زمان به مفهوم متداول یعنی «چه وقت» ، و نیز «کجا» به معنای تعیین مکان یا موقعیت در فضاست. مفهوم کلمه فضا بطور مطلق غیر قابل ادراک است. از نظر یک عامل خرید و فروش املاک ، فضا چیزی است که او حدود آن را به صورت یک قطعه زمین تعیین می‌کند و به فروش می‌رساند. در نزد علاقمندان به اکتشافات فضایی ، فضا چیزی است که به بیرون از مرزهای سیاره ما امتداد می‌یابد. بطور عادی نمی‌توانیم فضا را تصور کنیم، گرایش ما چنین است که مفهوم فضا را ، با توجه به استنباط تجربی خود به اشیای مادی ارتباط دهیم.

ما فراگرفته‌ایم که به هنگام بحث درباره فضا از آن به صورت نشانه‌های مرتبط با موقعیت نسبی اجسام صحبت کنیم. برحسب چنین تعبیرهایی ، فضا به شکل مفهوم فیزیکی تلقی می‌شود و به مشاهده‌هایی منحصر می‌شود که اشیای مادی مواضع مختلف را اشغال می‌کنند. این طرز تلقی از فضا ، هنگامی ‌که موقعیت همه اجسام را نسبت به یک جسم ، مثلا زمین ، تعیین کنیم، موجه است. چنین برداشتی از فضا باعث شده است که هندسه اقلیدسی ، برای مقاصد علمی‌ متعددی مناسب به نظر آید و نقطه ، خط راست و صفحه اغلب به عنوان سرشتی بدیهی پذیرفته شود.

تصور همزمانی

در مکانیک عادی به نظر می‌رسد که هر رویدادی بوسیله مکان (ارتباط موقعیت Position relationship) و زمان (ارتباط زمانی Temporal relationship) مشخص می‌شود. به فضای دو بعدی و سه بعدی(هندسه) مفهوم اجتناب‌ناپذیر زمان هم اضافه شد. اما فضا باز هم می‌تواند به عنوان بعدی کاملا مستقل و قابل استفاده در فیزیک کلاسیک ، پذیرفتنی باشد. این تلفیق ، به دلیل آنچه اینک به مثابه تصور همزمانی خوانده می‌شود، مقدور بود. یعنی هنگامی‌ که خبر یک رویداد (مثلا حرکت یک سیاره) را به کمک نور ، بطور آنی دریافت می‌کنیم، اینطور می‌فهمیم که رویداد یا شده در اینجا و هم اکنون رخ داده است.

رد تصور همزمانی

کشف قوانین الکترو دینامیک، اعتقاد به این همزمانی مطلق را برهم زد. ماکسول ، فیزیکدان اسکاتلندی قرن نوزدهم ، پی برد که آشفتگی‌ها در میدان الکترومغناطیسی با سرعتی معین ، یعنی سرعت نور حرکت می‌کنند و این حرکت از طول موج آنها مستقل است. نور حالت خاصی از تمام آشفتگی‌هایی است که پدیده موجی به شمار می‌آیند.

هنریش هرتز، فیزیکدان آلمانی ، بعدا کشف کرد که آشفتگیهای الکتریکی عادی ، یعنی جرقه‌ها ، می‌توانند در فواصل اندک ، میدان الکتریکی تولید کنند. این موضوع منجر به آشکارسازی و انتقال امواج رادیویی با طول موجهای گوناگون شد که امواج بلند بکار رفته در تلگراف و امواج کوتاه تلویزیونی و رادار را دربر می‌گیرد. خاصیت اساسی تابش الکترومغناطیسی، علاوه بر طول موج ، فرکانس آن ، یعنی تعداد نوسانهای موج در هر ثانیه است. واحد اندازه‌گیری فرکانس ، هرتز (دور در ثانیه) است.

تعیین فاصله به کمک نور

به کمک رادار روشی برای اندازه‌گیری فاصله فراهم شده است که در آن به معیار و سنجه نیازی نیست. آنچه باید انجام شود، عبارت از اندازه‌گیری زمان لازم و آنگاه ضرب کردن آن در مقداری ثابت ، یعنی سرعت نور ، است. به بیان دیگر ، یک پرتو کوتاه موجی را به سوی هدفی که می‌خواهند فاصله آن را مشخص کنند، ارسال می‌دارند. پرتو یاد شده بعد از برخورد به هدف دوباره بازتابیده می‌شود.

حال اندازه‌گیری فاصله با توجه به زمان طی شده از لحظه ارسال پرتو موجی به طرف هدف و لحظه دریافت بازتابش صورت می‌گیرد. از آنجا که می‌دانیم امواج رادیویی با سرعت نور حرکت می‌کنند، لذا زمان طی شده برحسب ثانیه را در سرعت نور (300000 کیلومتر در ثانیه) ضرب کرده و عدد حاصل را به دو تقسیم می‌کنند. به این صورت فاصله هدف یا شی مورد نظر به آسانی حاصل می‌شود.

سخن آخر

در امور روزمره زندگی ، از قبیل تعیین وقت یک مسابقه ، یا نصب راداری برای تعیین سرعت اتومبیلها ، نور نقش چندانی ندارد، اما با در نظر گرفتن ماهیت عالم ، چنین جنبه‌هایی از زمان و فاصله اهمیت پیدا می‌کند. همین که می‌فهمیم زمان و فاصله یکی هستند، آنگاه متوجه خواهیم شد ستاره‌ای که می‌بینیم، پدیده‌های مربوط به اینجا و زمان حال نیست، بلکه نور آن پس از میلیاردها سال طی طریق به ما رسیده است.

بنابراین ستاره مورد نظر میلیاردها سال از ما فاصله دارد و آنچه در زمان حال شاهد آن هستیم، رویدادی بوده است که در گذشته بعید به وقوع پیوسته است (نور آینه گذشته). بنابراین ، هنگامی ‌که فضا و زمان انفکاک‌ناپذیر باشند، به نحوی که نتوان بدون اندیشیدن درباره هر دو مفهوم ، به دیگری فکر کرد، زمان نیز مانند مکانیک کلاسیک به صورت یک بعد در می‌آید و فضا-زمان به بعد چهارم تبدیل می‌شود.