Čas je každému známý, přesto je těžké ho definovat a porozumět mu. Věda, filozofie, náboženství a umění mají různé definice času, ale systém měření je relativně konzistentní.
Hodiny jsou založeny na sekundách, minutách a hodinách. Zatímco základ těchto jednotek se v průběhu historie změnil, stopují své kořeny zpět do starověké Sumérie. Moderní mezinárodní jednotka času, druhá, je definována elektronickým přechodem atom cesia. Ale co přesně je čas?
Fyzici definují čas jako postup událostí z minulosti do současnosti do budoucnosti. V zásadě, pokud se systém nemění, je nadčasový. Čas lze považovat za čtvrtou dimenzi reality, která se používá k popisu událostí v trojrozměrném prostoru. Není to něco, co můžeme vidět, dotknout se nebo chutnat, ale můžeme měřit jeho průchod.
Fyzikální rovnice fungují stejně dobře, ať se čas pohybuje vpřed do budoucnosti (pozitivní čas) nebo zpět do minulosti (negativní čas). Avšak čas v přírodním světě má jeden směr, nazývaný šipka času. Otázka, proč je čas nezvratný, je jednou z největších nevyřešených otázek ve vědě.
Jedno vysvětlení je, že přirozený svět se řídí zákony termodynamiky. druhý zákon termodynamiky uvádí, že v uzavřeném systému entropie systému zůstává konstantní nebo se zvyšuje. Pokud je vesmír považován za uzavřený systém, jeho entropie (stupeň poruchy) se nikdy nemůže snížit. Jinými slovy, vesmír se nemůže vrátit do přesně stejného stavu, ve kterém byl dříve. Čas se nemůže posunout zpět.
V klasické mechanice je čas všude stejný. Synchronizované hodiny zůstávají ve shodě. Přesto z Einsteinovy zvláštní a obecné relativity víme, že čas je relativní. Závisí to na referenčním rámci pozorovatele. To může mít za následek časová dilatace, kde se čas mezi událostmi prodlužuje (rozšiřuje), čím blíže se cestuje k rychlosti světla. Pohyblivé hodiny běží pomaleji než stacionární hodiny, přičemž účinek se stává stále výraznějším, jak se pohybující se hodiny přibližují rychlost světla. Hodiny ve tryskách nebo na oběžné dráze zaznamenávají čas pomaleji než hodiny na Zemi, částice muonu když padají pomaleji, a Michelson-Morleyův experiment potvrzená zkrácení délky a časová dilatace.
Časová cesta znamená pohyb vpřed nebo vzad k různým časovým bodům, podobně jako byste se mohli pohybovat mezi různými místy v prostoru. Skok vpřed v čase nastává v přírodě. Astronauti na Mezinárodní vesmírné stanici vyskočí vpřed, když se vracejí na Zemi kvůli svému pomalejšímu pohybu vzhledem ke stanici.
Myšlenka cestování zpět v čase, nicméně, představuje problémy. Jedním z problémů je kauzalita nebo příčina a následek. Návrat zpět v čase může způsobit dočasný paradox. „Dědeček paradox“ je klasickým příkladem. Podle paradoxu, pokud cestujete zpět v čase a zabijete svého dědečka dříve, než se narodila vaše matka nebo otec, můžete zabránit vlastnímu narození. Mnoho fyziků se domnívá, že cestování časem do minulosti je nemožné, ale existují řešení dočasného paradoxu, jako je cestování mezi paralelní vesmíry nebo větvící body.
Lidský mozek je vybaven pro sledování času. Suprachiasmatická jádra mozku je oblast zodpovědná za denní nebo cirkadiánní rytmy. Neurotransmitery a léky však ovlivňují vnímání času. Chemikálie, které vzrušují neurony, takže střílejí rychleji, než je obvyklé, urychlují čas, zatímco snížená palba neuronů zpomaluje vnímání času. V zásadě, když se zdá, že čas zrychluje, mozek rozlišuje více událostí v intervalu. V tomto ohledu se zdá, že čas skutečně letí, když se člověk baví.
Zdá se, že čas se během mimořádných událostí nebo nebezpečí zpomaluje. Vědci z Baylor College of Medicine v Houstonu tvrdí, že mozek se ve skutečnosti nezrychluje, ale amygdala se stává aktivnější. Amygdala je oblast mozku, která si pamatuje. Jak se tvoří více vzpomínek, čas se zdá být vyčerpaný.
Stejný jev vysvětluje, proč se zdá, že starší lidé vnímají čas jako rychlejší pohyb, než když byli mladší. Psychologové věří, že mozek vytváří více vzpomínek na nové zážitky než na ty známé. Protože se později v životě buduje méně nových vzpomínek, zdá se, že čas plyne rychleji.
Pokud jde o vesmír, čas začal. Počáteční bod byl před 13,799 miliardami let, když Velký třesk došlo. Můžeme měřit kosmické záření pozadí jako mikrovlny z Velkého třesku, ale neexistuje žádné záření s dřívějším původem. Jedním z argumentů pro původ času je to, že pokud by se nekonečně rozšířil dozadu, noční obloha by byla naplněna světlem ze starších hvězd.
Skončí čas? Odpověď na tuto otázku není známa. Pokud by se vesmír navždy rozšiřoval, čas by pokračoval. Pokud dojde k novému velkému třesku, naše časová linie skončí a začne nová. V experimentech s fyzikou částic vznikají náhodné částice z vakua, takže se nezdá pravděpodobné, že by se vesmír stal statickým nebo nadčasovým. Pouze čas ukáže.