时空的均匀性公理：在欧氏空间光源的本征参照系中，单色光任意周期的时长与其时空位置无关。

该公理说明，在光源的本征参照系中时间流逝是均匀的。即是说明在欧氏空间的任意参照系中时间流逝的速率严格相等。根据“光速不变公理”，公理二也可以等价地表述如下：

在欧氏空间光源的本征参照系中，单色光任意周期的波长与其时空位置无关。

该表述说明，在欧氏空间中，空间是均匀的。“时空的均匀性公理”说明光具有卓越的守时性和稳定的空间关联性。人类自从发现了光的这一特性，光从此坐上了“时空计量标准”的宝座。因此，1967年第13届国际度量衡大会作出现行“秒”的定义。

秒：铯133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应的幅射的9192631770个周期的持续时间。

该定义事实上隐含了“公理二”成立，或者说该定义成立的前提是“公理二”成立。在后面我们将看到，“秒”的这一定义在不同空间都成立，并且不同空间中“秒”的时长相同。这说明时间是绝对的，与空间类型无关，与参照系无关。

上述利用铯133原子幅射确定的时间标准称作“原子时”。国际上还有一种利用地球公转确定的守时标准称作“世界时”。由于地球自转正在变慢，已经多次发生“润秒”。国际上对润秒的确定，一般都是根据原子时参考世界时作出的。这里必须指出，在理论上“世界时”是“相对标准”，其准确性与地球的公转密切相关。如果将地球以外的七大行星看作一个整体，这个整体的质量中心在地球公转轨道的前面时，地球公转将被加速，反之将减速，并且这一过程是不对称的；另外地球上的潮汐、季风、人流和物流，也必将致使地球自转速度减慢。

在理论上，“原子时”是“绝对标准”，它是宇宙赠与人类最好的时钟。在实践上，“原子时”的误差仅表现在产生辐射的铯原子的无规则热运动，造成“原子钟”接收到的频率(与本征频率相比)存在多普勒频移。该频移(宽度)虽然非常小，但是足以对钟的精度造成深远的影响。上述两种误差相比较，原子时的误差小很多，因此原子时的精度比世界时好很多。

1983年第17届国际计量大会作出现行“米”的定义。

米：1/299794258秒的时间间隔内光在真空中行程的长度。

同样，该定义成立的前提是“公理二”成立。在后面我们将看到，在不同类型空间中“米”的实际长度虽然不同，但是“米”的这一定义在不同的空间都成立。因为“米”和光速c是循环定义，“米”始终是光在1秒内行程的1/299794258，其中一个变长或变短，另一个也相应变长或变短。可以这样说，“时空计量标准”并不天生就是光，但光天生就是“时空计量标准”。由于光作为“时空计量标准”具有方便、科学、稳定的优点，可以断言，无论今后科技怎样发展，光的这一地位不可动摇、不可超越。不能设想，在茫茫宇宙之中，人类可以凭借一把米尺和一只钟去计量时空，因此光是人类最好、最稳定、最科学的“量天尺”和“计时钟”。

上面关于“秒”和“米”的定义，是欧氏空间的标准，也是引力场空间和介质空间的标准。因为，后面我们将看到，在非欧空间中这两个标准都无法修改。

由于“定义”中没有界定观察者的时空位置和运动状态，说明“秒”和“米”的值与时空无关，与观察者运动无关。利用光的性质定义“秒”和“米”，取代利用地球公转定义“秒”、利用实物的长度定义“米”，这是计量科学的巨大进步和成熟。它标志人类对时空的计量完成了从特殊到一般、从具体到抽象、从经验到科学的转变。利用光的性质定义“秒”和“米”是“时空学”产生的必要条件。

时间速率：若欧氏空间1“秒”的实际时长为t0，某空间1“秒”的实际时长为t0′，则t0′/t0称作该空间的时间速率。若t0′/t0＞1，则称该空间的时间速率比欧氏空间的时间速率快，反之则称比欧氏空间慢。

时间速率是表征空间中时间流逝快慢的物理量。若某空间的时间速率大，则该空间时间流逝快，反之则慢。根据“光速公理”，欧氏空间的时间速率恒等于1。后面将看到引力场空间和介质空间的时间速率也恒等于1。

空间密度：若欧氏空间1“米”的实际长度为L0，某空间某一点在某方向1“米”的实际长度为L0′，则L0′/L0称作该点在该空间该方向的空间密度。若L0′/L0＞1，称该空间该方向的空间密度小，反之则称空间密度大。(www.daowen.com)

空间密度是表征空间中相同性质点密集程度的物理量。若某空间的空间密度比较大，表示该空间中相同性质的点比较密集，即在该空间中，相同性质的点之间的距离小。反之，若某空间的空间密度小，则表示该空间中相同性质的点之间的距离大。比如狭义相对论认为，运动物体在其运动方向上的长度变短，意味着该方向(x轴)相同性质的点之间，距离比其他方向(y轴、z轴)相同性质的点的距离较小。借用狭义相对论的观点，按照空间密度的定义，就是运动物体在其运动方向的空间密度比其他方向的空间密度大。

根据“光速公理”，欧氏空间各个方向的空间密度恒等于1。

根据公理二和“秒”“米”的定义说明，在欧氏空间中时间速率和空间密度都是时空的不变量。即在欧氏空间中，时间速率和空间密度与时空位置和运动无关，即“秒”“米”的标准是相同的、不变的。因此“公理二”说明欧氏空间的时间速率和空间密度都是相同的。因此“公理二”称作“时空的均匀性公理”。

根据公理一和公理二，立刻可以得到如下推论：

推论：欧氏空间的计量公式为L=ct。

必须指出，如果没有公理一和公理二，公式L=ct不成立，因为该公式是不能用实践验证的。在实践中我们不能借助任何标准认定某一长度是另一长度的2倍、某一时长是另一时长的2倍，即使我们的时钟和尺子相当精准。我们只要承认时间和空间是均匀的，公式L=ct才成立；我们只有承认时间和空间是均匀的，公式L=ct在逻辑上就必然成立。反之，如果我们将公式L=ct设置为公理，则根据该公理立刻可以推论公理二成立。公理二是时空均匀性的理论表述；公式L=ct是时空均匀性的实践形式。由于公理二表述的逻辑性更强，因此本文的时空均匀性公理采用公理二的表述形式，将L=ct作为推论。

在运动学中，公式L=vt是基本公式。其中的L、t有着与时空学公式L=ct中的L、t相同的内涵，v是物体之间的相对速度。同样，只有在理论上承认L、t是均匀的，公式L=vt才可以在实践中验证。反之，如果某一理论认为时空是相对的，则公式L=vt在该理论中必然不成立。

空间的均匀性：如果空间中某方向上的任意两点的空间密度相同，则称该空间在该方向上是均匀的。反之，则称该空间在该方向上是不均匀的。

以上是一维空间均匀性的定义。

如果某空间在三个互相垂直的方向都是均匀的且空间密度都相等，则称该空间是均匀的。这是三维空间均匀性的定义。需要说明的是，如果某空间在三个互相垂直的方向分别都是均匀的但空间密度互不相等，则不能称该空间是均匀的，只能说该空间在这三个方向上分别是均匀的。如狭义相对论中洛伦兹变换描述的x′方向的空间密度和y′、z′方向的空间密度分别是均匀的，但彼此不等，因此狭义相对论中洛伦兹变换描述的运动物体所在空间密度不是均匀的。某些各向异性晶体的空间也不是均匀的，仅同一方向是均匀的。

可以证明，如果某空间在三个互相垂直的方向都是均匀的，但空间密度互不相等，则该空间在任意方向都是均匀的，且任意两个不同方向的空间密度都不相等(证明略)。如果某空间是均匀的，则该空间在任意方向都是均匀的，且空间密度也是相等的(证明略)。

各向同性：如果光速在某空间的各个方向都相等，则称该空间是各向同性的。

如果某空间是各向同性的，说明光速在该空间各个方向都相等，则在该空间各个方向的基本时间单位“秒”和基本长度单位“米”都相等，即时间速率和空间密度都相等，该空间是均匀的；反之，如果某空间是均匀的，说明该空间的时间速率和空间密度都相等，在该空间各个方向的基本时间单位“秒”和基本长度单位“米”都相等，因此一定是各向同性的。以上说明空间的均匀性和空间的各向同性互为充要条件，也可以理解为二者具有相同的内涵。

空间的均匀性体现了空间的一个重要性质：空间中的点是等价的，即空间中的点与其位置无关。