时空

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時空是一種基本概念，分別屬於物理學、天文學、空間物理學和哲學。並且也是這幾個學科最重要的最基本的概念之一。

空間在力學和物理學上，是描述物體以及其運動的位置、形狀和方向等抽象概念；而時間則是描述運動之持續性，事件發生之順序等。時空的特性，主要就是通過物體，其運動以及與其他物體的相互作用之間的各種關係之匯總。

概述

時間和空間是人類文明最為古老的概念之一。可追溯至遠古時期，人類的耕作、放牧等日常勞動都需要測量土地、順天時，這就產生了最基礎的時空概念以及度量方法。古代就有「上下四方謂之宇，往古來今謂之宙」的說法。這裡的「宇宙」也就是時空的理念。這也就是誕生了最原始的一維時間和三維空間，並發展同宇宙產生聯繫。

近代科學，無處不涉及時空的概念和測量方法，特別是文藝復興以來，經典力學、物理學和天文學在對時空的認知上基本可以分為兩條不同但相交的線索：

其一，以牛頓和麥克斯韋的重要理論——經典力學和經典電磁學為代表的時間-空間概念，經歷愛因斯坦的狹義、廣義相對論，再到現代宇宙論。

其二，從牛頓力學經過量子理論、量子力學以及量子場理論，再到量子引力、超弦或M理論。

但物理學對於時空的認識還存在不少基本問題尚待解決，還需要進一步完善和發展。

絕對時空

通常，為確定一物體的大小，要知其形狀和尺寸。

對於長方體，知其長、寬和高，利用歐幾里得幾何的公式就可計算其體積，只要知道它相對於另一個可忽略大小的靜止參照物的上下、左右和前後距離，同樣利用歐幾里得幾何就夠了。

描述運動物體的瞬間位置還不夠，還需要知道瞬間的速度和加速度。由此，可抽象出三維空間坐標系和一維時間坐標的概念。物體的運動性質和規律，與採用怎樣的空間坐標系和時間坐標來度量有着密切的關係。為了確定慣性系，L.牛頓抽象出三位絕對空間和一位絕對時間的觀念。絕對空間滿足三維歐幾里得幾何，絕對時間均勻流逝，它們的本性是與在其中的任何具體物體及其運動無關的。相對於絕對空間的靜止或勻速直線運動的物體為參照物的坐標系，才是慣性系。

相對時空

20世紀初，A.愛因斯坦提出了狹義相對論，擴展了伽利略相對性原理，不僅要求力學規律在不同慣性參照系中具有同樣形式，而且要求其他物理規律在不同慣性參照系中也具有同樣的形式。

愛因斯坦還假定在不同慣性參考系中單程光速C是不變的。據此，不同慣性系的空間坐標和時間坐標之間不再遵從伽利略變換，而是遵從非齊次洛倫茲變換。

宇宙的整體性

對於空間和時間的認識，一直與宇宙的認識密切相關。現代宇宙論以宇宙學原理和愛因斯坦引力場方程為基礎。

宇宙學原理認為，宇宙作為一個整體，在時間上是演化的，即有時間箭頭，在空間上是均勻各向同性的。

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