فلسفه فضا و زمان شاخه‌ای از فلسفه است که با مباحثی چون هستی‌شناسی، شناخت‌شناسی، و ویژگی‌های فضا و زمان سر و کار دارد. هم چنان که این ایده‌ها از آغاز پیدایش فلسفه فضا و زمان در زمره مباحث محوری آن بوده‌اند، در عین حال خود فلسفهٔ فضا و زمان الهام‌بخش دیدگاه کانونی فلسفه تحلیلی در دوران آغازینش بوده است. این دیدگاه کانونی بر پرسش‌هایی اساسی انگشت می‌گذارد؛ همانند این که آیا فضا و زمان به طور مستقل از ذهن ما وجود بیرونی دارند؟ آیا فضا و زمان به طور جداگانه از یکدیگر وجود دارند؟ چه چیزی سبب‌ساز جریان به ظاهر یک‌سویه زمان است؟ آیا زمان‌های دیگری به جز زمان اکنون وجود دارد؟ و همچنین پرسش‌هایی درباره سرشت وجود (و به ویژه سرشت وجود در گذر زمان)

دیدگاه‌های دوران باستان و قرون وسطا

کهن‌ترین اندیشه ثبت شده در فلسفه غربی درباره زمان، گفتاری از پتاهوتپ (سده‌های ۲۶۰۰-۲۶۵۰ پیش از زایش) اندیشمند مصر باستان است که می‌گوید: «هنگامه‌ی برآوردن خواستی (میلی) که از پی می‌آید را از دست نده، چرا که هرز دادن زمان، نفرینی برای روح است.». وداها، کهن‌ترین نوشته‌های فلسفه هندی و آیین هندو که پیشینه آن به پایان هزاره دوم (پیش از زایش) می‌رسد، شرحی از کیهان‌شناسی هندو می‌دهد که در آن کیهان چرخه‌های پیوسته‌ای از آفرینش، نابودی، و نوزایی را از سر می‌گذراند. چرخه‌هایی که هر کدام ۰۰۰/۳۲۰/۴ سال به درازا می‌کشد. فیلسوفان یونان باستان، کسانی چون پارمنیدس و هراکلیتوس، مطالبی درباره سرشت زمان نوشته‌اند. اینکاها فضا و زمان را پنداره‌ای یگانه دانسته و آن را پاچا (در زبان کچوا: pacha و در زبان آیمارا: pacha) می‌نامیدند.

افلاتون در کتاب تیمائوس زمان را به عنوان مدت زمان حرکت تن‌های آسمانی و فضا را به عنوان جایی که چیزها به هستی در می‌آیند تعریف می‌کند. ارسطو در کتاب چهارم طبیعیات (فیزیک) زمان را به عنوان شمار دگرگونی‌ها نسبت به پیش و پس از دگرگونی و مکان یک جسم را به عنوان درونی‌ترین محدوده بدون حرکتی که آن جسم را در بر می‌گیرد تعریف می‌کند.

در کتاب یازدهم اعترافات آگوستین قدیس، او به اندیشه‌ورزی درباره سرشت زمان پرداخته و می‌پرسد: «پس آنگاه زمان چیست؟ اگر کسی از من نپرسد، می‌دانم. و اگر بخواهم آن را برای کسی که پرسیده شرح دهم، چیزی (درباره‌اش) نمی‌دانم.» او در تعریف خود از زمان، به جای پرداختن به آن چه که زمان هست، شرح می‌دهد که زمان چه چیزی نیست.

در دانش فیزیک، فضا-زمان (به انگلیسی: Spacetime) (و نه فضا و زمان) عبارت است از یک مدل ریاضی که زمان و فضا را به صورت درهم‌تنیده و به عنوان یک کمیت پیوسته با یکدیگر ترکیب می‌کند. بر اساس فرضیات مفهوم فضای اقلیدسی، جهان، سه بعد مکانی و یک بعد زمانی مستقل از هم دارد. در فضا-زمان سه بعد فضا و یک بعد زمان درهم ادغام می‌شوند و یک محیط پیوستهٔ چهار بعدی را ایجاد می‌کنند. با ترکیب فضا و زمان و ایجاد یک محیط خمیدهٔ واحد، فیزیکدان‌ها توانسته‌اند تئوری‌های فیزیک را هم در سطح کیهانی و هم در بعد اتمی ساده‌سازی کنند.

در مکانیک کلاسیک، هنگامی که زمان به عنوان یک معیار ثابت و جهانی، مستقل از حالت حرکت مشاهده‌گر درنظر گرفته می‌شود؛ از دستگاه اقلیدسی به جای فضا-زمان استفاده کنیم. با این حال در فیزیک نسبیتی، زمان نمی‌تواند جدا از سه بعد فضا باشد. بر اساس نسبیت خاص نرخ گذر زمان برای جسمی که مشاهده می‌شود بستگی به نسبت سرعت جسم و سرعت مشاهده‌گر دارد. بر اساس نسبیت عام شدت میدان گرانشی نرخ گذر زمان را کاهش می‌دهد.

مفهوم و بُعدها

طرح کلی در فضا-زمان، ادغام فضا و زمان با یکدیگر و درنتیجه ایجاد یک محیط یکپارچه با دستگاه مختصاتی یکتا است. برای این کار به سه بُعد مکانی معمول(طول، عرض، ارتفاع) و یک بُعد زمان نیاز داریم؛ این بُعدها مؤلفه‌های مستقل لازم برای مشخص کردن یک نقطهٔ خاص در یک فضای تعریف شده‌اند. مثلاً در محیط کرهٔ زمین طول و عرض جغرافیایی دو مؤلفهٔ مستقل دستگاه مختصات‌اند که تنها به‌وسیلهٔ هر دوی آن‌ها باهم می‌توان یک نقطهٔ خاص را تعیین موقعیت کرد؛ حال در فضا-زمان، شبکه مختصاتی ۱+۳ بعد را پوشش می‌دهد و چون زمان به عنوان مؤلفهٔ جدید اضافه شده‌است، درنتیجه دستگاه مختصات نه تنها می‌تواند نقاط را در محیط مکان‌یابی کند بلکه می‌تواند رویدادها را نیز تعیین موقعیت نماید. به این ترتیب این دستگاه مختصات می‌تواند تعیین کند که کی و کجا یک رویداد اتفاق افتاده است. در فضا زمان نمی‌توانیم محور زمان را به صورت جداگانه نشان دهیم اگر بخواهیم محور زمان را در دستگاه مختصات نشان بدهیم ناگزیریم که محور زمانی و مکانی را هر دو باهم، و در یک دستگاه مختصات قرار دهیم و این به دلیل ماهیت یکپارچهٔ فضا-زمان و آزادی در انتخاب دستگاه مختصات است. برخلاف دستگاه مختصات فضایی معمولی، محدودیت‌هایی برای چگونگی اندازه‌گیری‌های مکانی و زمانی وجود دارد؛ این محدودیتها به مدل ریاضی خاص آن و تفاوتهایش با ریاضیات و هندسهٔ اقلیدسی برمی‌گردد.

تا غاز قرن بیستم گذر زمان مستقل از حرکت در نظر گرفته می‌شد و فرض این بود که در تمام دستگاه‌های مختصات، زمان تنها در یک محور مشخص با سرعت ثابت پیش می‌رود؛ اما تجربیات بعدی نشان داد که زمان در سرعت‌های بالا کندتر حرکت می‌کند (کاهش سرعت زمان با عنوان تأخیر زمان در نسبیت خاص توضیح داده شده‌است)؛ برای مثال یک ساعت اتمی را بر روی یک شاتل فضایی نصب کردند و دیدند که زمان برای ساعت روی شاتل کندتر از زمان در سطح زمین می‌گذرد.

عبارت فضا-زمان به عنوان یک مفهوم عمومی فراتر از رویدادهای فضا-زمان در ۱+۳ بُعد معمولی در نظر گرفته می‌شود، فضا-زمان واقعاً ترکیبی از مکان و زمان است اما برخی دیگر پیشنهاد کرده‌اند که بُعدهای جدیدی که بعدها اضافه می‌شود هم در مجموعهٔ تئوری فضا-زمان قرار گیرد (نظریه‌های دیگری وجود دارند که توانسته‌اند بُعدهای جدیدی را اضافه کنند که این بُعدها دیگر شامل مکان و زمان نمی‌شوند)؛ اینکه واقعاً چند بُعد برای توصیف جهان لازم است سؤالی است که هنوز پاسخ قطعی برای آن پیدا نشده‌است. تئوری‌هایی مانند تئوری ریسمان پیش‌بینی می‌کند که ۱۰ تا ۲۶ بُعد جدید را بتوان اضافه کرد یا تئوری-م داشتن ۱۱ بُعد شامل ۱۰ بُعد مکانی و ۱ بُعد زمانی را ممکن می‌داند؛ باید به این نکته توجه داشت که: داشتن بیش از چهار بعد فقط در اندازه‌های زیر اتمی تفاوت ایجاد می‌کند..

مفهوم غیرریاضی فضازمان یکپارچه

اولین بار پیش از میلاد مسیح فیلون اسکندری گفته است که: «زمان زاییده جهان است، خدا جهان را خلق کرد و آن منجر به ایجاد زمان شد، همزمان با خلق جهان یا بلافاصله پس از آن».

اینکاها زمان و مکان را به عنوان یک مفهوم واحد در نظر می‌گرفتند و آن را پاشا می‌نامیدند؛ بومیان ساکن در رشته کوه آند همچنان بر این باور پایدار مانده‌اند. اندیشه فضا زمان یکپارچه توسط اِدگارآلِن پو شاعر آمریکایی در یکی از شعرهایش به نام اورکا بیان شد: «مکان و گذر زمان هر دو یکی هستند».

در سال ۱۸۹۵ هِربرت جورج وِلز در رمان ماشین زمان چنین نوشت: «هیچ تفاوتی میان زمان و سه بُعد مکانی وجود ندارد تنها برداشت ما است که با آنها پیش می‌رود».