时空的结构是一个概念模型，将空间的三个维度与时间的第四维结合在一起。根据目前的最佳理论，时空解释了在附近旅行而产生的异常相对论效应光速以及宇宙中巨大物体的运动。
谁发现了时空？
著名物理学家阿尔伯特·爱因斯坦作为他的相对论理论的一部分，有助于发展时空的想法。在他开创性的工作之前，科学家有两个独立的理论来解释身体现象：艾萨克·牛顿的物理定律描述了大规模物体的运动，而詹姆斯·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）的电磁模型解释了光的特性，根据美国国家航空航天局（NASA）的说法。
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但是在19世纪末进行的实验表明，有一些特别之处光。测量表明，无论如何，光总是以相同的速度行驶。 1898年，法国物理学家和数学家亨利·庞卡（HenriPoincaré）推测，光的速度可能是无与伦比的限制。大约在同一时间，其他研究人员正在考虑对象的大小和质量变化的可能性，具体取决于其速度。
爱因斯坦在1905年将所有这些想法汇总在一起特殊相对论，假设光速是一个常数。为此，必须将空间和时间合并为一个框架，该框架密谋使所有观察者保持相同的速度。
与以较慢的速度行驶相比，超快速火箭中的一个人将测量时间较慢的时间和物体的长度要短。那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，光速比任何一个都更为基本。
时空是单一面料的结论不是爱因斯坦自己所达到的。这个想法来自德国数学家赫尔曼·麦科夫斯基（Hermann Minkowski），他在1908年的座谈会上说，“此后，空间本身和时间本身就注定要淡入阴影，只有两者的一种结合才能保留独立的现实。”
他描述的时空仍然被称为Minkowski时空，并在相对论和量子场理论中都是计算的背景。根据天体物理学家和科学作家的说法，后者将亚原子颗粒的动态描述为田地Ethan密封。
时空的运作方式
如今，当人们谈论时空时，他们经常将其描述为类似于一张橡胶。这也来自爱因斯坦，他意识到他发展了广义相对论那个力量重力是由于时空结构中的曲线。
大量物体 - 像地球，太阳或您 - 在时空造成扭曲，使其弯曲。反过来，这些曲线却限制了宇宙中所有事物移动的方式，因为对象必须沿着这种扭曲的曲率遵循路径。由于重力引起的运动实际上是沿着时空的曲折运动。
一个NASA任务称为重力探针B（GP-B）测量了形状在2011年地球周围的时空涡流中，发现它与爱因斯坦的预测非常相符。
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但是，对于大多数人来说，很多事情仍然很难缠绕。尽管我们可以讨论时空类似于一张橡胶，但类比最终会崩溃。橡胶板是二维的，而时空为四维。表代表的不仅是太空中的扭曲，而且还及时扭曲。用于说明所有这些的复杂方程式对于物理学家来说也很棘手。
“爱因斯坦制造了一台漂亮的机器，但他并没有给我们留下一本用户的手册。”天体物理学家保罗·萨特（Paul Sutter）用于Live Science的姊妹网站Space.com。 “只是为了回家，一般相对论是如此复杂，以至于当有人发现方程式的解决方案时，他们就以他们命名的解决方案并自行成为半秘密。”
科学家仍然不知道
尽管它复杂，相对论仍然是说明我们知道的物理现象的最佳方法。然而，科学家知道他们的模型是不完整的，因为相对论仍然没有完全和解量子力学，它解释了具有极高精度的亚原子颗粒的特性，但不融合重力。
量子力学基于以下事实：构成宇宙的微小位是离散或量化的。因此，光子是构成光的颗粒，就像一小部分光线，有不同的小包。
一些理论家推测，时空本身也可能出现量化的块，有助于桥接相对性和量子力学。研究人员欧洲航天局已经提出了伽玛射线天文学国际实验室，以探索时空量子（Grailquest）任务，该实验室将绕我们的星球飞行，并对遥远，强大的爆炸进行超准确的测量伽马射线爆发可能揭示时空的上近距离性质。
这样的任务至少要至少十年半都不会启动，但是，如果这样做的话，它可能有助于解决一些最大的物理谜团。
其他资源
- 阅读有关爱因斯坦在斯坦福大学的时空的更多信息重力探针b。
- 保罗·萨特（Paul Sutter）解释说为什么爱因斯坦的相对论是真实的，对于space.com。
- 手表： ”空间和时间是幻想吗？“来自PBS时空。
本文于2021年5月20日由Live Science参考编辑Kimberly Hickok更新。
