通常，為確定一物體的大小，要知其形狀和尺寸。

　　對(duì)于長(zhǎng)方體，知其長(zhǎng)、寬和高，利用歐幾里得幾何的公式就可計(jì)算其體積，只要知道它相對(duì)于另一個(gè)可忽略大小的靜止參照物的上下、左右和前后距離，同樣利用歐幾里得幾何就夠了。

　　描述運(yùn)動(dòng)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(biāo)系和一維時(shí)間坐標(biāo)的概念。物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和規(guī)律，與采用怎樣的空間坐標(biāo)系和時(shí)間坐標(biāo)來(lái)度量有著密切的關(guān)系。為了確定慣性系，L.牛頓抽象出三位絕對(duì)空間和一位絕對(duì)時(shí)間的觀念。絕對(duì)空間滿足三維歐幾里得幾何，絕對(duì)時(shí)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(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的。相對(duì)于絕對(duì)空間的靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體為參照物的坐標(biāo)系，才是慣性系。

　　在經(jīng)典力學(xué)中，任意一個(gè)物體對(duì)于不同的慣性坐標(biāo)系的空間坐標(biāo)量和時(shí)間坐標(biāo)量之間滿足伽利略變換。在這組變換下，位置、速度是相對(duì)的；空間長(zhǎng)度、時(shí)間間隔、運(yùn)動(dòng)物體的加速度是絕對(duì)的或不變的。時(shí)間測(cè)量中的同時(shí)性也是不變的；相對(duì)于某一個(gè)慣性參照系的兩個(gè)事件是否同時(shí)發(fā)生是不變的。相對(duì)于某一個(gè)慣性參照系同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，相對(duì)于某一個(gè)慣性參照系同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，相對(duì)于其他慣性參照系也必定是同時(shí)的，稱為同時(shí)性的絕對(duì)性。牛頓力學(xué)的所有規(guī)律，包括萬(wàn)有引力定律，在伽利略變換下其形式是不變的。這一點(diǎn)可以抽象為伽利略相對(duì)性原理；力學(xué)規(guī)律在慣性參照系的變換下形式不變。同時(shí)，不變性與守恒律密切相關(guān)。運(yùn)動(dòng)物體在伽利略變換下的時(shí)間平移不變性，對(duì)應(yīng)于該物體的能量守恒；在伽利略變換下的空間平移和空間轉(zhuǎn)動(dòng)不變性，對(duì)應(yīng)于該物體的動(dòng)量守恒和角動(dòng)量守恒。

　　如果存在絕對(duì)空間，物體相對(duì)于絕對(duì)空間的運(yùn)動(dòng)就應(yīng)當(dāng)是可以測(cè)量的。這相當(dāng)于要求某些力學(xué)運(yùn)動(dòng)定律中應(yīng)含有絕度速度。但是，在科學(xué)規(guī)律中并不含絕對(duì)速度。換言之，末世科學(xué)定律的正確性，并不要求一定存在絕對(duì)空間。

　　根據(jù)這類變換，尺的長(zhǎng)度和時(shí)間間隔都不是不變的；高速運(yùn)動(dòng)的尺相對(duì)于靜止的尺變短，高速運(yùn)動(dòng)的鐘相對(duì)于靜止的鐘變慢。

　　同時(shí)性也不再是不變的；對(duì)某一個(gè)慣性參照系同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)另一個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的慣性參照系就不是同時(shí)發(fā)生的。

　　在狹義相對(duì)論中，光速是不變量，因而時(shí)間-空間間隔亦是不變量；一些慣性系之間，除了對(duì)應(yīng)于時(shí)間平移和空間平移不變性的能量守恒和動(dòng)量守恒之外，還存在時(shí)間-空間平移不變性；因而，存在能量-動(dòng)量守恒律。根據(jù)這一守恒律，可導(dǎo)出質(zhì)量-能量關(guān)系式。這個(gè)關(guān)系在原子物理與原子核物理中極為基本。

　　狹義相對(duì)性原理要求所有的物理規(guī)律對(duì)于慣性參考系具有相同的形式。然而，把引力定律納入這一要求并不符合觀測(cè)事實(shí)。

　　按照廣義相對(duì)論，如果考慮到物體之間的慣性力或引力相互作用，就不存在大范圍的慣性參照系，只在任意時(shí)空點(diǎn)存在局部慣性系；不同時(shí)空點(diǎn)的局部慣性系之間，通過(guò)慣性力或引力相互聯(lián)系。存在慣性力的時(shí)空仍然是平直的四維閔科夫斯基時(shí)空。

　　存在引力場(chǎng)的時(shí)空，不再平直，是四維彎曲時(shí)空，其幾何性質(zhì)由度規(guī)具有符號(hào)差的四維黎曼幾何描述。時(shí)空的彎曲程度由在其中物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)的能量-動(dòng)量張量，通過(guò)引力場(chǎng)方程來(lái)確定。

　　在廣義相對(duì)論中，時(shí)間-空間不再僅僅是物體或場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的“舞臺(tái)”，彎曲時(shí)間-空間本身就是引力場(chǎng)。表征引力的時(shí)間-空間的性質(zhì)與在其中運(yùn)動(dòng)的物體和場(chǎng)的性質(zhì)是密切相關(guān)的。

　　一方面，物體和場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的能量-動(dòng)量作為引力場(chǎng)的源，通過(guò)場(chǎng)方程確定引力場(chǎng)的強(qiáng)度，即時(shí)空的彎曲程度；另一方面，彎曲時(shí)空的幾何性質(zhì)也決定在其中運(yùn)動(dòng)的物體和場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。

　　如太陽(yáng)作為引力場(chǎng)的源，其質(zhì)量使得太陽(yáng)所在的時(shí)空發(fā)生彎曲，其彎曲程度表征太陽(yáng)引力場(chǎng)的強(qiáng)度。最鄰近太陽(yáng)的水星的運(yùn)動(dòng)軌跡受的影響最大，經(jīng)過(guò)太陽(yáng)邊緣的星光也會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，等等。

　　廣義相對(duì)論提出不久，天文觀測(cè)就表明，廣義相對(duì)論的理論計(jì)算與觀測(cè)結(jié)果是一致的。

　　對(duì)于空間和時(shí)間的認(rèn)識(shí)，一直與宇宙的認(rèn)識(shí)密切相關(guān)。現(xiàn)代宇宙論以宇宙學(xué)原理和愛(ài)因斯坦引力場(chǎng)方程為基礎(chǔ)。

　　宇宙學(xué)原理認(rèn)為，宇宙作為一個(gè)整體，在時(shí)間上是演化的，即有時(shí)間箭頭，在空間上是均勻各向同性的。

　　量子力學(xué)描述的系統(tǒng)的空間位置和動(dòng)量、時(shí)間和能量無(wú)法同時(shí)精確測(cè)量，他們滿足不確定度關(guān)系；經(jīng)典軌道不再有精確的意義等，如何理解量子力學(xué)以及有關(guān)測(cè)量的實(shí)質(zhì)，一直存在爭(zhēng)論。在末世之中，關(guān)于量子糾纏、量子隱形傳輸、量子信息等的研究對(duì)于時(shí)間-空間密切相關(guān)的因果性、定域性等重要概念，也帶來(lái)新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

　　量子力學(xué)與狹義相對(duì)論的結(jié)合導(dǎo)致的量子電動(dòng)力學(xué)、量子場(chǎng)論、電弱統(tǒng)一模型，包括描述強(qiáng)作用的量子色動(dòng)力學(xué)在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)模型，雖然取得很大成功，但也帶來(lái)一些挑戰(zhàn)性的疑難。在深刻改變著一些有關(guān)時(shí)間-空間的重要概念的同時(shí)，也帶來(lái)了一些原則問(wèn)題。

　　如真空不空、存在著零點(diǎn)能和真空漲落，大大改變了物理學(xué)對(duì)于真空的認(rèn)識(shí)。

　　在此基礎(chǔ)上，量子電動(dòng)力學(xué)的微擾論計(jì)算可給出與實(shí)驗(yàn)精密符合的結(jié)果，然而這個(gè)微擾展開(kāi)卻是不合理的。對(duì)稱性破缺的機(jī)制使傳遞弱作用的中間玻色子獲得質(zhì)量，然而黑格斯場(chǎng)的真空期望值和前面提到的零點(diǎn)能，在一定意義上相當(dāng)于宇宙常熟，其數(shù)值卻比天文觀測(cè)的宇宙學(xué)常數(shù)大了幾十到一百多個(gè)數(shù)量級(jí)。


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