Hmota a prostoročas

Vesmírný prostor je vyplněn hmotou, která se vyvíjí a pohybuje v čase. Vzájemné ovlivňování hmoty a času je předmětem studia fyziky i astronomie. Čas a prostor jsou tedy neoddělitelně vzájemně spjaty a proto se označují termínem časoprostor (resp. prostoročas). Hmotu lze charakterizovat různými fyzikálními veličinami, z nichž nejdůležitější pro astronomii jsou hmotnost a energie, které spolu úzce souvisí podle Einsteinova vztahu mezi hmotností a energií  resp. , kde  je klidová hmotnost tělesa, m je relativistická hmotnost,  je klidová energie těles, E je relativistická energie tělesa a c velikost rychlosti světla ve vakuu.

Existují dva základní historické pohledy na hmotu a její vztah k prostoru:

1.     Newtonova mechanika (klasická mechanika) - hmota je umístěna v prostoru (tzv. absolutní prostor, absolutní inerciální systém), v němž plyne nezávisle na okolí rovnoměrně čas, jehož plynutí nelze nijak ovlivnit.

2.     Einsteinova teorie relativity - hmota je umístěna v prostoročasu, přičemž vlastnosti prostoročasu ovlivňují chování hmoty, ale i sama hmota ovlivňuje prostoročas.

Např. Sluneční soustava. V různé vzdálenosti od Slunce má prostoročas různé vlastnosti a proto se Země a Jupiter (který je od Slunce zhruba 5krát dále než Země) pohybují různě velkými rychlostmi, po elipsách s různou výstředností, … Ovšem i samotné Slunce ovlivňuje vlastnosti prostoročasu.

Tyto dva různé pohledy lze názorně ukázat pomocí následující analogie: prostoročas si představíme jako jeviště, hmotu pak jako představení, které se na jevišti odehrává. V Newtonově pojetí ovlivňují vlastnosti jeviště to, co se na něm odehrává, zatímco v Einsteinově pojetí samotné představení ovlivňuje i jeviště.