假如国际中的一切物质都瞬间消失，空间是否还会存在？艾萨克·牛顿的答案是必定的。在牛顿的眼中，空间就像《星际迷航》里的全息甲板——一个三维的虚拟实际网络，上面投射有模仿的人和物。正如牛顿在其《原理》中所写：“肯定空间，就其赋性而言，与外界任何事物无关，并且永远是相同的和不动的。”
这一理论在日常日子中颇具说服力。我向东走，你向西走，但邮局仍在原地不动：参照系坚持不变。但与牛顿一起代的德国数学家和哲学家莱布尼茨不信任肯定空间这个观念，以为假如组成国际的很多物体都消失的话，空间就不再具有任何含义。事实上，假如将太空作为调查目标，莱布尼茨的理论会更站得住脚，由于在太空中，你能注意到的只要你和太阳的间隔，以及彼此间相对运动的很多行星。莱布尼茨以为仅有合理的解说是，空间是“相对的”：空间仅仅你与其他物体间不断改变的间隔以及其他物体彼此间的间隔，并非“肯定实际”。
这与牛顿的观念恰恰相反。肯定空间的影响十分简略调查，牛顿也经过旋转水桶试验对其进行了证明。试验听上去很简略，但它引发了时至今日仍未中止的关于空间、时刻、运动、加快度和力气的争辩。
从原理上讲，牛顿要求人们幻想被绳子吊着的一桶水。将水桶朝顺时针方向滚动，绳子就开端被拧紧。甩手后会发作什么？木桶会逆时针滚动，先慢后快。与此一起，正如牛顿描绘的，“水的外表会从中心下降，并在桶壁升高，就像一个漏斗相同”。一开端，木桶和水一起滚动，终究，木桶转速变慢，并反方向滚动；水的转速也放缓，水面逐步归于水平。
高中生都学过的离心力与此试验有些联系，但究竟是什么使水沿着桶壁升高呢？牛顿以为，它不是水相对于水桶的
运动，由于当水滚动最厉害时，水的外表改变最大，与水桶同步。当然，木桶和水相对于地球在滚动，但这也不是答案，由于假如在太空中进行相同的试验，成果是相同的。
在牛顿看来，对水桶试验的仅有解说是，水相对于肯定空间在旋转。这也与惯性力有关，惯性力回绝物体在运动速度和方向上的任何改变。当水桶和水转起来时，桶壁阻挡了水的直线运动，使其沿桶壁推升。
为什么物体自身具有惯性力？奥地利物理学家马赫信任，任何关于运动和惯性力的解说，包含水桶中水的运动，都与国际中其他的物质有关。在马赫看来，地球自身也是扩大版的水桶：自数十亿年前太阳系构成后，地球就开端旋转，赤道也像旋转木桶中的水相同“杰出来”。
假如地球中止自转，而它周围的行星和恒星环绕它滚动，赤道还会杰出来吗？
牛顿的答复是否定的：没有旋转，就没有杰出。可是马赫以为答案取决于物体的惯性力从何而来。假如物体的惯性力是国际中很多物质发生的某种效果的成果，那么行星依然会有杰出，由于其他行星和恒星仍在它周围旋转。这便是马赫的相对理论：不止运动是相对的，惯性力也是物体和国际中其他物体之间的联系。假如马赫的观念是正确的，恒星和星系，或远或近，都在某种含义上刻画了地球的形状，以及水在牛顿水桶试验中的漏斗造型。可是马赫并没有阐明那些悠远的恒星和星系怎么发挥自己的效果，即便到了今日，答案依然很不明亮。
年青的爱因斯坦或许是马赫最忠诚的读者，他尽力将这一观念命名为马赫原理，并将这一原理与他的引力理论——广义相对论——相结合。
爱因斯坦理论的巨大成功是对牛顿肯定空间的终究一击。可是没有了肯定空间，咱们仍要考虑怎么解说牛顿的木桶试验。在其畅销书《国际的结构》中，物理学家布莱恩·格林指出，尽管爱因斯坦的理论排除了牛顿的肯定空间，但仍阐明时空这一四维空间结构是肯定的。人们或许会在游行的持续时刻或游行部队间的间隔上有不合，可是在游行部队的起点和结尾之间的时空间隔上没有不合。这比较难以幻想，由于咱们不能一起看到四个维度，但爱因斯坦的理论公式能够证明这一点。
可是，这还不是格林对物质的终究结论。物理学家以为赋予粒子质量的希格斯场充满整个国际。尽管爱因斯坦的时空可当作丈量加快度的参照系，但希格斯场有一点做得更好：它对任何经过它的物质发生阻力，这样就能够解说为什么物体一开端就具有惯性力。
还有一个主意来自亚利桑那州立大学的物理学家保罗·戴维斯。他指出，“空”的空间其实是亚原子粒子弹进或弹出而构成的一个时间短的欢腾的泡沫，并以为这种量子的“真空嬉闹”能够代替肯定空间。
现在，由牛顿的水桶试验引发的有关空间和运动、质量和惯性力的观念仍在困扰着物理学家和哲学家。某种东西使水沿着桶壁上升，但它究竟是时空结构、希格斯场仍是某种量子泡沫，仍有待调查。
国际源于一维？
粒子物理学现有的规范模型尽管能够解说绝大部分的国际，却在大爆炸后的高能状况下失效了。这是丧命的问题。例如，规范模型一直无法解说为何国际在加快胀大，并且也无法把微观和微观物体的物理规则相连接。绝大多数理论物理学家以为，这种缺点意味着高能状况发生了新的物理规则，或许包含了新粒子和额定的、不行见的空间维度。
布朗大学的物理学家格雷格·兰茨贝格和搭档提出了使规范模型适用于高能状况的简略办法：让国际的维度消失。假如炙热的重生国际只要一维，跟着它的扩张和冷却才取得更多的维度，那么一些物理学的恶疾就奇特地治好了。
兰茨贝格主张把这种维度减小的国际幻想成手织的挂毯。这个挂毯描绘了三维国际的场景，人物和景象的透视与实际相同。可是假如向它接近，会发现它越来越像一块二维的布。而在扩大镜下看，才发现它其实是一根一维的线经过杂乱的方法组合在一起的。
