Espace-temps

Il a y deux notions importantes derrière ce concept géométrique : celle relativement mathématique d'un temps qui serait une sorte de quatrième dimension de l'espace dans lequel nous évoluons et celle plus physique, usuellement bien  moins décrite et perçue, de l'entité qui se cache derrière et qui est arpentée au sens des géomètres.

Le fait que le temps puisse mathématiquement se ramener à une quatrième dimension d'espace est lié à la constance universellement observée de la vitesse de la lumière. Pour situer un évènement dans l'espace que nous percevons il faut trois coordonnées d'espace et une de temps E(x,y,z,t). A priori cette dernière coordonnée n'a rien à voir avec les autres, c'est tout du moins ce que semble nous dicter notre expérience quotidienne. Sur le plan purement formel on peut toutefois ramener le temps à une longueur en le multipliant par une vitesse. Le fait que la vitesse de la lumière soit constante incite à la choisir comme coefficient préférentiel. Ainsi la longueur ct peut être vue comme une dimension spatiale virtuelle, et on peut repérer tout évènement dans un espace virtuel à quatre dimensions purement spatiales E(x,y,z,ct). Jusque là, si l'on exclue l'observation de la constance de la vitesse de la lumière (on pourrait après tout utiliser n'importe qu'elle autre vitesse de référence dans la conversion du temps en une longueur), il ne s'agit que d'une simple formulation mathématique sans aucun sens physique. C'est justement l'observation de la constance de la vitesse de la lumière, en contradiction avec la règle d'addition des vitesses de la mécanique classique (si on lance un objet depuis un support lui-même mobile par rapport au sol alors la vitesse de l'objet par rapport au sol est la vitesse du lancer augmentée de la vitesse du support), qui permet d'introduire la physique dans cette histoire. Formellement cela conduit à introduire une relation qui lie les quatre dimensions de l'espace-temps.

Sur le plan métaphysique (ce point est rarement précisé dans les ouvrages classiques) l'analyse précédente implique de considérer l'espace-temps non pas comme un simple système de repérage des évènements mais comme un véritable milieu.
En effet nous sommes à priori totalement libres de choisir un système de coordonnées pour nous repérer, le fait qu'il existe un système qui colle mieux aux observations indique que ce système de coordonnées mesure un objet ayant une géométrie particulière qui obéit à certaines règles. La notion d'espace-temps se réfère ainsi à un objet que l'on peut considérer comme physique car ayant des propriétés mesurables.
Einstein semble avoir éludé cet aspect dans le développement de la relativité restreinte, il faut dire que toutes les tentatives pour mettre en évidence l'éther EM que l'on imaginait à l'époque comme un milieu matériel bien qu'assez subtil (éthérique), se sont soldées à l'époque par de cuisants échecs.
Pendant et après le développement de la relativité générale qui précise davantage comment se courbe l'espace-temps en présences de masses/énergies, il  lui est apparu que la position niant l'existence du milieu arpenté devenait intenable et il essaya vainement de réintroduire ce qu'il appela le "substratum".
Dans la pratique sur le substratum d'Einstein on ne peut toujours rien dire de plus que ce que propose la relativité générale, donc rien de plus que ce qui est déjà implicitement contenu dans l'expression espace-temps. Avoir conscience de cet aspect peut toutefois aider à mieux appréhender l'aspect physique de la relativité voir servir de base à l'élaboration de nouveaux modèles d'unification. Par exemple on pourrait concevoir au centre d'un trou noir ou même au sein des particules usuelles, une bulle de néant, non seulement matériellement inaccessible, mais échappant à notre univers et ainsi à la théorie de la relativité générale qui le décrit.