W kontekście fizyki pojęcie czasoprzestrzeń reprezentuje wzór matematyczny, który miesza przestrzeń i czas jako dwie koncepcje całkowicie nieodłączne. W tej przedłużonej przestrzeni czasowej zachodzą wszystkie fizyczne wydarzenia wszechświata; to zgodnie z teorią względności .
To Einstein sformułował to wyrażenie czasoprzestrzeni w oparciu o swoją teorię szczególnej teorii względności, która stwierdza, że czasu nie można oddzielić od trzech wymiarów przestrzennych, ale podobnie jak one, czas zależy od stanu ruchu obserwatora. Z natury dwóch obserwatorów będzie mierzyło różne czasy, a dla przerwy między dwoma zdarzeniami różnica w czasie będzie zależeć od względnej prędkości między obserwatorami.
Podobnie, jeśli wysunięto teorię, że wszechświat ma trzy fizyczne wymiary przestrzenne, które można zaobserwować, często uważa się czas za czwarty wymiar; pozostawiając czasoprzestrzeń jako przestrzeń czterowymiarową.
Należy podkreślić, że czasoprzestrzeń ma właściwości geometryczne, które są:
Metryka: Ta właściwość symbolizuje czasoprzestrzeń jako parę (m, g), gdzie „m” oznacza zróżnicowaną odmianę semiriemannowską, a „g” jest tensorem metrycznym.
Zawartość materiałowa czasoprzestrzeni : jest ona podawana przez tensor impulsowy energii, który jest obliczany bezpośrednio z pomiarów geometrycznych z tensora metrycznego.
Ruch cząstek : cząstki poruszające się w czasoprzestrzeni będą podążać wzdłuż linii o minimalnej długości w zakrzywionej przestrzeni.
Grupy jednorodności, izotropii i symetrii: Niektóre czasoprzestrzenie mają grupy izometrii o mniejszej wymiarowości . Z drugiej strony czasoprzestrzeń jest jednorodna, gdy obejmuje podgrupę homeoform, która wpływa na współrzędne przestrzenne. Będzie miał ogólną izotropię, gdy w jednym z jej punktów znajdzie się podzbiór izometrii.
Topologia : jest związana ze swoją strukturą przyczynową. Na przykład, jeśli w czasoprzestrzeni istnieje zamknięta krzywa czasowa lub jeśli występują hiperpowierzchnie Cauchy'ego lub występują niepełne elementy geodezyjne.
Wreszcie, w czasoprzestrzeni stosowanej w szczególnej teorii względności, oba można mieszać w przestrzeni czterowymiarowej, rozpoczynając tak zwaną czasoprzestrzeń Minkowskiego, Minkowską, tutaj są identyfikowane trzy zwykłe wymiary przestrzenne i uzupełniający się wymiar czasowy.
