空间和时间的本质是什么？

空间和时间的本质是什么？这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。

哲学上，空间和时间的依存关系表达着事物的演化秩序。

时、空都是绝对概念，是存在的基本属性。但其测量数值却是相对于参照系而言的。

“时间”内涵是无尽永前；外延是各时刻顺序或各有限时段长短的测量数值。

“空间”内涵是无界永在，外延是各有限部份空间相对位置或大小的测量数值。

时、空、质在内涵上是既各自独立又相互联系着的三个绝对概念。时间公理、空间点分理、质量总体分理表达了它们的各自独立性，而空时关系分理和质空关系分理则表达了它们的相互联系性。空时关系分理和质空关系分理表明U=U(T)和M=M(U)，即空间所经历者为时间和质量所充满者为空间，就是说：“时空随质度”。质量是三要素中的原生要素，没有质量就没有空间，没有空间就没有时间，如果采用老子道德经的诗化描述，则有：原生质，质生空，空生时，时生万物。

时空质的外延部份涉及到其数值测度问题，其测度数值都是相对于参照系的，而且都只能够是近似值。测度时空质的数值是科学上要具体解决的问题。在爱恩斯坦以前是在虚拟静止参照系下分别测度的，具体了它们的各自独立性；爱恩斯坦增加了在实际运动参照系下的共尺测度方法，具体了它们的相互联系性。

伽利略相对性打破了牛顿的绝对空间概念。力学相对性原理（伽利略相对性）要求物体的运动规律中必定不含有绝对速度，亦即绝对速度是无法测定的，否定了牛顿绝对空间的存在。

牛顿曾经对绝对空间的不存在感到非常忧虑，因为与其绝对上帝的观念不一致。事实上，即使绝对空间的不存在隐含在其定律中，牛顿也会拒绝接受。因为这个非理性的信仰，牛顿受到许多人的严厉批评，最有名的是贝克莱，他是一个相信所有的物质实体、空间和时间都是虚妄的哲学家。

亚里士多德和牛顿都相信绝对时间，相信人们可以准确地测量两个事件之间的时间间隔。时间和空间是完全独立的。

相对论改变了空间和时间的观念，否定了绝对空间和绝对时间。引力的作用就在于使空时变成弯曲的，而不再是经典力学中的无限延伸的欧几里得几何的绝对空间和无限延伸的闵可夫斯基空间 。广义相对论揭示存在空间-时间客体，指出空间-时间的性质与物体运动相联系。

爱因斯坦提出了革命性的思想，即引力不像其他种类的力，空间-时间是由于其质量和能量的分布而扭曲，造成空间-时间结构不是平坦的事实。对空间-时间新的理解是宇宙观的革命。

量子论的发展，对时间概念提出了更根本的问题。量子论认为对于一个体系在过去可能存在于什么状态的判断结果，决定于在现今的测量中做怎样的选择。所以，除非一个体系的过去状态已经被记录，不能认为体系的历史是独立于现今的选择而存在于过去的时间中。这种现 在与过去之间的相互关系，与因果顺序概念十分不同，暗含于时间概念中的因果序列要求过去的存在不依赖现 在。量子论还表明，在10－33厘米、10－43秒这样小的时空尺度中，描写事件顺序的“前”“后”概念将失去意义。因此，用时间来描述事件发生的顺序，可能并不总是合用的。空间与时间是事物之间的一种次序，但并不一定是最基本的次序，它可能是更基本的次序的一种近似

量子理论对空间和时间理论的影响。20世纪初物理学从经典力学到量子理论的变革，对于空间和时间的观念同样引起了革命性的变化，也引起物理学界的窘迫。量子力学描述的系统的空间位置和动量、时间和能量无法同时精确测量，它们满足不确定度关系；经典轨道不再有精确的意义等，如何理解量子力学以及有关测量的实质，一直存在争论。20世纪末，关于量子纠缠、量子隐形传输、量子信息等的研究对于与时间–空间密切相关的因果性、定域性等重要概念，也带来新的问题和挑战。

另一方面，量子理论预示，在10－33厘米、10－43秒这样小的空间–时间尺度上，空间–时间的经典概念将不再适用。要解决这个问题，必须建立理论上自洽的量子引力理论，即量子时空理论。然而，量子理论和广义相对论如何结合一直未解决。一个或许有希望的候选者是超弦理论或M理论。可是，在量子意义上自洽的超弦理论或M理论，只能在一维时间–九维空间或一维时间–十维空间上实现。这就引起一些深刻的问题：如何回到一维时间–三维空间。

为何现实的空间是三维的，时间是一维的，或许宇宙仅仅是高维时空中的“一片”（可称之为“膜”）。然而，从高维空间–时间回到四维空间–时间显然有不止一种方法。那么，在“膜”宇宙之外，是否可能存在其他的“膜”宇宙？在宇宙产生于大爆炸之前，是否还会有其他的阶段等。这些问题的研究和解决，与暗物质、暗能量，以及宇宙常数等问题都有着密切的联系