Fiecarui om natura i se pare imensa si complexa scena unei uimitoare diversitati de aparitie de evenimente. Aceste impresii sunt justificate de estimarile ordinelor de marime ale valorilor marimilor de inters pentru studierea lumii naturale. Universul este imens. Viata pare a fi cel mai complex fenonen din natura, iar toate cuceririle mari ale stiintelor experimentale realizate de catre oameni rabdatori, perseverenti cu intuitie sau inventivi au descris si-au explicat oamenilor de ce intampla atatea lucruri in lume.
Realitatea obiectiva care ne inconjoara este materia, care exista independent de contiinta noastra si este reflectata de aceasta. Materia nu poate exista decat intr-o continua miscare adica intr-un proces continuu de transformare.
Miscarea ca mod de existenta a materiei, se realizeaza in spatiu si timp; in intelesul cel mai general spatiul si timpul reprezinta forme obiective de existenta a materiei in miscare. Ele generalizeaza relatiile spatiale si temporale, care caracterizeaza orice obiect, fenomem sau proces material.
Fizica ia in consirare numai aspectele cantitative ale spatiului si ale timpului, in sensul ca foloseste acele insusiri ale spatiului si ale timpului, care se masoara cu etaloane de lungime si respectiv cu ceasornice. Se vorbeste astfel despre un spatiu fizic si despre un timp fizic.
Toate fenomenele se desfasoara in ansamblul relatiilor spatiale si temporale sau pe scurt in spatiul.
Ceea ce se petrece intr-un punct determinat si la un moment dat se numeste eveniment. Pentru a preciza pozitia unui eveniment in spatiu trebuie sa se efectueze trei masuratori si sa se indice trei numere de exemplu: latitudinea, longitudinea in raport cu suprafata pamantului. Aceasta informatie este importanta si arata ca spatiul fizic este tridimensional. Nimeni nu stie de ce este asa; desi Aristotel a incercat sa gaseasca o explicatie a acestei probleme. Din punct de vedere matematic se pot defini spatii si cu un numar de dimensiuni mai mare sau mai mic decat trei. Insa aceste posibilitati nu apar in realitate si din motive necunoscute natura si-a ales ca arena de desfasurare a evenimentelor spatiul cu trei dimensiuni.
Cele trei numere care determina pozitia unui eveniment in spatiu se numesc coordonate spatiale. Pentru descrierea pozitiei in spatiu a evenimentelor R. Descartes (1596-1650) a ales un sistem de coordonate rectanguar denumit sistem de coordonate cartezian.
Pentru indicarea momentului in care s-a produs evenimentul este necesara o singura masuratoare si deci, indicarea unui singur numar. Cu alte cuvinte timpul este unidimensional. Aceasta proprietate este atat de inerenta gandirii noastre incat este greu chiar de imaginat un univers ipotetic cu un timp multidimensional.
Axa timpului are un singur sens care indica asa numita directie a timpului. Prin aceasta, masuratoarea temporara se deosebeste fundamental de masuratorile spatiale. Vorbind despre directia timpului se constata ca toate evenimentele se produc intr-o succesiune determinata si anume de la trecut spre viitor. Pentru toti observatorii, aceasta succesiune a evenimentelor
intr-un punct dat al spatiului este una si aceeasi. Aceasta proprietate importanta este legata de notiunea de cauzalitate. Intotdeauna pe baza unei relatii cauza-efect intre doua evenimente care se produc in acelasi punct si poate indica univoc care din ele este cauza si care este efectul, deoarece, prin definitie cauza precede efectul.
Axele spatiale nu au un sens privilegiat de exemplu un eveniment care se petrece in dreapta unui observator va apare in stanga unui alt observator, care sta fata in fata cu primul.
Pentru descrierea miscarii, corpurilor se alege un sistem de coordonate in sensul geometric si un sistem de ceasornice. Ansamblul format din axele de coordonate si ceasornice se numeste sistem de referinta sau pe scurt referential. Folosind un sistem de referinta se poate caracteriza un eveniment prin trei coordonate spatiale si o coordonata temporala.