Ruang waktu
Dalam fisika, ruang waktu adalah permodelan matematika yang mengkombinasikan ruang dan waktu menjadi satu kontinuitas. Ruang-waktu biasanya digambarkan dengan ruang secara tiga dimensi dan waktu memainkan peran sebagai dimensi keempat yang merupakan bagian yang berbeda dari dimensi spasial. Berdasarkan perspektif ruang Euclidean, alam semesta memiliki tiga dimensi ruang ditambah dengan waktu. Dengan mengkombinasikan ruang dan waktu menjadi satu manifol, para ahli fisika telah secara signifikan menyederhanakan sejumlah besar teori dalam fisika dan memahami secara lebih seragam mengenai cara kerja alam semesta dalam lingkup ilmu kosmologi dan mekanika kuantum.
Dalam mekanika klasik non-relativistik, penggunaan ruang Euclidean akan lebih tepat dibandingkan penggunaan ruang-waktu, karena waktu diperlakukan sebagai satu faktor yang unversal dan konstan, independen terhadap pergerakan dan pengamat. Dalam konteks teori relativitas, waktu tidak bisa dipisahkan dari ruang tiga dimensi karena kelajuan suatu objek dan pengamat yang relatif dan dapat dipengaruhi oleh medan gravitasi yang mampu memperlambat waktu.
Dalam kosmologi, konsep ruang-waktu mengkombinasikan ruang dan waktu menjadi satu alam semesta yang abstrak. Secara matematis, ruang waktu merupakan manifol yang terdiri dari kejadian yang bisa dijelaskan dengan sistem koordinat. Tiga dimensi (panjang, lebar, dan tinggi) dan satu dimensi temporal (yaitu waktu) dibutuhkan. Dimensi merupakan komponen yang independen dari jaring-jaring koordinat untuk menentukan titik pada suatu ruang yang terdefinisi. Seperti contoh dalam sebuah globe terdapat garis lintang dan garis bujur yang merupakan dua koordinat yang independen yang bersama-sama dapat membentuk satu titik yang unik. Dalam ruang dan waktu, jaring-jaring koordinat yang melebar hingga 3+1 dimensi menentukan kejadian (bukan hanya titik di suatu ruang), dan waktu ditambahkan di dimensi lainnya pada jaring-jaring koordinat. Dengan ini koordinat dapat menspesifikasikan "di mana" dan "kapan" kejadian terjadi. Tidak seperti koordinat spasial yang biasa, terdapat batasan bagaimana pengukuran dapat dilakukan secara spasial dan temporal. Batasan ini berkorespondensi secara kasar terhadap permodelan matematika tertentu, misal manifol Lorentzian, yang membedakannya dari ruang Euclidean secara perwujudan simetrinya.
Hingga awal abad ke 20, waktu dipercaya bersifat independen terhadap pergerakan, dan meningkat pada laju yang tetap di semua kerangka acuan. Namun eksperimen menunjukan bahwa waktu melambat pada kecepatan yang lebih tinggi dari suatu kerangka acuan terhadap kerangka acuan yang lain. Perlambatan ini, yang disebut dengan dilatasi waktu, dijelaskan di dalam teori relativitas khusus. Berbagai eksperimen telah menunjukan kejadian dilatasi waktu seperti pada peluruhan partikel muon dari radiasi kosmik dan perlambatan jam atom di atas pesawat ulang alik relatif terhadap jam inersia yang tersinkronisasi yang berada di bumi. Sehingga durasi waktu dapat bervariasi bergantung pada kejadian dan kerangka acuan.
Ketika dimensi dipahami sebagai sebuah komponen dari sistem jaring dan bukan merupakan sifat fisik dari waktu, akan lebih mudah dipahami bagaimana memandang dimensi lain sebagai hasil dari transformasi koordinat.
Beberapa mengusulkan teori ruang-waktu memasukkan dimensi tambahan, termasuk dimensi ruang temporal yang beberapa dimensi yang tidak temporal maupun spasial ("superspace"). Berapa jumlah dimensi yang dibutuhkan untuk menjelaskan alam semesta merupakan sebuah pertanyaan yang masih didiskusikan. Teori yang muncul adalah teori dawai yang memprediksikan antara 10 hingga 26 dimensi, teori M yang memprediksikan 11 dimensi (10 spasial dan 1 temporal). Namun keberadaan lebih dari empat dimensi akan terasa perbedaannya pada tingkat subatomik.