埃尔温·薛定谔（Erwin Schr?dinger），就是那位“著名的养猫专业户”，他著有《时空结构》（Space-time structure） 。而今年获得诺贝尔奖著名数学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose），他的这本书《旋量与时空》（Spinors and Space-time），也是非常著名的一本著作 。学到去理解时间和空间的关系是一个物理学家要达到的基本高度 。
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谈论时间和空间，我们是怎么认为的？我们认为世界是三维的，还有一维的时间 。这是一般物理学教科书的写法，等到进入狭义相对论的时候，我们会把这个 前面再加上光速 ，因为 和空间是同一个量纲了，这是狭义相对论时间和空间缝到一起了，这就叫时空 。正确的描述还需要在这个地方应该加一个虚数，也就是 ——空间加上时间构成的一个数，有四个单元的数，就叫双四元数 。一般相对论的书里那些概念为什么搅缠不清呢？就是用的数学不对，或者用的数学不足以反映时空的关系 。所以要想真正学会相对论，要多学一些代数和几何的知识 。
时空有哪些特征？首先要知道有度规，也就是空间里面距离是怎么量的 。另外知道空间的近邻关系，才知道里面怎么输运、怎么做微分 。
相对论的内容我们就有这么几个部分，我们先聊聊
- 朴素相对论（Primitive relativity）
- 伽利略相对论（Galilean relativity）
- 狭义相对论（Special relativity，也称 restricted relativity）
- 非常狭义相对论（Very special relativity）
- 广义相对论（General relativity, 也称 generalized relativity）
#朴素相对论谈谈朴素相对论，朴素相对论说的是什么呢？大家看一个景象，这是我们大家都非常熟悉的景象，晴天的时候月亮会从东边缓缓升起 。可是在人类几千年的文明史里，没有哪部文学作品会给你描述地球如何升起的景象，直到有一天我们的人类自己能够进入太空的时候才想到这样的景象，地球出来了，这个蓝色的球非常漂亮，这说明什么？这说明这个景象始终是从我们脚底下能看到的景象，我们从来没想到如果把我们的观点（point of view），也就是你看问题的出发点挪到别的地方的时候，你是可以看到其他景象的，但是我们没有这种自觉 。所以养成换个观点去看世界的习惯很难，这也是为什么大家经常吵架的原因，我们总是从自己的观点看问题，而不是从别人的观点看问题，虽然很难，但如果养成了这种习惯其实非常有用 。
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人类文明史上，公元 1600 年前后就有一个德国哲学家，开普勒养成了这样的习惯 。开普勒年轻的时候遇到了什么事情呢？就是要研究这么一个问题，这是火星的观测数据：
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有八个退行点的一团乱麻，拿到这样的观测数据以后接下来的任务就是要写出它的方程，可是这一团乱麻怎么写出它的方程呢？写不出来 。
有一天开普勒想到我们有一套从地球上看到太阳的数据，如果我把火星的数据减去这样一套数据，那不就是相当于从太阳上面看火星的轨道了吗？这么做了以后，他发现火星轨道差不多和学校操场跑道一样，是闭合凸的曲线，凸是比较重要的事情，这样的曲线就比这团乱麻好研究多了，自然而然你会看到原来行星的轨道是绕着太阳这样“火炉子”的简单闭合曲线 。
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