通常，為確定一物體的大小，要知其形狀和尺寸。

    對于長方體，知其長、寬和高，利用歐幾里得幾何的公式就可計算其體積，只要知道它相對于另一個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)系和一維時間坐標(biāo)的概念。物體的運(yùn)動性質(zhì)和規(guī)律，與采用怎樣的空間坐標(biāo)系和時間坐標(biāo)來度量有著密切的關(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(yùn)動無關(guān)的。相對于絕對空間的靜止或勻速直線運(yùn)動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，任意一個物體對于不同的慣性坐標(biāo)系的空間坐標(biāo)量和時間坐標(biāo)量之間滿足伽利略變換。在這組變換下，位置、速度是相對的；空間長度、時間間隔、運(yùn)動物體的加速度是絕對的或不變的。時間測量中的同時性也是不變的；相對于某一個慣性參照系的兩個事件是否同時發(fā)生是不變的。相對于某一個慣性參照系同時發(fā)生的兩個事件，相對于某一個慣性參照系同時發(fā)生的兩個事件，相對于其他慣性參照系也必定是同時的，稱為同時性的絕對性。牛頓力學(xué)的所有規(guī)律，包括萬有引力定律，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，不變性與守恒律密切相關(guān)。運(yùn)動物體在伽利略變換下的時間平移不變性，對應(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)動不變性，對應(yīng)于該物體的動量守恒和角動量守恒。

    如果存在絕對空間，物體相對于絕對空間的運(yùn)動就應(yīng)當(dāng)是可以測量的。這相當(dāng)于要求某些力學(xué)運(yùn)動定律中應(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空間。

    根據(jù)這類變換，尺的長度和時間間隔（即鐘的快慢）都不是不變的；高速運(yùn)動的尺相對于靜止的尺變短，高速運(yùn)動的鐘相對于靜止的鐘變慢。

    同時性也不再是不變的（或絕對的）；對某一個慣性參照系同時發(fā)生的兩個事件，對另一個高速運(yùn)動的慣性參照系就不是同時發(fā)生的。

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

    狹義相對性原理要求所有的物理規(guī)律對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事實(shí)。

    按照廣義相對論，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，只在任意時空點(diǎn)存在局部慣性系；不同時空點(diǎn)的局部慣性系之間，通過慣性力或引力相互聯(lián)系。存在慣性力的時空仍然是平直的四維閔科夫斯基時空。

    存在引力場的時空，不再平直，是四維彎曲時空，其幾何性質(zhì)由度規(guī)具有符號差的四維黎曼幾何描述。時空的彎曲程度由在其中物質(zhì)（物體或場）及其運(yùn)動的能量-動量張量，通過引力場方程來確定。

    在廣義相對論中，時間-空間不再僅僅是物體或場運(yùn)動的“舞臺”，彎曲時間-空間本身就是引力場。表征引力的時間-空間的性質(zhì)與在其中運(yùn)動的物體和場的性質(zhì)是密切相關(guān)的。

    一方面，物體和場運(yùn)動的能量-動量作為引力場的源，通過場方程確定引力場的強(qiáng)度，即時空的彎曲程度；另一方面，彎曲時空的幾何性質(zhì)也決定在其中運(yùn)動的物體和場的運(yùn)動性質(zhì)。

    如太陽作為引力場的源，其質(zhì)量使得太陽所在的時空發(fā)生彎曲，其彎曲程度表征太陽引力場的強(qiáng)度。最鄰近太陽的水星的運(yùn)動軌跡受的影響最大，經(jīng)過太陽邊緣的星光也會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，等等。

    廣義相對論提出不久，天文觀測就表明，廣義相對論的理論計算與觀測結(jié)果是一致的。

    對于空間和時間的認(rèn)識，一直與宇宙的認(rèn)識密切相關(guān)?，F(xiàn)代宇宙論以宇宙學(xué)原理和愛因斯坦引力場方程為基礎(chǔ)。

    宇宙學(xué)原理認(rèn)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。

    量子力學(xué)描述的系統(tǒng)的空間位置和動量、時間和能量無法同時精確測量，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)測量的實(shí)質(zhì)，一直存在爭論。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于時間-空間密切相關(guān)的因果性、定域性等重要概念，也帶來新的問題和挑戰(zhàn)。

    量子力學(xué)與狹義相對論的結(jié)合導(dǎo)致的量子電動力學(xué)、量子場論、電弱統(tǒng)一模型，包括描述強(qiáng)作用的量子色動力學(xué)在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)模型，雖然取得很大成功，但也帶來一些挑戰(zhàn)性的疑難。在深刻改變著一些有關(guān)時間-空間的重要概念的同時，也帶來了一些原則問題。

    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)對于真空的認(rèn)識。

    在此基礎(chǔ)上，量子電動力學(xué)的微擾論計算可給出與實(shí)驗(yàn)精密符合的結(jié)果，然而這個微擾展開卻是不合理的。對稱性破缺的機(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)值卻比天文觀測的宇宙學(xué)常數(shù)大了幾十到一百多個數(shù)量級。(未完待續(xù)。)