Към фигурата: Времето се измерва вертикално, а разстоянието от наблюдателя се измерва хоризонтално. Пътят на наблюдателя през пространството и времето е показан с вертикалната линия отляво. Пътят на светлинните лъчи към и от събитието представляват диагоналите
В наши дни прилагаме именно този метод за точно измерване на разстояния, защото измерваме много по-точно времето, отколкото дължината. Фактически дефиницията за метър е разстоянието, изминато от светлината за 3,335640952×109 секунди, измерени с цезиев часовник. (Причината числото да е точно такова е, че то съответствува на историческата дефиниция на метъра — разстоянието между две чертички върху пръчка от платиново-иридиева сплав, която се съхранява в Париж.) Можем да използваме и по-удобната нова единица за дължина, наречена светлинна секунда. Нейната дефиниция е просто разстоянието, изминато от светлината за една секунда. В теорията на относителността вече определяме разстоянието чрез времето и скоростта на светлината, откъдето следва автоматично, че за всеки наблюдател измерената скорост на светлината ще е една и съща (по дефиниция 1 метър за 3,335640952×109 секунди). Няма нужда да въвеждаме представата за етер, чието присъствие така или иначе не може да се установи, както показа експериментът на Майкелсън — Морли. Теорията на относителността обаче ни принуждава да изменим коренно нашите представи за пространство и време. Трябва да приемем, че времето не е напълно отделно и независимо от пространството, а е обединено с него и образува тъй нареченото пространство-време.
Както знаем, положението на точка в пространството се описва с помощта на три числа или координати. Така например можем да кажем, че точка в стаята е на седем фута от едната стена, на три от другата и на пет над пода. Или да посочим, че една точка е на определена географска ширина и дължина и на определена височина над морското равнище. Човек е свободен да използва кои да са три подходящи координати, макар те да имат само ограничена валидност. Положението на Луната не може да се даде в термини мили северно или мили западно от „Пикадили съркъс“ и футове над морското равнище. Вместо това трябва да го опишем в термини разстояние от Слънцето, разстояние от орбиталната равнина на планетите и ъгъл между правата, свързваща Луната и Слънцето, и правата между Слънцето и една съседна звезда, например Алфа от Центавър. Но дори и тези координати няма много да ни помогнат да опишем положението на Слънцето в нашата Галактика или положението на нашата Галактика в местната група галактики. На практика човек може да опише цялата Вселена с помощта на колекция от припокриващи се кръпки. Във всяка от тях можем да използваме различно множество от три координати, за да зададем положението на една точка.
Събитието е нещо, което се случва в конкретна точка в пространството в конкретен момент. Поради това можем да го зададем с четири числа или координати. И в този случай изборът на координати пак е произволен; можем да използваме кои да са три добре дефинирани пространствени координати и каква да е мярка за време. В теорията на относителността няма фактическо разграничение между пространствените и времевите координати, също както няма фактическа разлика между кои да са две пространствени координати. Можем да изберем и друга координатна система, в която, да кажем, първата пространствена координата е комбинация от старите първа и втора пространствени координати. Например вместо да измерваме положението на една точка върху Земята в мили северно от „Пикадили“ и мили западно от „Пикадили“, да използваме мили североизточно от „Пикадили“ и мили северозападно от „Пикадили“. По същия начин в теорията на относителността можем да използваме нова времева координата, която да е старата (в секунди) плюс разстоянието (в светлинни секунди) северно от „Пикадили“.
Добре е да си представяме четирите координати на едно събитие като координати, задаващи положението му в четири-мерно пространство, наречено пространство-време. Невъзможно е да си представим едно четиримерно пространство. На мен самия ми е достатъчно трудно да си представя дори тримерно-то! Но можем лесно да начертаем схеми на двумерни пространства — например на земната повърхност. (Земната повърхност е двумерна, понеже положението на една точка може да се зададе с две координати — географска ширина и дължина.) Аз ще използвам схеми, в които времето нараства нагоре, а едно от пространствените измерения е показано хоризонтално. Другите две пространствени измерения са пренебрегнати или понякога едното от тях е дадено в перспектива. (Те се наричат пространствено-времеви диаграми, каквато е например фиг. 2.1). На фиг. 2.2 например времето се измерва нагоре в години, а разстоянието по правата от Слънцето до Алфа от Центавър се измерва хоризонтално в мили. Пътят на Слънцето и на Алфа от Центавър през пространство-времето е показан с вертикални линии отляво и отдясно на диаграмата. Един светлинен лъч от Слънцето се движи по диагонала и за да стигне от Слънцето до Алфа от Центавър, са му необходими четири години.