当时的困境
1905 年爱因斯坦的狭义相对论解决了物理问题，却留下一个表述上的负担。
他的论证是这样进行的：设想两个观察者，各自带着尺和钟；规定用光信号对钟的程序；推出运动的钟走得慢、运动的尺缩短、同时性依赖于参考系。每一步都是关于具体测量的推理，读起来相当繁琐，而且每个新问题都要从头再设想一遍观察者、尺和钟。
更麻烦的是它显得任意。为什么偏偏是这样一组变换公式？洛伦兹变换的形式当时看起来像是从麦克斯韦方程凑出来的一个技术性结果，而不是某种更基本的东西。
庞加莱 1905 年已经注意到这些变换构成一个群，并找出了它保持不变的那个二次型。但他把它当作数学结构，物理上仍然坚持以太的存在。
洞见时刻
1908 年 9 月 21 日，闵可夫斯基在科隆的德国自然科学家大会上开场就说：从此以后，孤立的空间与孤立的时间注定要消失成影子，只有两者的某种结合才能保持独立的实在。
他做的事在记号上简单得像个约定：把时间也当作一个坐标，与三个空间坐标并列，构成四维空间。
关键在这个空间的”距离”怎么定义。欧几里得空间里，距离平方是各分量平方之和；闵可夫斯基发现，狭义相对论要求的是符号不同的组合——时间项与空间项反号：
这个组合的各个分量因观察者而异：你测的时间间隔与我不同，你测的距离与我也不同。但组合起来的这个数对所有人相同。
于是狭义相对论的全部内容变成一句话：物理定律在保持这个间隔不变的变换下形式不变。而那些变换，就是这个四维空间里的”转动”。
洛伦兹变换不再是一组奇怪的公式，而是转动的一种。钟慢与尺缩不再需要逐个设想观察者去推导，它们成了”同一个四维矢量在不同坐标系下投影不同”——就像同一根棍子在不同角度的影子长短不同。
那个反号还带来一个欧氏几何没有的结构：间隔可以是正的、负的或零。正的（类时）表示两个事件之间可以有因果联系；负的（类空）表示不可能；零表示恰好由光连接。因果结构因此成了时空的几何性质，光锥把每个事件的”可能影响的未来”与”可能被影响的过去”分开。
涟漪效应
爱因斯坦最初不领情。他把四维形式称作”多余的博学”，觉得那是数学家给物理穿上不必要的外衣。
他很快改了主意。1907 到 1915 年他为广义相对论苦战八年，最难的一关正是数学：他需要描述弯曲时空的工具。闵可夫斯基的平直四维时空是它的特例，也是入门的台阶——广义相对论的核心陈述”引力是时空的曲率”，只有在把时空当作一个几何对象之后才说得出口。
1915 年的场方程写出来时，用的完全是这套语言。爱因斯坦后来公开承认：没有闵可夫斯基的四维表述，广义相对论也许至今还困在襁褓里。
粒子物理接手了同一套记号。四维动量、四维流、指标缩并、度规张量——今天写下的每一个相对论性表达式都在这个框架里。费曼图的每一条线携带的是四维动量，守恒律写成四维形式后自动包含能量与动量两条。
如果没有它
时空这个词今天已经进入日常语言，但它的具体内容是可测量的。
GPS 卫星上的钟因为运动而变慢（狭义相对论）、因为处在较弱引力场而变快（广义相对论），两项加起来每天净快约 38 微秒；不修正的话定位误差每天累积超过十公里。这两项修正在四维语言里是同一件事的两面。
LIGO 探测到的引力波是时空几何本身的波动——只有把时空当作一个有几何的实体，“波动”才有意义。2019 年拍到的黑洞照片，那个暗区的边界是时空因果结构的边界。
而在最前沿，量子引力的核心困难恰恰是：闵可夫斯基把时空变成了舞台，广义相对论把舞台变成了演员，而量子力学至今不知道该怎么让一个演员同时处在叠加态。