序言：四維時空的時間流速為真空光速c，時間流速的方向與空間三維正交。

在傳統認知中，時空構造中的時間通常是異於空間三維，並作為一個特殊的維度獨立存在。但是關於時間的本質原因從物理學開創以來就一直未有定論。在牛頓時代的理論體系中，時間與空間是互相獨立、恆定不變的，而愛因斯坦創立的相對論卻模糊了時空的邊界，在該體系中時空可以透過洛倫茲變換規則互相轉化。但是關於時空為何能夠相互轉化、轉化的規則為何遵循洛倫茲變換卻沒有清晰明確的定義和說明。在本章節中我們試圖重新構建時空座標系，以探尋時間和空間的真相。

首先明確時間的精確含義。時間與長度、質量等物理學單位一致，是對於物質和時空的度量單位，具體來說：質量度量物質本體、長度度量空間距離、時間則度量物質運動。另外，與質量和長度一樣，時間也是一個標量。但與其他標量略有所不同的是，時間標量具備方向屬性，在四維時空的構造中，時間指向與空間三維正交。那麼對於時間標量具備方向的屬性應該如何理解？

由此聯想，時間作為標量，其本身應該不具備方向屬性，而其方向性實質上應該是由於沿著該方向運動的速度向量導致的。我們將該速度定義為時間流速。而根據狹義相對論中的相對性原理描述：所有的運動規律在不同的慣性系中有相同的形式。因此在不同慣性系中，時間流速應保持不變。

建立上述基礎的時空概念之後，我們繼續考察平直時空內的事件體系：

（圖2.1）

如上圖所示，設定平直四維時空內時間流速恆為，考慮在平直四維時空內相距 的靜止質點A和C，其於時刻位置分別為A和C；時刻，其位置變為四維時空的A'和C'點，另考慮時刻與A同一位置的運動質點B，時刻運動到C'位置。設A和C質點經歷的時間為，B質點經歷的時間為，考察和之間的關係。

如圖2.1所示：AA'之間的四維時空間距可表示為：

(1)

AC'之間的四維時空間距為：

(2)

而A'C'之間的距離即為質點B在三維空間內的運動距離，設B的運動速度為，因此A'C'之間的空間距離為：

(3)

根據勾股定律，四維時空內間距AA'、AC'、AC符合如下關係：

(4)

將（1）~（3）式代入(4)，可得：

(5)

化簡後可得：

(6)

因此可知：，因此可得到第一條結論：運動質點的時間相對於靜止質點存在膨脹效應。

那麼四維時空中時間的流速究竟是多少呢？根據（6）式，可表示為:

(7)

考慮如下情況：當運動質點B的速度逐漸增大時，AA'之間的距離會逐漸減小，由於時間流速不變，因此會趨近於0。根據（7）式，有：

(8)

由於時間流速在任意慣性系中保持不變，因此有：

(9)

以上公式表達的意思為：當質點B的速度 (10)

因此，根據（9）、（10）式，可得：

(11)

至此，我們得到了四維時空的一個重要論斷：

四維時空的時間流速為真空光速c，時間流速的方向與空間三維正交。

我們設定第四維度為F，可建立如下的四維時空座標系：

四維時空座標系

根據以上時空結構，可以得知宇宙構造的第四維度是以c高速運動的空間維度，關於時間的定義我們可以進一步明確：

時間是衡量第四維度運動的量度。

若將第四維度的瞬時運動距離定義為，則時間與該維度的關係可表示為：

(12)

以上公式揭示了時間與空間的變換是以光速c作為媒介的，那麼第四維度與另外三個維度的空間量度是否一致？在這裡我們先揭曉答案：第四維度與空間三維的量度是完全一致的。詳解過程我們會在後續章節中給出。