時空

ニュートン力学(古典力学)の時代は、空間とはx-y-z軸が違いに独立する3次元ユークリッド空間であり、時間はそれらとは別に存在していた。

やがてアインシュタインが特殊相対性理論を発表すると、この時間と空間の概念は一変した。特殊相対性理論は(相対)速度が光速に近くなった場合の慣性系における物理現象を説明し、この場合、ニュートン時空の時代のガリレイ変換ではなく、時間と空間が入り交じったローレンツ変換が必要であることを説明した。

更にアインシュタインの一般相対性理論では、時空は物質の存在によって歪み、この歪みこそが重力であると説明した。

この二つの相対性理論は観測事実であり、正しさが実証されていることから現在の物理学では標準理論として受け入れられているが、現在ではさらに標準理論を超えるための新たな理論も模索されている。

現在の物理学においては、時間と空間は概念的に同一視され、互いに相対するものと説明される。

例えば、我々がいる空間は縦・横・高さのある3次元空間である。

さて、これに進行方向が一方通行の軸として時間を足すと、時間の向きに空間が広がってゆく4次元空間と考えることもできる。1軸が時間であるのでこれを4次元時空といい、我々はこの4次元時空にいると考えることができる。

なお、標準理論を超える新たな理論である場の理論やその後の超弦理論では9次元空間+時間で10次元の時空の存在を要求し、M理論ではさらに1次元増えて11次元を要している。つまり、M理論においてはこの世は11次元であるとしている。