Czas jest znany wszystkim, ale trudno go zdefiniować i zrozumieć. Nauka, filozofia, religia i sztuka mają różne definicje czasu, ale system jego pomiaru jest względnie spójny.
Zegary są oparte na sekundach, minutach i godzinach. Choć podstawa tych jednostek zmieniła się w całej historii, ich korzenie sięgają starożytnej Sumerii. Współczesna międzynarodowa jednostka czasu, druga, jest definiowana przez elektroniczną przemianę atom cezu. Ale czym dokładnie jest czas?
Fizycy definiują czas jako postęp wydarzeń z przeszłości do teraźniejszości w przyszłość. Zasadniczo, jeśli system się nie zmienia, jest ponadczasowy. Czas można uznać za czwarty wymiar rzeczywistości, używany do opisywania wydarzeń w przestrzeni trójwymiarowej. Nie jest to coś, co możemy zobaczyć, dotknąć lub posmakować, ale możemy zmierzyć jego przejście.
Równania fizyki działają równie dobrze, niezależnie od tego, czy czas płynie do przodu (czas dodatni), czy też wstecz w przeszłość (czas ujemny). Jednak czas w świecie przyrody ma jeden kierunek, zwany
strzała czasu. Pytanie, dlaczego czas jest nieodwracalny, jest jednym z największych nierozwiązanych pytań w nauce.Jednym z wyjaśnień jest to, że świat przyrody przestrzega praw termodynamiki. The druga zasada termodynamiki stwierdza, że w zamkniętym systemie entropia systemu pozostaje stały lub wzrasta. Jeśli wszechświat uważany jest za układ zamknięty, jego entropia (stopień zaburzenia) nigdy nie może się zmniejszyć. Innymi słowy, wszechświat nie może wrócić do dokładnie tego samego stanu, w jakim był wcześniej. Czas nie może się cofnąć.
W mechanice klasycznej czas jest wszędzie taki sam. Zsynchronizowane zegary pozostają w zgodzie. Jednak ze specjalnej i ogólnej teorii względności Einsteina wiemy, że czas jest względny. To zależy od układu odniesienia obserwatora. Może to spowodować dylatacja czasu, gdy czas między zdarzeniami wydłuża się (rozszerza), tym bardziej zbliża się do prędkości światła. Zegary poruszają się wolniej niż zegary stacjonarne, przy czym efekt staje się wyraźniejszy w miarę zbliżania się zegara prędkość światła. Zegary w dżetach lub na orbicie rejestrują czas wolniej niż na Ziemi, cząsteczki mionowe rozpadają się wolniej podczas upadku, a Eksperyment Michelsona-Morleya potwierdzony skurcz długości i dylatacja czasu.
Podróż w czasie oznacza przemieszczanie się do przodu lub do tyłu do różnych punktów w czasie, podobnie jak możesz poruszać się między różnymi punktami w przestrzeni. Skakanie do przodu w czasie występuje w naturze. Astronauci na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej skaczą do przodu w czasie, gdy wracają na Ziemię z powodu jej wolniejszego ruchu w stosunku do stacji.
Pomysł cofanie się w czasiestwarza jednak problemy. Jednym z problemów jest przyczynowość lub przyczyna i skutek. Cofnięcie się w czasie może spowodować tymczasowy paradoks. „Paradoks dziadka” jest klasycznym przykładem. Zgodnie z paradoksem, jeśli cofniesz się w czasie i zabijesz dziadka przed narodzinami matki lub ojca, możesz zapobiec własnemu porodowi. Wielu fizyków uważa, że podróż w czasie do przeszłości jest niemożliwa, ale istnieją rozwiązania doczesnego paradoksu, takie jak podróżowanie między równoległe wszechświaty lub punkty rozgałęzienia.
Ludzki mózg jest przystosowany do śledzenia czasu. Jądra suprachiasmatyczne mózgu to region odpowiedzialny za rytmy dobowe lub dobowe. Ale neuroprzekaźniki i leki wpływają na postrzeganie czasu. Substancje chemiczne, które pobudzają neurony, aby strzelały szybciej niż normalnie, przyspieszają, a zmniejszone wyzwalanie neuronów spowalnia postrzeganie czasu. Zasadniczo, kiedy wydaje się, że czas przyspiesza, mózg rozróżnia więcej zdarzeń w danym przedziale czasowym. Pod tym względem czas naprawdę płynie, gdy się dobrze bawi.
Czas wydaje się zwalniać w sytuacjach awaryjnych lub w niebezpieczeństwie. Naukowcy z Baylor College of Medicine w Houston twierdzą, że mózg tak naprawdę nie przyspiesza, ale ciało migdałowate staje się bardziej aktywne. Ciało migdałowate to obszar mózgu, który tworzy wspomnienia. W miarę jak powstają kolejne wspomnienia, czas wydaje się być wyciągnięty.
To samo zjawisko wyjaśnia, dlaczego starsi ludzie postrzegają czas jako poruszający się szybciej niż wtedy, gdy byli młodsi. Psychologowie uważają, że mózg tworzy więcej wspomnień o nowych doświadczeniach niż o doświadczeniach znajomych. Ponieważ w późniejszym okresie życia powstaje mniej nowych wspomnień, wydaje się, że czas płynie szybciej.
Jeśli chodzi o wszechświat, czas miał początek. Punktem wyjścia był 13,799 miliardów lat temu, kiedy Big Bang wystąpił. Możemy zmierzyć promieniowanie tła kosmicznego jako mikrofale z Wielkiego Wybuchu, ale nie ma promieniowania o wcześniejszym pochodzeniu. Jednym z argumentów przemawiających za początkiem czasu jest to, że gdyby rozciągało się ono w nieskończoność do tyłu, nocne niebo byłoby wypełnione światłem ze starszych gwiazd.
Czy czas się skończy? Odpowiedź na to pytanie jest nieznana. Jeśli wszechświat rozszerzy się na zawsze, czas będzie trwał. Jeśli nastąpi nowy Wielki Wybuch, nasza linia czasu skończy się i rozpocznie się nowa. W eksperymentach z fizyką cząstek cząstki losowe powstają z próżni, więc nie wydaje się prawdopodobne, aby wszechświat stałby się statyczny lub ponadczasowy. Tylko czas powie.