要了解宇宙，必须要知道时空
时空，也就是时间和空间。在物理学中，认为时间和空间密不可分，是把两者视为“一个整体”，因而将时间和空间合起来称为“时空”（space-time）。
不仅如此，时间的流动还可慢可快，空间还可以伸长或收缩，甚至可以弯曲。这样的看法似乎不可思议，然而它们却是现代物理学能够成立的基础。
在天文学世界，时空极度弯曲的“黑洞”一直是天文学家在积极搜索的观测对象。在探讨宇宙的过去、现在和将来的宇宙论中，“膨胀的宇宙”已经成为理论研究的出发点。在物理学研究的最前沿，甚至已经在认真思考我们这个宇宙也许是“十维时空”的可能性。
为了以最容易理解的方式来介绍这门不容易理解的时空科学，Newton编辑部从读者中征集到14名“特邀编委”来一起策划和撰写这篇专题文章。不仅在写作前认真听取了他们的要求，而且在写作过程中还多次请他们审阅了草稿，吸收他们的意见进行了修改。让读者参与写作过程，目的是使这篇特别策划尽可能做到通俗易懂。
现在我们就从时空科学的基础知识开始进行介绍。
时间＋空间 → 时空
“相对论”出现，将时间和空间视为“一个整体”
在从本页开始的这个“引言”中，我们将要通俗地介绍时间和空间的概念和时空的基本性质。
看到“时空”这个词语，许多人大概会想到科幻故事，然而它却是一个名副其实的物理学术语。时空，从构词上看，它就是时间和空间的意思。但是，在合起来构成一个名词以后，它就被赋予了深刻的含义。实际上，时间和空间两者具有不可分割的联系。比如说，“时间和空间具有作为一个整体发生伸长或收缩的性质”。单独这么一句话，恐怕很难理解是什么意思，但是，在知道了爱因斯坦的相对论是怎么一回事以后，也就不难理解这句话说的是什么了。关于相对论，我们将会在后面作详细介绍。
将时间等同于空间一样处理
在相对论中是把时间等同于空间的一个方向那样来处理。下面，我们就来看一个具体例子。
图中是按照时间经过的先后顺序从下向上排列起来的太阳和地球在各个不同时刻的“瞬时快照”。地球在围绕着太阳作公转运动，因此，每过一段时间，地球都移动了自己的位置。如果把无数张这样的瞬时快照沿着时间流动的纵向方向无间隙地排列起来，便得到图。在图中，太阳被画成一根圆柱，而地球则用一条盘绕成螺旋线的绳线来表示。图中的纵轴是时间轴，也就是说，在此图中是把时间用空间的高度来表示。用这种方法来表示时间和空间的图形叫做“时空图”。在时空图上将时间流的方向确定为从下向上（下代表过去，上代表未来），这是物理学对时空图画法的一种约定。
在时空图上垂直于时间轴切出的截面代表瞬时世界，也就是说，表示了对应瞬间同一时刻的世界（）。时空图同时包含了一个物体处在何时（时间位置）和在何地（空间位置）两方面的信息。换句话说，时空图是只用一个图来表示历史的图形。从时空图的立场来观察我们这个世界，这就是相对论的时间观和空间观。
……
（更多精彩图片及完整内容请阅览《科学世界》2010年9月号）
