上的慢动作回放一样。更加诡异的是，球的运动也变慢了，他们打出的第一个球竟然还没飞过球网。盯了一会儿，觉得索然无味，于是他们就回家休息了。第二天又来到球馆练球，一番挥汗如雨后，他们再次停下来观看光速飞船上的两个兄弟打球，竟然发现昨天第一回合打出去的那颗球才刚刚落到对面的球台之上！

这边天上的两位练习了两个小时，自觉受益良多，而且也感到有些累了，回过头却没在球馆里看到地面上的两个兄弟，于是坐上飞船回家休息。须臾间就回到了家中，却惊讶地发现爸爸妈妈好像苍老了很多，家里的电视上正现场直播一场乒乓球比赛，比赛的双方正是他们在地面上的两个孪生兄弟。原来地面上的两兄弟经过10年的不懈努力，水平突飞猛进，半年前双双进入了国家队。比赛结束后，地面上的两兄弟都拿到了心仪的奖牌，当天就订了机票与家人分享喜悦。四兄弟一见面，相互之间都吓了一跳。原来地面上的两兄弟此时已是19岁的青年，宇宙飞船上的两兄弟却还只是9岁的孩子，宇宙飞船上的两兄弟羡慕地面上的两个这么快就成绩斐然（才练习了两个小时的乒乓球就进了国家队，还拿到了奖牌），地面上的两兄弟却怀疑飞船上的两位是否得了侏儒症（10年了个子非但一点没长，甚至还矮了不少）。

在现实中由于我们还造不出接近光速的宇宙飞船，所以无法验证这样的实验。不过相对论效应确实在悄悄影响着我们的生活，例如，北斗导航卫星相对地面是以每秒约4公里的速度在其轨道上运动，与每秒30万公里的光速相比直如老牛破车，但由于狭义相对论效应，其时间相对于地面来说仍然会变慢约一千亿分之四十五，也就是每天会减慢大约7微秒。实际应用中除了狭义相对论效应，还需要考虑广义相对论效应，即由于地球质量的影响，地球表面的时空要比卫星所处轨道的时空曲率更高，因此相对地面来说，卫星上的时间又会比地面上流逝得更快，每天大约会快45微秒。两种效应综合起来，导航卫星相对地面每天将会积累大约38微秒左右的时间误差。这些误差看似很小，但如果不进行修正，北斗导航每天将会积累大约10公里的定位误差。除了相对论效应产生的误差之外，卫星导航系统还会受到很多其他因素的影响，如电离层延迟、多路径效应、接收机钟差、接收机天线相位中心偏差等，需要进行精密的建模和修正。你如果应用一个没有经过误差修正的北斗卫星导航系统，和朋友相约分别驱车去天安门玩，到终点时你会发现自己的车开到了鸟巢，而你的朋友也没好到哪儿去，他把车开到了天坛。