• Günlük konuşmalarda uzay terimi, etrafımızı çevreleyen alanı ve cisimleri ifade eder. Füzelerin, uydulann ve astronotların yollandığı işte bu uzaydır. Ayrıca hayatî uzay veya üç boyutlu uzay kavramları da mevcuttur. Matematikçiler, bizi çevreleyen uzayı tanımlayabilmek amacı güden teorileri adlandırırken bu kelimeyi tekrar ele almışlar ve geometrik uzay, vektöryel uzay, topolojik uzay vs. kavramları geliştirmişlerdir.

• Geliştirilen teorilerin hiçbiri mükemmel bir tanım oluşturamamıştır. En eski uzay tanımı geometrik uzay olup, kurucularından biri de Yunanlı matematikçi Euclide‘dir.

• Euclidien denilen klasik geometri, sorulan probleme az veya çok uygulanabilen birçok bakış açısı sunar. Afin geometri, uzaklıklarla ilgilenmeyip, sadece paralellik sorularını göz önüne alır. “Euclide postülası” düzlemin, birbirine paralel doğrular ile oluşturulabileceğini gösterir. Bu tür geometride vektörlerin vektörel uzay yapılan vardır. Metrik geometri, paralellik kavramına uzaklığı ekler. Fiziğin bazı dallarında gerekli olan diğer görüş açıları Euclide postülasını reddeden euclidien olmayan teorilerdir. Euclide postülasına göre bir noktadan verilen bir doğruya tek bir paralel çizebilmek mümkündür.

Vektörel uzaylar kavramında boyutlar söz konusudur. Boyutlarla ilgi kabulü gerçekleştirebiliriz:

nokta….. sıfır boyutlu
doğru bir boyutlu
düzlem iki boyutlu
uzay üç boyutlu
 dört boyutlu

• Matematikçiler genelleştirme yolunu sevdiklerinden, bu boyutlara devam etmeyi denemişlerdir. Burada şunu gözleyebiliriz: Bazı şekil ve bazı uzaklıklar boyut değişmeden bir nokta arttırılamazlar. Bir boyutlu bir doğru ve bir dış nokta, iki boyutlu bir düzlemi oluştururlar. Bir düzlem ve bir nokta ise üç boyutlu uzayı oluşturur. Bu tür bir genelleştirme ile üçten fazla boyutlu uzayların varlığı söylenebilir. Ancak üç boyuta kadar fizik gösterimler söz konusu olduğu halde, üç boyuttan fazlası için böyle bir şeyden bahsedilemez. Buna rağmen klasik geometri uzayında elde edilen sayısız sonuç, üçten fazla boyutlardaki uzaylara genelleştirilip, bazı durumlarda kullanılmaktadır.

• Diğer bir matematik branşı olan topoloji, civar uzayın tanımını yapar. Bu teorinin çıkış noktası, olası ölçüm ve deformasyonlar göz önüne alınmaksızın dahil olma ve pozisyon oranları içinde nesnelerin incelenmesidir. Topolojik bir bakış tarzıyla, üç farklı eğrinin eşdeğer olmaları şartı, bunların düzlemi iki bölgeye ayıran basit kapalı eğriler olmasıdır. Bu bölgelerden biri iç, diğeri dış bölgedir.

• Bir cismin düşüşü, bir aracın yol alması, bir gezegenin yörüngesi belirlenmek istendiğinde, bunların her anki hız ve pozisyonlarının bir gözlemci tarafından kaydedilmesi gerekir. Gözlemci kendine bir işaret noktası seçer ve bu noktaya göre hareketi inceler. Söz gelimi bir cismin düşüşünde bir odada bulunan gözlemci, odanın herhangi bir köşesini kendine işaret noktası olarak seçer ve duvarların üç ayntı üzerinde birim uzunluklar işaretler. Cismin her andaki durumunu bu eksenlere (yani 3 sayıya) göre işaretleyebilir, böylece cismin izlediği yörüngeyi noktası noktasına not edebilir.

• Böylece geometrik bir uzay seçilip, cismin pozisyonu üç sayıyla belirlenmiş olur. Bunun tersine üç sayı verildiğinde, bir cismin odanın herhangi bir yerine yerleştirilmesini sağlar. Hareketin tanımlanabilmesi için, aynca cismin her andaki hızının da bilinmesi gerekir.

• Burada belirtilmesi gereken şey, köşenin orijin, ayrıtların eksen olmadığı, üç sayının da duvarlar üzerinde yazılı olmadığıdır. Yani gözlem ci kendine göre bir geometrik uzay kurup, bu uzayın fenomenlerin oluştuğu bir fizik uzayı gösterdiğini kabul eder. Bu düşünce tarzında odadaki diğer eşyaların ilgilenilen cisim üzerine etki yapmadıkları farz edilir.

• Fiziksel uzayın tamamen bu 3 boyutlu geometrik uzay ile tanımlandığı ispatlanamaz.

• Fiziksel uzayı maddeleştirmek amacı ile 2 boyutlu bir uzayda yaşayan canlıları hayal edelim. Bunların evreni bir sinema veya televizyon ekranında izlenilen gibi olsun. İki boyutlu bu uzayda ölçümler yapılmış ve geometrik tanımlamaların deneye tekabül ettiği tespit edilmiştir. Ancak ölçümler hassaslaştırıldığında, geometrik ifade ile deney arasında uyumsuzluklar tespit edilmiş ve bir üçüncü boyutun varlığına ihtiyaç duyulmuştur.

• Üç boyutlu bir uzayda yaşayan bizler, bu iki boyutlu canlılara baktığımızda, evrenlerinin kısmi karakterini algılarız. Bunların yaşadıkları gerçek uzayın bir düzlem olmadığını, çapı ve bu canlıların boyutlarına göre çok büyük olan bir kürede yaşadıklarını algılarız. Hayal bilim ürünü olan bu canlılann durumu bizimkine benzer.

• Bazı müzelerde, balistik, sarkaç ve düşen cisimler üzerinde bazı mekanik deneyleri görürüz. Gravitasyon kuvvetleri etkisinde, cisimler belirli yörüngeler izleyip, mekaniğin genel kanunlarına riayet ederler. Her anki durum ve hızlan deneylerin oluşturulduğu mekandaki bir geometrik röperle (işaret noktası) gözlenir. Deney gözlemci veya şahitleri aynı referans sistemine sahiptirler ve aynı gözlemleri yaparlar.

• Ancak bu gözlemler; acaba bütün gözlemciler için aynı mıdır? Bu denemelerden birinin, düzgün, doğru bir yolda sabit hızla ilerleyen bir araca bağlı karavanda gerçekleştirildiğini düşünelim. Aracın içinde, yolcu hareketsiz haldeki sükunet ile. tamamen aynı olan mekanik kanunları gözleyecektir. Buna karşı referans sistemi ve geometrik uzayı sabit hızla yol alacaktır. Dışarıda sükûnet halinde olan gözlemci ise fenomeni açıklayabilmek için bu hızı göz önüne alacaktır. Aracın içinde bulunan kişinin ise aracın sabit hızla ilerlediğini veya durduğunu bilimsel olarak ifade edecek bir imkanı yoktur. Buna karşı, araba durduğunda, hareketi yani bir ilerleme hızı değişimini fark eder.

• Bu örnek gözlemlerimizin bağıllığını gösterir. Gözlemcilere göre değişen hareket önemli bir rol oynar. Sabit bir gözlemci veya bütün fenomenleri ona göre açıklayacağımız bir mutlak uzayın bulunduğu hayal edilebilir mi? Bu dünya üzerinde imkansızdır, çünkü dünya hem kendi hem güneş etrafında dönmektedir. Güneş de sabit olmayıp sürekli hareket halindedir. Bu yüzden mutlak bir röper düşüncesi bir kenara bırakılmalı ve bağıl olanı ile yetinilmelidir.

• Mutlak uzay esir (eter) olarak adlandırılır. Ancak hiçbir zaman ortaya konamamıştır. Bağıllık teorisinin tek mutlakiyeti ışık hızının tanınmasıdır. Kaynağın hızı ne olursa olsun, ışık hızı bütün gözlemciler için aynıdır ve bu hızın aşılması hiçbir zaman mümkün değildir.

• Sınırlı bağıllık teorisine göre mutfak uzay olamayacağı gibi, mutlak zaman da olamaz.Uzay ve zaman birbiri ile sıkı bir ilişki içindedir. Bu şekilde bir gözlemci için aynı anda olan iki olay, diğer bir gözlemci için böyle değildir. Tek mutlak zaman, gözlemcinin kendisinin taşıdığı “kendine öz zaman”dır. Bu etkilerin hassas olması, gözlemcilerin bağıl hızlarının çok büyük olmasına bağlıdır. Yani gözlemcilerin birbirlerine göre olan hızlarının ışık hızına yakın olması gerekir. Aynı şekilde, bu hız uzunluk ölçümlerinde de önemli bir rol oynar. Rölativist bir uçak ve bir araç sükûnet halindeki ile ayılı uzunlukta değillerdir. Hareket yönünde bir akordeon gibi sıkıştırılmışa benzerler.

• O halde, içindeki maddeden bağımsız bir ortam var mıdır, sorusu akla gelebilir. Einstein, uzayın geometrik yapısının, maddenin kendi tarafından tamamıyla belirlendiğini göstermiştir. Bu problemler matematiksel olarak çok güçtür ve Einstein eşitliklerinin genel çözümü henüz bulunamamıştır.

• Fiziksel uzay gittikçe karmaşık bir yapı göstermektedir. Bugün artık önce uzay değil, maddenin kendisi önemlidir.