宇宙学原理认为，宇宙作为一个整体，在时间上是演化的，即有时间箭头，在空间上是均匀各向同性的。
20世纪中期，提出的大爆炸宇宙模型，解释了河外星系红移，预言了宇宙微波背景辐射，对于宇宙的演化、星系的形成、轻元素的丰度等都能给出了基本上与天文观测相一致的解释，也解决了牛顿体系无法建立宇宙图像的问题。
可以说，宇宙作为一个演化的整体的认识的一个重要成就和标志。然而，前面提到的奇点，却又处在宇宙大爆炸的起点或星系核或黑洞的中心，这就给宇宙起源、星系演化带来新的问题。
量子理论的时空观，20世纪初物理学从经典力学到量子理论的变革，对于空间和时间的观念同样引起了革命性的变化，也引起物理学界的窘迫。
量子力学描述的系统的空间位置和动量、时间和能量无法同时精确测量，他们满足不确定度关系；经典轨道不再有精确的意义等，如何理解量子力学以及有关测量的实质，一直存在争论。20世纪末，关于量子纠缠、量子隐形传输、量子信息等的研究对于时间-空间密切相关的因果性、定域性等重要概念，也带来新的问题和挑战。
量子力学与狭义相对论的结合导致的量子电动力学、量子场论、电弱统一模型，包括描述强作用的量子色动力学在内的标准模型，虽然取得很大成功，但也带来一些挑战性的疑难。在深刻改变着一些有关时间-空间的重要概念的同时，也带来了一些原则问题。
如真空不空、存在着零点能和真空涨落，大大改变了物理学对于真空的认识。
在此基础上，量子电动力学的微扰论计算可给出与实验精密符合的结果，然而这个微扰展开却是不合理的。对称性破缺的机制使传递弱作用的中间玻色子获得质量，然而黑格斯场的真空期望值和前面提到的零点能，在一定意义上相当于宇宙常数，其数值却比天文观测的宇宙学常数大了几十到一百多个数量级。
量子色动力学描述夸克和胶子之间的互相作用，但夸克和胶子却被囚禁在强子内部，至今没有发现自由的夸克和胶子，这个问题可能与真空的性质相关。
另一方面，量子理论预示，在10^-33厘米、10^-43秒这样小的空间-时间尺度上，空间-时间的经典概念将不再适用。要解决这个问题，必须建立理论上自洽的量子引力理论，即量子时空理论。然而，量子理论和广义相对论如何结合一直没有解决。一个或许有希望的候选者是超弦理论或m理论。
可是，在量子意义上自洽的超弦理论或m理论，只能在一维时间-九维空间或一维时间-十维空间上实现。这就引起一些深刻的问题，如何回到一维时间-三维空间。
为什么现实的空间是三维的，时间是一维的，或许宇宙仅仅是高维时空中的“一片”可称之为“膜”。