如果我們想完整地描述某個粒子的運動,那麽不僅要給出它的運動軌跡,還要給出它在每個時刻的位置。例如,牛頓第一定律說明沒有受外力作用的粒子不隻是沿直線運動,而且它運動的速度也是恒定不變的。
對於運動的描述,在軌跡的維度上再加一個時間的維度,這種幾何形式就能完整地呈現運動的信息。以最簡單的直線運動為例,粒子運動的軌跡是一條直線,粒子的位置信息可以通過測量它離直線上某一個確立點的距離來標定。現在我們在一張紙上畫一條直線,線上的刻度代表粒子運動的距離,然後在與第一條線垂直的方向畫另一條直線來代表時間,那麽紙上的一個點就可以同時表示運動的距離和時間,這些點的連線則完整地呈現了物體的運動。如果物體做勻速運動,那麽這條連線也是一條直線。通過該方式,直線運動(或者說一維運動)的完整信息就能在平麵上表示出來——即二維空間的表示。既然我們生活在三維空間中,日常所見的運動軌跡一般都是三維的。以房間裏的小球為例,我們需要三個數字來標定它的位置:離兩麵相互垂直的牆的距離以及離地板的距離。物體運動的軌跡本身已經是三維的,再加上時間的信息,一共需要用四個維度來完整地表示物體的運動。因此,三維空間中粒子的運動可以被四維空間裏的曲線全麵確定。
盡管這種四維空間的標記方式很簡單,但是它的迷惑性也引起了不少誤解。當時,有一些作者堅持認為這些四維空間的曲線“僅僅是為了數學描述的方便”,“並非真正存在”。而“並非真正存在”隻是一個純粹的修辭學手法,因為“真正存在”這一說法隻用於形容在日常生活中能看得見摸得著的事物。正相反,很多哲學家和善於思考的物理學家卻認為,隻有發生在四維空間的事件才是真實的,而三維空間的表象隻是對於真實的主觀認識。接下來我們將證明,隻要用一些語義學的技巧將“真實”一詞的含義稍作修改,上述觀點就是正確的。