对于任一物理事件E，观察者R都可以给出一个描述D，最“贫乏”（信息最少、最基本，但也最量化）的描述就是时空位置描述P。

两个观察者R和R'对同一事件E的时空位置描述分别记为P，P'，如果存在一个变换T使P'=T(P)，则称T为时空变换。

如果有三个观察者R₁，R₂，R₃对同一事件E的时空位置描述分别为P₁，P₂，P₃，R₁到R₂的时空变换为T₁₂，R₂到R₃的变换为T₂₃，R₁到R₃的时空变换为T₁₃，则T₁₃=T₁₂*T₂₃，所有这些变换T的总和构成一个“变换群”。

如果观察者R对物理事件集Es的一个描述为D=f{Ps}，则称D为该观察者的一个“物理量”，f为该观察者的一个“物理定律”。

如果对于观察者R'，D=f{T(Ps)}也成立，则称D为“协变的物理量”，f为“协变的物理定律”。

举个例子，令D为两个事件的四维距离，定义为D=f(P₁,P₂)=sqrt(c²(t₁-t₂)²-(x₁-x₂)²-(y₁-y₂)²-(z₁-z₂)²)。在P1,P2进行T变换后仍然成立D=f(T(P₁),T(P₂))。这样，四维距离的表达式就是一个协变的物理定律，而四维距离就是一个协变的物理量。

用集合论的语言来表达就是：物理量和物理定律都是定义在物理事件集合上的一种“关系”。当物理事件集的时空描述被时空变换映射为另一个时空描述时，事件集上的这种“关系”保持不变。只有这种不变的“关系”才配得上被称为“物理定律”——与观察者无关的客观内在联系。两事件的“因果关系”是物理定律，两事件的“同时关系”不是物理定律。后者不过是观察者为方便起见而引入的辅助定义。

现存物理学中并非所有的物理量和物理定律都是时空变换协变的。在时空变换思想出现后，就出现了一种思潮：物理量的定义和物理定律的数学形式都应当——而且能够——被改造成协变的。这样，在应用时就不必时刻提醒自己这是对哪一个观察者有效的物理量，是对哪一个观察者成立的物理定律。

实际上，麦克斯维方程在伽利略时空变换下就不是协变的，而牛顿力学方程在伽利略变换下则是协变的；在洛仑兹变换下两者正好相反。面对这一矛盾，只有两条出路：要么修改电磁学中物理量的定义和电磁规律的数学形式，使之在伽利略变换下协变；要么修改牛顿力学中物理量的定义和力学定律的数学形式，使之在洛仑兹变换下协变。

究竟如何选择？只有实验！迈莫实验的初衷就是为了找到使电磁学成立的特殊参照系。因为电磁学对伽氏变换不协变，就不能象牛顿力学那样对所有参照系成立。可是，实验表明电磁学对所有参照系成立，以太不存在，天平倒向了洛仑兹变换，必须改造牛顿力学！

我们仍可以按习惯使用非协变的物理量如“三维距离”“能量”“三维动量”。但按洛仑兹协变要求改造后的“四维距离”“四维动量”要优美、深刻得多，它们是我们进一步探究物质世界的优秀工具。

由于物理定律总可以使用协变形式来表达，其实也就等同于物理定律的参照系无关性——参照系平权（不仅仅是惯性系平权！）。当然，在逻辑上应当是反过来的，因为我们深信“参照系平权”，所以“物理定律必然存在协变形式”（参照系无关的形式）。这就回答了黄德民的问题。