Nagyon sokszor, sok helyen olvastam, ha nem is pont így, hogy a természet felfogható mint egy színházi előadás (Shakespeare: „Színház az egész világ…”), ahol a színészek az anyagi testek, az előadott végtelenített darab a történések (jelenségek) sora, rendezője a „felsőbb akarat” (ha úgy tetszik, az Isten, ha úgy tetszik, a természet törvényeinek rendszere), színpada a tér és a modern tudomány szerint az idő is – ha utóbbi egy kicsit ki is lóg a sorból.
A fizikus számára nagyon fontos a „színpad” jellemzőinek, illetve azok matematikai tulajdonságainak a meghatározása ahhoz, hogy használni tudjuk az „előadás” megértésére, illetve leírására, más jelenségek (jelenetek) előrejelzésére. Már leírtam, hogy miért fontosak a felsorolt célok (megértés, előrejelzés) úgyhogy most ettől eltekintek.
Az egyik ilyen színpad-jellemző a tér, ahol a szereplő testek vannak, s kölcsönhatásaik, a jelenségek történnek. A mindennapi, általunk érzékelt tér háromdimenziós (kiterjedésű), euklideszi tér. A tér viselkedése jellemezhető a kétezer éve ismert euklideszi geometriával, törvényei (posztulátumai, majd a bizonyítható tételei) a létező térben érvényesek. Az anyagi pontnak tekinthető testek (ez kiterjeszthető bizonyos korlátokkal a többi testre is) helyzete meghatározható három koordináta segítségével (ami lehet karteziánus, poláris stb…), ez nem jelent semmiféle elvi nehézséget. Ami a mozgást (a jelenséget) illeti, az történhet pozitív (előre), illetve negatív (hátra) irányban is, nincs szimmetriagond sem. A mérés egy mértékegység tetszőleges megválasztásával, illetve ennek a mérendő mennyiséggel való konkrét összehasonlításával történik. Itt hosszúságot, illetve szöget mérünk, ami a direkt módja, egyszerűsége miatt nem jelent problémát. A fentiekkel válaszolni tudunk a hol kérdésre.
Mivel természet nem mutat állandó, változatlan képet, a hol kérdésre adott válasz nem elegendő, tudnunk kell válaszolni a mikor, meddig kérdésekre is. Ehhez szükséges az idő fogalmának a bevezetése, hogy meghatározzuk egy jelenség időpontját (mikor), illetve az időtartamát (meddig tart). Newton meghatározása szerint (nem szó szerint idézem) az igazi, matematikai idő egyenletesen telik, a körülményektől függetlenül. Ez az időnek egy leegyszerűsített meghatározása, de a célnak (a mechanika megfogalmazásának, illetve az alkalmazásainak) tökéletesen megfelel.
Ha összehasonlítjuk a tér tulajdonságaival, az idő nyilvánvalóan kilóg a sorból. A fentiekből úgy tűnik, hogy az idő a folyamatokhoz, történésekhez (nem pedig dolgokhoz, testekhez), vagyis a változásokhoz kapcsolódik, ezek leírásához szükséges a bevezetése. Nemhiába írta Madách Imre Az ember tragédiájában, hogy „nem az idő halad, mi változunk” (az adott változásokhoz kapcsolódó, nem a dolgoktól független idő). Következésképpen az idő jellegét a folyamatok jellege határozza meg, amelyeknek döntő többsége visszafordíthatatlan (életünk például), tehát az időnek is egyirányúnak kell lennie (lásd még: entrópia), egy irányban változik a jelentől a jövő felé. Természetesen létezhetnek visszafordítható folyamatok is, ezek legfeljebb árnyalják de nem cáfolják az idő megfordíthatatlanságát.
Talán nem is a testek érdekesek, hanem a történések, mivel olyan nincs, hogy semmi sem történik, egy ilyen helyzet értelmezhetetlen. A világot talán nem is a benne lévő testek, hanem a velük kapcsolatos folyamatok jellemzik. Egy megfordítható folyamat (leesik egy kő) végbemehet fordítva is (felemelem a követ), de az idő nem fordul vissza, tovább telik. A jelenből, ami van, a múltba, ami már nincs, illetve a jövőbe, ami még nincs, a mai tudásunk szerint nem vezet út. Ez különbözik attól amit a térről tudunk. A tér karteziánus koordinátáit (x, y, z) vehetjük akár negatív előjellel is, attól a folyamat végbemehet, ami az idő koordinátájára már nem érvényes.
Az idő mérése is macerásabb mint a tér jellemzőinek a mérése. A mértékegység választása egy folyamathoz kell kapcsolódjon (változás), lehetőleg egy periodikus folyamathoz, hogy a mérés megismételhető legyen. A méréshez nem elég egy tárgy (lásd mérőléc a hosszúságnál), amely elkészítése után bármikor használható, hanem kell egy rendszer (nem egy tárgy) amelyben valami reprodukálható periodikus mozgást végez, és ha a periódust ismerjük, az szerepelhet mértékegységként, esetleg annak egy tört része, illetve annak a többszöröse, a mérés céljától függően. Szerencsénkre sok ilyen spontánul végbemenő jelenséget ismerünk. A történelem hajnalán az ember már mért időt, ha nem is a mai értelemben. Alapként szolgáltak a nappal és az éjszaka változásai (a föld tengelye körüli forgása, de ez csak sokkal később derült ki), a hold fázisainak periodikus változásai, az évszakok változásai (nap, hónap, év).
Az idő mérése sem problémamentes. A mértékegységgel való összehasonlítás is körülményesebb. Galileinek a mozgás tanulmányozásakor az időmérő eszközünk, az óra még nem állt rendelkezésére, a saját pulzusát használta, megszámlálta, hogy az hányat üt amíg a mozgás tartott és ebből következtetett a mozgás időtartamára. Ugye nem a legpontosabb módszer, hiszen a pulzusszám attól is függ, hogy a kísérletező akkor éppen milyen idegállapotban van. A pontosság javult az órák egyre fejlettebb változatainak a megjelenésével.
Ahogy a dolog kinéz, az idő különbözik a térkoordinátáktól, tehát az idő a fenti értelemben vett jelenségek színpadának egy különös, a többitől sokban különböző része, amely cáfolni látszik a tér-idő színpad jellegét. A klasszikus fizikában a tér és az idő látványosan elkülönül, csak a későbbi relativitáselmélet egységesíti őket. Fura egy színpad ez, amelynek a „jellemzői” közt különbség van.
Azonban a térnek és az időnek is, minden különbözőségük ellenére, van egy közös tulajdonságuk: abszolút jellegűek, nem befolyásolják külső tényezők, tehát „színpad” jellegűek, léteznek akkor is, ha ott semmi sincs, ha a színpadon nincsenek anyagi testek, nincsenek „szereplők”, nem történik semmi.
A fentiekhez kapcsolódó világkép egy állandó, egy változatlan színpadon lejátszódó, állandóan változó testek, és folyamatok összességét jelenti. Ilyennek látta a természet működését a klasszikus fizika, a természettudomány, de a filozófia is, ezt nevezzük a fenti értelemben klasszikus, más szóval mechanikus világképnek.
A relativitáselmélet arra tanít, hogy az idő ugyan a negyedik koordinátának tekinthető, de csak akkor illeszkedik a térkoordináták közé, ha a negyedik koordináta nem egészen a t (idő), hanem az azzal arányos ict, ahol a c a fény sebessége vákuumban és az i () az imaginárius egység. A ct távolság (lásd térkoordináták), az i megjelenése az idő a térhez viszonyított különállására utal.
A huszadik század első felében a modern fizika (elsősorban a relativitáselmélet, később a kvantummechanika) megváltoztatta a térről és az időről alkotott fogalmainkat. Az állandó, örök, változatlan „színpadról” kiderült, hogy nagyon is változó. A térről, illetve annak a geometriájáról kiderült, hogy annak euklideszi volta csak egy alig megengedhető leegyszerűsítés. A tér euklideszi ameddig kis távolságokkal és amely tömegekkel van dolgunk. A fény terjedésének az iránya jelenti az egyenest. A kőműves úgy ellenőrzi, hogy az általa használt deszka (léc) széle egyenes-e, hogy végig néz rajta, még akkor is a fényt használja erre, hogy ennek a tudatában lenne, ami a lényegen nem változtat. Csillagászati megfigyeléssel igazolták, hogy a nagy tömegű testek közelében a fény útja egy görbe lesz. Ez már nem az euklideszi geometria, már a háromszög szögeinek az összege sem 1800. A mai tudásunk szerint a fekete lyukak belsejében, ahol nagyon nagy a gravitációs tér erőssége az idő is lelassul. Ezekből következik, hogy a tér szerkezete, ami magában foglalja az időt is (lásd fennebb) függ a térben lévő testektől, azok számától, tömegétől. A tér akkor lenne euklideszi, ha abban semmi sem lenne, üres lenne, ami meglehetősen valószínűtlen, a gravitációs tér mindig és mindenhol van, ami azt sugalmazza, hogy az anyagi testek hatására jön létre a tér, és az idő (lásd a mérését is). Ezért írtuk, hogy a fenti megközelités használata csak igen szűk keretek közt megengedhető. A mindennapi életben, a földön, gyakorlati szempontból ez a megközelítés jónak mondható.
A tér szerkezete (metrikája) attól is függ, hogy melyik koordinta rendszerhez viszonyítva mérünk. Egy hosszúság, egy időtartam függ attól is, hogy milyen mozgásállapotú (egyenletes, változó, milyen relatív sebességű) vonatkoztatási rendszerhez viszonyítva mérjük.
A kvantumfizikából következik a tér és az idő kvantumszerkezete, ami a távolság illetve az időtartam csak bizonyos értékek felvételét engedi meg. A tér, illetve az időkvantum elképzelhetetlenül kicsi, a makrószkopikus világban gond nélkül elhanyagolható. Ahogy a távolságok és időintervallumok növekednek a kvantumjelleg egyre elhanyagolhatóbbá válik.
A klasszikus változatlan színpadot a modern fizika egy változó, dinamikus színpaddal helyettesítette, amely a benne lévő testektől a megfigyelőhöz köthető vonatkoztatási rendszerek mozgásállapotától is függ. De de úgy, ahogy illik, a régi világkép az újnak egy speciális esete lett, az új magában foglalja a régit, a régi általánosításaként jött létre (koreszpondencia elve). Az idő fogalmának a változása a mai fizikában egy teljes könyvet igényel; ilyen például Carlo Rovelli Az idő rendje című munkája, ami nem éppen könnyűnek mondható olvasmány.
