一、時空概念的危機
學是研究物質的最簡單運動規律的科學，其最終目的是：找到物質運動、變化與相互作用的內在聯繫，以最少的假設，透過分析、推理解釋所有相關實驗結果，預言新的實驗現象。
在各自領域內都分別取得極大成功的量子力學和相對論，是20世紀物乃至整個自然科學的兩大支柱，但是，在人們企圖把它們結合的時候卻遇到了難以克服的困難。
大量實驗證實，非定域性是量子力學的一個基本屬性，但是，非定域性將意味着超光速，這與狹義相對論的基本假設矛盾。
當前，量子引力理論中的超弦理論的時空背景相關性，與圈量子引力理論中的時空背景無關性同時存在，是物理學中潛在的對於時空本質不同態度的一次大碰撞，這種困難預示着物理學需要一次概念的變革，首當其衝的就是時空。時空觀念是物理學中最基本的也是最重要的概念，不同的時空觀念將導致不同的理論研究方向，任何對於時空概念的更新和深化，勢必對整個物理學產生巨大的革命性的影響。
“愛因斯坦時間膨脹”和“洛侖茲長度收縮”，是支撐相對論時空變換和相對論整個演繹推理的基礎。
爲了比較物質運動的快慢程度，人們用“速度”這一概念來描述物質的運動狀態，而爲了定義“速度”這一匯出概念，又必須引進兩個更基本的概念：“時間”和“空間”。
比如，一個人在時間t內跑過的路程是s， 則他的速度是:v=s/t
更具體些，比如，有甲和乙兩個人，甲在時間12秒內內跑過的路程是120米， 則甲的速度是:
V甲=120米/12秒=10米/秒
乙在時間10秒內內跑過的路程是110米， 則乙的速度是:
V乙=110米/10秒=11米/秒
由此我們可知：乙跑得比甲快。
在這裏，描述空間的路程是如何定義的呢？這個好辦，只要大家統一約定一米有多長就行了，製作這個一米長的標準尺之後，就可以複製許多把與標準尺一樣長的尺子，如果把一米分成100份，則每一份的長度成爲釐米；如果再把一釐米分成10份，則每一份的長度成爲毫米……
那麼，時間又是如何定義的呢？
時間自古就作爲最基本的概念引入到人們的日常生活中。在日常生活中，我們是採用地球圍繞太陽公轉一週作爲時間“年”的單位、月球圍繞地球公轉一週作爲“月”的單位、地球自轉一週作爲“天”的單位。在科學上，1967年第十三屆國際計量大會，採用以原子內部輻射頻率爲基準的時間計量系統，按新規定，“秒是銫-133原子基態的兩個超精細能級之間的躍遷所對應輻射的9192631770個週期的持續時間”。
可以看到，不論在生活中還是在科學中，我們對時間的定義都是採用“物體運動變化”的某種週期作爲時間定義的方案。這種“週期”必須是穩定的，人們對“週期”的測量必須是準確的，由此而得到的“時間”概念才能夠具有客觀性、可操作性。
由此看出，我們爲了描述“物體的運動變化”，必須定義“時間”這一概念，但爲了定義“時間”這一概念，又必須藉助“物體運動變化”的某種週期。這種做法顯然已經陷入了循環這一“泥潭”。這也充分說明，雖然“時間”的概念對人們來說有些模糊因而不十分準確，但人們定義的“時間”概念必定與“物體的運動變化”密切相關，不可分割。
由此可見，“時間”和“空間” 這兩個概念的地位是不平等、不對稱的。“空間” 的概念較形象、客觀、準確，“時間” 的概念較抽象、主觀、模糊。我們必須牢記這一點。
但是，有一點是可以肯定的，那就是：“時間”和“空間” 的概念，都是人們爲了描述物質的運動狀態而建立起來的。雖然用空間尺寸可以描述物質的形狀和大小，但空間不是物質；雖然我們可以同時使用“時間”和“空間” 概念來描述“物體的運動變化”，但時間也不是物質。
物理學所指的物質脫離不了時間，因爲如果沒有物質及其運動變化也就沒有“鍾”，就無法定義時間。但“空間”卻是一種固有的存在，它可以脫離物質及其運動而獨立存在。雖然，沒有物質就沒有“尺”，因而無法測量空間的大小，但空間依然客觀存在。物質總是存在於某一空間之中，它依賴空間，而空間的存在並不依賴物質。比如，一塊冰必須佔據一定的空間，但當這塊冰不存在時（溶化或蒸發），它原來所佔據的空間依然存在，並且，此空間的大小和形狀不會因爲觀測者的運動而改變。
二、相對論 “時空”的矛盾
愛因斯坦建立狹義相對論基於兩個基本原理：“光速不變原理”和“相對性原理”。由這兩個基本原理，很自然得到在不同慣性座標系關於時間和空間的變換關係——洛淪茲變換，在此基礎上，物體在不同慣性座標系中的速度、質量、動量、能量的變換式都因此而可求出。
如果慣性座標系S'相對於固定在地球上靜止的座標系S，以速度u沿x軸方向運動，x'與x在同一軸上， 且當t=0時，O'與O重合(如下圖)：
洛淪茲時空變換爲：
x’=(x-ut)[1-(u2/c)]-1/2 ……（1）
t’=[t-(ux/c2)][1-(u2/c)]-1/2……（2）
洛淪茲時空逆變換爲：
x=(x’+ut)[1-(u2/c)
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