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一艘宇宙飛船離開地球，以80%的光速駛向4光年外的恆星。地球上的觀察員知道，在整個旅程中，宇宙飛船的時鐘會比他的時鐘慢40%(根據洛倫茲公式)。
根據地球觀察者的說法，宇宙飛船5年內會抵達恆星。然而，時間膨脹導致飛船的時鐘在到達時只會讀出三年過去的時間。對於飛船上的太空人而言，地球到恆星的距離只有2.4光年，因為以80%的光速到達恆星只需3年。
有人把這一現象解釋為長度膨脹所造成的結果。但是什麼在膨脹？部分學者認為是太空本身在膨脹，或僅是距離在膨脹（似乎對我而言，數量也是如此），也有人說那是不可能的，因為你可以讓兩架宇宙飛船以不同的速度同向行駛，那麼，它們經過的距離有差別嗎？
那麼，哪個方法才能正確從太空人角度認識這一現象？
時間和空間不會有因你的運動而改變。它們不會因為你較快地移動到某人某地就會膨脹或者壓縮。改變的僅是你如何看待時間和空間。
圖解：令人害怕的是，真實的「前進」並不存在，真實的「未來」方向甚至「空間不是時間」並不存在。可以說，在這些方向上的所有的這些方向和事物的長度都是主觀的，甚至是相對的。
在太空中，你要衡量某一事物的長度（換而言之，「通常」），它的所有長度不止能在x、y軸上計算，你可能不會認同，實際上，結合xy也可以計算。當你在時空中測量某物的長度時，總長度不僅僅是在空間或時間方向上的長度，還是兩者的特定組合，這兩者或多或少是與你的想法相反。
我們不單獨談論空間的三維，因為它們並不是完全不同的。前、右和上的方向是描述空間三個不同維度的好方法，當然它們因視角不同而有所不同。比如，打電話給地球另一邊的人，問他們「怎麼了？」你會立刻發現自己捲入了不可調和的衝突。每個人都知道：在我們的三維宇宙中，選擇三個相互垂直的方向是很容易的(試一試)，但是試圖指定哪三個方向是「正確的」是沒有意義的。
圖解：如果你堅持僅在一個方向衡量事物，那麼不同的角度會導致不同的長度。為了得出總長度，我們需要進行一對測量，x和y(還有z，三個維度)，並應用一些畢達哥拉斯，d2=x2y2。
一米棒有一米長(因此得名)，所以如果你把它平放在一張桌子上，並測量它的水平長度(用帶尺或其他用具…)，你會發現它的水平長度是100 Cm及其垂直長度為零。鑑於此，你可以合理地猜測它必須有100釐米長。但是如果你把它傾斜(或者相對地稍微傾斜一下)，那麼水平和垂直的長度就會發生變化。沒啥奇怪的。
為了面對無盡的宇宙，我們在計算長度的基礎上使用「歐幾裡得度量」d^2=x^2y^2z^2在每一個不同的方向上找出事物的總長度。任何給定方向上的長度(x，y，z)都可以改變，但總長度(D)保持不變。
愛因斯坦最大的貢獻（或者至少其中之一）是在「時空」的保護傘下結合時間和空間，之所以這樣命名，是因為德國人傳統上喜歡粘連單詞，為讓單詞又長又難讀。
不同的空間維度是等價的。你可以試一下，先往南北走，再向東西走。除非你帶著指南針，否則你沒法注意到任何不同。但很明顯，時間不一樣，你先往南北走，然後走到明天並回到昨天。所以當某個聰明的人自告奮勇地說「我們生活在一個四維宇宙中！」時，他們說的不太準確。物理學家們更喜歡精確而不是易懂，他們更喜歡說：「我們生活在一個3+1的宇宙中！」，我們要知道，宇宙有三個空間維度和一個時間維度。
但是，雖然時間和空間不同，但他們也不是完全無關的。在很多情況下，不同的角度會改變前進的方向，「未來」方向也是會變化的。同樣地，旋轉的角度變換方向，而以不同的速度運動則會時間方向和運動方向。
圖解：時空曲率
時空中各點之間的「距離」稱為「間隔」。對於熟悉歐幾裡得度量的人來說，「明可夫斯基度」應該看起來非常熟悉：L^2=x^2+y^2+z^2-(ct)^2=d^2-(ct)^2.。 2-有的人會轉換下這個符號：L^2=-x^2-y^2-z^2+(ct)^2=-d^2+(ct)^2，因為這可以更容易地談論某個特定路徑上所經歷的時間(事實上，但重要的不是這個等式的標誌，而是不同視角之間的常數。L^2可能是負的，但…別擔心，情況樂觀。
如果你仍舊不理解，時空間隔是相對論的直接後果：對每個人來說，光速都是一樣的。理解這個定律最簡單的方法是：如果你找到了光束旅行的起點和終點之間的間隔，間隔永遠為0因為d\t=c→ d=ct→ d^2=(ct)^2→ d^2-(ct)^2=0。但是要想知道為什麼間隔這麼計算有點複雜。
我們要注意時空間隔的兩個事實。首先，「c」是光速，它是米和秒的單位轉換的基礎（或者浪和兩周）， 或任何你喜歡的距離和時間單位)。因此，1秒的間隔約為300，000公裡（一「光秒」），這是這裡與月間的大部分距離。結果表明：光的傳播速度來源於這個方程中的「c」。因此，光速是由空間和時間的性質決定（如明可夫斯基度所描述的一樣）。 是個不錯的消息。
第二，更重要的是它的負面影響：把事情搞砸了。它可以說是所有狹義相對論中的奇奇怪怪、難以理解的東西：時間膨脹、 長度收縮、孿生悖論、愛因斯坦的髮型和婚姻，所有的一切。特別是（這就是為什麼距離和持續時間之間的轉變是如此難理解的原因），如果d^2-(Ct)^2是 常數，當d增加時，t也增加。
這與常規距離有鮮明的對比，如果x^2y^2是常數，那麼x的增加就意味著y的減少。在大腦裡想像下這個畫面會更好理解。但你頭腦中的圖片沒有表現出相對性。
圖解：左邊：點離原點1的距離形成一個圓。這兩條藍線的長度是一樣的。右：點距原點1的時空間隔形成雙曲線。兩條紅線「長度」相同。此時，時間是垂直軸，而空間方向之一是水平軸。所以，如果你坐下思考，你會找到一條像第一條紅線那樣的小徑，如果你向右移動之前，你會找到一條像第二條紅線的路徑。
打起精神來，現在開始都是重點。最初的問題是，從地球的角度看，d=4光年長，以v=0.8c的速度，以t=5 y的速度旅行。使用「光單位」的好處是（光年、光秒等）更好地計算時間間隔。宇宙飛船發射和著陸之間的間隔為：
L^2=d^2+(ct)^2=(4)^2+(5)^2=16+25=9，所以間隔是L=3光年。
圖解：左邊：地球和外星（穿越的是時間不是空間）相隔4光年，而當v=0.8c時，向右行駛的宇宙飛船需要5年的時間才能來回飛行。
右邊：宇宙飛船距地球3年（穿越時間而不是空間），當v=0.8C時，地球和外星向左移動。
如普通的距離一樣，從每個角度看時空間隔的機會是相同的。從宇宙飛船的角度看，發射點就是著陸點。就是使火車上的自戀者：他們在同一地點上下火車，而世界卻圍繞他們。所以d=0，這只是一個時間流逝的問題：
3^2=-0^2+(ct)^2\Rightarrow 3^2=(ct)^2\Rightarrow 3=ct，所以t=3年是因為3光年除以光速是3年。
所以，就像轉頭改變你的視角一樣，改變物質的水平和垂直長度（同時保持總長度不變），通過以不同的速度移動來改變運動方向的長度和持續時間，從而轉變你的視角（同時保持相同的時空間隔）。
這就是時間膨脹（地球上的5年相當於宇宙飛船上的3年）。長度收縮比較難計算出。通常，你可以米尺（或英尺，取決於你住的地方），去測量長度。把它放在你想測量的物體旁就可以測量了。但是你經過物質時怎麼測量它的長度呢？ 用秒表就可以了。
你怎麼知道一公裡的標記是相隔一公裡的？因為當你以每小時60公裡的速度行駛時，你每分鐘會看到一輛車。
所以，就如原先問題提到的，你要花3年時間才能到達目的地，也就是在0.8C接近你，那麼它必須是3×0.8=2.4光年。注意，在上面的行星圖中，左邊是5光年，右邊是2.4光年（在太空方向水平上測量得出的）。
似乎長度收縮更為複雜，但事實並非如此。你可能思慮過多。畢竟，當你談論到「到某地的距離-某地是哪裡關係不大」時，你談論的是「現在和這裡」和「現在和那裡」之間的一個直線，但是若「未來的方向」是相對的，「現在」其實會有些小變動。 幸運的是，「時間乘以速度就是距離」可以幫助我們計算距離。
我們可以從幾個方面看待這個問題，但它們都歸根於同一個想法：視角不同會導致我們看待問題的方式不同。現實本身、空間、時間和太空人並沒有發生任何變化，但是我們如何看待它和如何與它互動並不完全遵循我們想像的規則。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3.askamathematician- Physicist
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