大多數人在給出位置的坐標時，會提供緯度，經度和可能的高度。 而第四個維度，時間，則經常被忽略。當物理坐標與時間組合在一起時，創建了一個時空的概念。宇宙裡面所有事件都有一個時空和它關聯。

蟲洞建立了兩個時空點之間的聯繫

時空研究的過去

時間和空間統一的概念實際上相當新。從早期的希臘哲學家到20世紀初，空間的概念幾乎保持不變，事物可以在三維空間裡面移動。時間則作為一個參數，沒有事物能夠在時間上自由的旅行，它對每個人來說都是一樣的。

直到20世紀初期，閔可夫斯基在洛倫茲和龐加萊的早期工作基礎之上，創建了一個統一的時空模型。他的學生愛因斯坦在1905年發表他的狹義相對論時，使用了閔可夫斯基的模型。

在狹義相對論中，時空幾何是固定的，觀察者根據他們自己的相對速度會測量得到不同的距離間隔或時間間隔。

愛因斯坦的廣義相對論則是把時空統一在一起的第一個重大理論突破。在廣義相對論中，時空本身的幾何結構隨著物質的移動和分布而變化。

質量的分布扭曲時空

時空研究的現在

在廣義相對論的基礎上發展起來了宇宙學，這是由於時空概念的統一而出現的另一個重大突破。因為統一的時空模型，科學家們可以用理論去描述宇宙的創造和存在，並且能夠研究其後續的所有變化。

廣義相對論預測了黑洞等現象。它還預測它們具有被稱為事件視界的無法逃脫的邊界，以及中心處的奇點，即引力變成無限大的一維點。廣義相對論也可以解釋旋轉的天體對時空的拖曳，宇宙大爆炸和宇宙的膨脹，引力波，與彎曲時空相關的時空膨脹，由大質量星系引起的引力透鏡效應，以及水星和其他行星的軌道移動。它還預測了曲率驅動，可穿越的蟲洞和時間機器等事物。2016年，由廣義相對論預言的引力波首次被LIGO實驗發現，這個發現完美的驗證了廣義相對論。

LIGO首次觀測到引力波

對時空的進一步理解也創立了量子場論。作為以原子和光子運動有關的理論分支發展起來的量子力學於1925年首次發表，它建立在空間和時間是分立的基礎上。在二戰後，理論物理學家找到了一種將愛因斯坦的狹義相對論和量子力學統一起來的數學方法，量子場論由此誕生。

量子場論的最早形式誕生於1950年，用於描述電磁輻射和帶電基本粒子，被稱為量子電動力學理論（QED理論）。在20世紀70年代，QED理論與弱核力理論統一，產生電弱理論，其將電磁力與弱相互作用描述為同一基本相互作用的不同形式。1973年，科學家們提出了量子色動力學理論（QCD理論），它是關於夸克和膠子的強相互作用力的理論。

在20世紀80年代和90年代，物理學家把QED理論，QCD理論和電弱理論結合在一起，制定了粒子物理的標準模型，它描述所有已知的基本粒子和它們之間的相互作用力。 這個理論也包含了希格斯粒子，這個粒子於2012年被發現。

粒子物理標準模型的基本粒子

時空研究的未來

科學家們通過複雜的儀器來觀察自然界的各種相互作用現象，繼續增進對時空的理解。例如測量宇宙加速膨脹的哈勃太空望遠鏡，測量新粒子和新相互作用的大型強子對撞機，測量暗物質的悟空衛星等等。這個名單可以很長。

宇宙的演化

在對於時空的探索中，中國曾經落後了。但是在未來，我們相信中國科學家會在時空探索中做出無可替代的貢獻。

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