Trong bối cảnh của vật lý, không gian hạn - thời gian là một mô hình toán học không gian hỗn hợp và thời gian là hai khái niệm hoàn toàn cố hữu. Trong không gian thời gian dài này, nó là nơi diễn ra tất cả các sự kiện vật chất của vũ trụ; điều này theo thuyết tương đối.
Einstein là người đã xây dựng biểu thức này của không-thời gian dựa trên thuyết tương đối hẹp của ông, trong đó nói rằng thời gian không thể tách rời khỏi ba chiều không gian, nhưng cũng giống như chúng, thời gian phụ thuộc vào trạng thái chuyển động của người quan sát. Về bản chất, hai người quan sát sẽ đo thời gian khác nhau. Đối với khoảng thời gian giữa hai sự kiện, sự khác biệt về thời gian này sẽ phụ thuộc vào tốc độ tương đối giữa các quan sát viên.
Tương tự như vậy, nếu nêu giả thuyết rằng vũ trụ có ba chiều không gian vật lý có thể quan sát được, thì thông thường người ta coi thời gian là chiều thứ tư; để lại không-thời gian như không gian bốn chiều.
Điều quan trọng là phải làm nổi bật rằng không-thời gian có các đặc tính hình học:
Số liệu: thuộc tính này tượng trưng cho không thời gian dưới dạng một cặp (m, g), trong đó “m” có nghĩa là đa tạp có thể phân biệt được bán tuần hoàn và “g” là một tensor hệ mét.
Hàm lượng vật chất của không-thời gian: giá trị này được đưa ra bởi tensor xung năng lượng, được tính trực tiếp từ các phép đo hình học từ tensor hệ mét.
Chuyển động của các hạt: các hạt di chuyển trong không thời gian sẽ theo một đường có độ dài tối thiểu trong một không gian cong.
Các nhóm đồng nhất, đẳng hướng và đối xứng: một số không-thời gian có các nhóm đẳng áp có ít chiều hơn. Mặt khác, không thời gian là đồng nhất khi nó bao gồm một nhóm con dạng đồng căn ảnh hưởng đến tọa độ không gian. Nó sẽ có đẳng hướng tổng quát khi có một nhóm con của đẳng áp tại một trong các điểm của nó.
Cấu trúc liên kết: nó liên quan đến cấu trúc nhân quả của nó. Ví dụ, nếu có một đường cong thời gian khép kín trong không-thời gian, hoặc nếu có siêu bề mặt Cauchy hoặc các đường trắc địa không hoàn chỉnh.
Cuối cùng, trong không-thời gian được sử dụng trong thuyết tương đối hẹp, cả hai có thể được trộn lẫn trong một không gian bốn chiều, khởi nguồn cho cái gọi là không-thời gian Minkowski, Minkowsky, đây là nơi mà ba chiều không gian thông thường và một chiều thời gian bổ sung được xác định.
