Пространство и время служат фундаментальными категориями многих разделов естествознания. Различные биологические, химические, географические, экологические и другие понятия, как правило, имеют определённые пространственно-временные характеристики. На протяжении длительного времени среди исследователей ведутся споры о сущности времени и пространства в естествознании, об их свойствах и функциях.
Представления о времени и пространстве были различными в разные периоды развития естествознания. Картины мира, созданные в разные эпохи, имели собственные пространственно-временные представления. Более того, выбор самих моделей пространства и времени зависит от конкретных целей и масштабов, в которых существует изучаемое явление или объект.
Наши далёкие предки представляли мир маленьким и кратковременным; для них пространство заканчивалось видимыми очертаниями моря и гор. Пространство для них было неоднородным. На территории племени создавались тотемные центры, в которых пространство считалось самым благоприятным. Место, где обитало племя, также наделялось положительными чертами, поскольку здесь были похоронены предки. Что касается представлений о времени, первобытные люди не ощущали его отрезки.
Многочисленные представления о пространстве и времени были характерны для периода античности. Представители древнегреческой Элейской школы отрицали существование не заполненного ничем пространства, т. е. «небытия». В это время возникла геоцентрическая система Птолемея, согласно которой солнце, планеты и другие небесные тела вращаются вокруг Земли по своим орбитам. В данный период система Птолемея выступала в роли универсальной модели мира, согласно которой время было бесконечным, а пространство имело свои границы, связанные с равномерным движением космических тел вокруг нашей планеты.
Большое значение в развитии представлений о пространстве и времени с позиции естествознания имел принцип относительности, сформулированный Галилео Галилеем; расширение данного принципа стало основой формирования современных естественнонаучных представлений о пространстве и времени.
Галилей отметил, что, находясь в помещении под палубой корабля и наблюдая за тем, что в этом помещении происходит, невозможно установить, находится ли корабль в покое или он равномерно и прямолинейно движется. Галилей полагал, что механические движения относительны, а законы, по которым оно определяется, абсолютны, т.е. безотносительны. Данные взгляды коренным образом отличались от общепринятых в данный период представлениях Аристотеля об «абсолютном покое» и «абсолютном движении».
Исаак Ньютон разработал новую картину мира. Он полагал, что закон тяготения действует во всей Вселенной, и пришёл к выводу, что пространство бесконечно. Ведь только при этом условии во Вселенной может находиться такое огромное число гигантских космических объектов – центров гравитации, которые связаны между собой силами тяготения. Время и пространство, по мнению Ньютона, являются вместилищами самих себя, а также всего, что существует во Вселенной.
При этом Ньютоном были выделены два понятия времени и пространства:
Абсолютное время протекает равномерно и не зависит от каких либо внешних факторов; абсолютное пространство неподвижно и существует независимо от каких-либо объектов.
Относительное время – это внешняя мера продолжительности, постигаемая чувствами, которая употребляется в повседневной жизни вместо абсолютного времени (секунда, минута, час, сутки, неделя, месяц, год); относительное пространство представляет собой меру, определяемому органами чувств относительно положения среди других тел, которая в обыденности принимается за неподвижное пространство. Исследуя пространство и время в данном контексте, Исаак Ньютон создал модели абсолютного времени и пространства.
Физическая картина мира, которая была основана на принципе относительности Г. Галилео и на основе теории Ньютона о пространстве и времени, господствовала до конца девятнадцатого столетия.
В современном естествознании используются такие понятия, как:
Биологическое пространство и время являются характеристиками специфических пространственно-временных свойств органической материи: расположение атомов в молекулах аминокислот, временные ритмы изменения внутриорганизменных, организменных и надорганизменных биологических систем, синхронизация и взаимосвязи временных ритмов друг с другом, со сменой времён года, с вращением Земли.
Психологические характеристики пространства и времени связаны с восприятием этих понятий, а также с перцептивными полями (визуальными, слуховыми, тактильными, вкусовыми). При этом исследователи выявили неоднородность перцептивного пространства, его асимметрию, эффект обратимости времени в бессознательных и транспсихических процессах, а также синхронизм психических процессов, который состоит в одновременном параллельном проявлении идентичных психических переживаний у двух и более человек.
Для понимания психологических характеристик времени часто используемся известные слова философа Шопенгауэра о том, что в детстве время идёт очень медленно, в юности гораздо быстрее но всё ещё, по мнению философа, «еле передвигает ноги», в зрелом возрасте время уже «идёт в ногу» с процессами старения, в а пожилом возрасте «мчится, словно стрела».
Другие типы представлений о пространстве и времени также имеют свои специфические особенности.