四維時空
在物理學(xué)和數(shù)學(xué)中，一個n個數(shù)的序列可以被理解為一個n維空間中的位置。當(dāng)n=4時，所有這樣的位置的集合就叫做四維空間。這種空間與我們熟悉并在其中居住的三維空間不同，因?yàn)樗嘁粋€維數(shù)，這個額外的維數(shù)可以理解成時間。有人認(rèn)為時間也是一種空間，在某種條件或情況下可以被逆轉(zhuǎn)，可以被穿越。
當(dāng)人們說到“四維空間”時，經(jīng)常指的都是關(guān)于時間的概念。在這種情況下，四維空間可以理解為三維空間附加一條時間軸。這種空間叫做閔可夫斯基時空或“(3 + 1)－空間”，這也是愛因斯坦在他的廣義相對論和狹義相對論中提及的四維時空概念。
四維時空是構(gòu)成真實(shí)世界的最低維度，我們的世界恰好是四維，至于高維真實(shí)空間，至少我們還無法感知。
二維空間：
有一位專家曾打過一個比方：先假設(shè)一些生活在二維空間的扁片人，他們只有平面概念。假如要將一個二維扁片人關(guān)起來，只需要用線在他四周畫一個圈即可，這樣一來，在二維空間的范圍內(nèi)，他無論如何也走不出這個圈。
1、首先一個世界的構(gòu)成必須滿足兩個條件：空間和時間，如果這兩者之間任意一個不存在，那么這個世界就無意義，無意義也就是說不存在。
2、一個世界的物理法則是必需，世界上一切事物的運(yùn)作規(guī)律都必需有一定限制，不然該事物的存在就不可能（正所謂一切事物都是相對的存在），如果按照維度空間論來說，那么位于更高維度的生命體就有可能控制時間或空間這就是不合邏輯的事。
而四維空間像愛因斯坦說的在三維空間上加一條時間軸，因?yàn)椴还軒拙S空間都離不開時間的支付，沒有時間也就沒有空間！時空是無法分開的，分開就沒有意義。一把尺子在三維空間里（不含時間）轉(zhuǎn)動，其長度不變，但旋轉(zhuǎn)它時，它的各坐標(biāo)值均發(fā)生了變化，且坐標(biāo)之間是有聯(lián)系的。四維時空的意義就是時間是第四維坐標(biāo)，它與空間坐標(biāo)是有聯(lián)系的，也就是說時空是統(tǒng)一的，不可分割的整體，它們是一種“此消彼長”的關(guān)系。
四維空間就是現(xiàn)在的時空。
四維空間是一個時空的概念。簡單來說，任何具有四維的空間都可以被稱為“四維空間”。不過，日常生活所提及的“四維空間”，大多數(shù)都是指愛因斯坦在他的《廣義相對論》和《狹義相對論》（統(tǒng)稱“相對論”）中提及的“四維時空”概念。根據(jù)愛因斯坦的概念，我們的宇宙是由時間和空間構(gòu)成。時空的關(guān)系，是在空間的架構(gòu)上比普通三維空間的長、寬、高三條軸外又加了一條時間軸，而這條時間的軸是一條虛數(shù)值的軸。
根據(jù)愛因斯坦相對論所說：我們生活中所面對的三維空間加上時間構(gòu)成所謂四維空間。由于我們在地球上所感覺到的時間很慢，所以不會明顯的感覺到四維空間的存在，但一旦登上宇宙飛船或到達(dá)宇宙之中，使本身所在參照系的速度開始變快或開始接近光速時，就能對比的找到時間的變化。如果在時速接近光速的飛船里航行，生命會比在地球上的人要長很多。這里有一種勢場所在，物質(zhì)的能量會隨著速度的改變而改變。所以時間的變化及對比是以物質(zhì)的速度為參照系的，這就是時間為什么是四維空間的要素之一。
四維時空不僅限于此，由質(zhì)能關(guān)系知，質(zhì)量和能量實(shí)際是一回事，質(zhì)量（或能量）并不是獨(dú)立的，而是與運(yùn)動狀態(tài)相關(guān)的，比如速度越大，質(zhì)量越大。在四維時空里，質(zhì)量（或能量）實(shí)際是四維動量的第四維分量，動量是描述物質(zhì)運(yùn)動的量，因此質(zhì)量與運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)就是理所當(dāng)然的了。在四維時空里，動量和能量實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一，稱為能量－動量四矢。另外在四維時空里還定義了四維速度，四維加速度，四維力，電磁場方程組的四維形式等。值得一提的是，電磁場方程組的四維形式更加完美，完全統(tǒng)一了電和磁，電場和磁場用一個統(tǒng)一的電磁場張量來描述。四維時空的物理定律比三維定律要完美的多，這說明我們的世界的確是四維的?？梢哉f至少它比牛頓力學(xué)要完美的多，至少由它的完美性，我們不能對它妄加懷疑。
在狹義相對論中，時間與空間構(gòu)成了一個不可分割的整體——四維時空，能量與動量也構(gòu)成了一個不可分割的整體——四維動量。這說明自然界一些看似毫不相干的量之間可能存在深刻的聯(lián)系。在今后論及廣義相對論時還會看到，時空與能量動量四矢之間也存在著深刻的聯(lián)系。
四維時空表示運(yùn)動物體存在的物理空間。直觀地，一個圖形的維數(shù)可以認(rèn)為是一個人要想達(dá)到這個圖形中所有的點(diǎn)，需要運(yùn)動的所有不同方向的數(shù)目。
例如，一個點(diǎn)是一個零維圖形。我們不需要任何向量來張出它，因?yàn)槿绻覀儚倪@個點(diǎn)出發(fā)，我們已經(jīng)到達(dá)了它所有的位置。一條直線是一個一維圖形。從直線的某一個點(diǎn)上出發(fā)，我們需要一個指向這個直線的方向的向量來到達(dá)到直線上的其他點(diǎn)。只要一個向量就足夠了，因?yàn)橥ㄟ^不同程度的伸縮它我們可以到達(dá)直線上的任意其他點(diǎn)。
一個平面是一個二維圖形。給定平面上的一個起始點(diǎn)，我們至少需要兩個互不平行的向量來張出這個平面。如果只有一個向量，我們只能到達(dá)某一條直線上的所有點(diǎn)；所以我們需要有另一個與它不平行的向量來往這條直線的“兩邊”走，從而到達(dá)平面上的其他點(diǎn)。只要兩個方向就足夠了，因?yàn)槲覀兛梢皂樦ɑ蚰嬷┣耙粋€向量走不同的距離，再往兩邊走不同的距離來到達(dá)平面上的任意點(diǎn)。也可以把平面理解成許多平行線的“堆積”；要想在二維平面上從一點(diǎn)運(yùn)動到另一點(diǎn)，我們需要首先沿著線平行線運(yùn)動，再穿過這些平行線向另一個方向運(yùn)動。
在我們的眼中，空間是三維的。要達(dá)到空間中的某一點(diǎn)，不僅要向前向后、向兩邊走，還需要上下移動。換句話說，需要第三個向量才能到達(dá)空間中的所有點(diǎn)。同樣，也可以把空間理解成許多平行平面的堆積：要想在空間中從一點(diǎn)運(yùn)動到另一點(diǎn)，可以先沿著一個方向前后走，再向兩邊走，最后上下走。
四維空間則是一個需要四個不同方向才能到達(dá)其中所有點(diǎn)的空間。這種空間可以認(rèn)為是許多平行的三維空間的堆積。要理解這個概念，想象一下把一張張紙并列疊起來的過程。如果人不把它們一個個堆疊起來，這些紙張不會延伸進(jìn)三維空間。以同樣的方式，要想進(jìn)入四維空間，就必須向一個新的方向運(yùn)動，這個方向必須是在三維空間以外的。要達(dá)到四維空間中的每一個點(diǎn)，一個人不僅需要向前后、左右、上下移動，還要沿著一對新的方向運(yùn)動，即上文提到的安娜/卡塔，或者叫維因/維奧等等。
要理解四維空間的本性，可以利用一種稱為“維數(shù)類比”的方法。維數(shù)類比是指通過研究 n - 1 維與 n 維之間的關(guān)系，來推斷 n 維與 n + 1 維之間會有什么關(guān)系。
阿伯特在他的書《扁平的世界》中運(yùn)用維數(shù)類比，講述了在一個扁平得就像一張紙的二維世界中生活的一個正方形的故事。在這個正方形的眼中，生活在三維世界中的人們擁有近乎神的力量，因?yàn)樗麄兡茉诓淮蚱疲ǘS的）保險箱的情況下從其中把東西（通過移入移出三維空間的方法）取出，能看到所有在二維世界看來是被擋在墻后面的東西，甚至能站在離二維世界幾英寸的地方來保持“隱形”。
通過應(yīng)用維數(shù)類比，可以推斷，四維空間（不是四維時空，空間本身就是四維的）中的人在我們?nèi)S的視角看來應(yīng)該有類似的神奇能力。
