Vrijeme je svima poznato, a opet ga je teško definirati i razumjeti. Znanost, filozofija, religija i umjetnost imaju različite definicije vremena, ali sustav mjerenja je relativno dosljedan.
Satovi se temelje na sekundi, minutama i satima. Iako su se osnove tih jedinica tijekom povijesti mijenjale, korijeni sežu sve do drevne Sumerije. Moderna međunarodna jedinica vremena, druga, definirana je elektroničkim prijelazom cezijev atom. Ali što je točno vrijeme?
Fizičari definiraju vrijeme kao napredovanje događaja iz prošlosti u sadašnjost u budućnost. U osnovi, ako je sustav nepromjenjiv, on je bezvremenski. Vrijeme se može smatrati četvrtom dimenzijom stvarnosti, koja se koristi za opisivanje događaja u trodimenzionalnom prostoru. To nije nešto što možemo vidjeti, dodirnuti ili okusiti, ali možemo izmjeriti njegov prolazak.
Jednadžbe fizike djeluju podjednako dobro da li se vrijeme kreće naprijed u budućnost (pozitivno vrijeme) ili unatrag u prošlost (negativno vrijeme.) Međutim, vrijeme u prirodnom svijetu ima jedan smjer, nazvan
strelica vremena. Pitanje zašto je vrijeme nepovratno jedno je od najvećih neriješenih pitanja u znanosti.Jedno je objašnjenje da prirodni svijet slijedi zakone termodinamike. drugi zakon termodinamike navodi da unutar zatvorenog sustava entropija sustava ostaje konstantna ili se povećava. Ako se svemir smatra zatvorenim sustavom, njegova se entropija (stupanj poremećaja) nikada ne može smanjiti. Drugim riječima, svemir se ne može vratiti u potpuno isto stanje u kojem je bio u ranijoj točki. Vrijeme se ne može pomaknuti unatrag.
U klasičnoj mehanici vrijeme je svugdje isto. Sinkronizirani satovi ostaju u dogovoru. Ipak znamo iz Einsteinove posebne i opće relativnosti da je vrijeme relativno. To ovisi o referentnom okviru promatrača. To može rezultirati u vremenska dilatacija, gdje vrijeme između događaja postaje duže (pomnoženo) što se bliže putuje brzinom svjetlosti. Pomični satovi teče sporije nego stacionarni satovi, a efekt postaje izraženiji kako se pomiče sat brzina svjetlosti. Satovi u mlazovima ili u orbiti rekordno su vrijeme sporije od onih na Zemlji, čestice muona propadaju sporije pri padu i Michelson-Morley eksperiment potvrđena kontrakcija dužine i vremenska dilatacija.
Putovanje vremenom znači pomicanje prema naprijed ili nazad prema različitim točkama u vremenu, slično kao što se možete kretati između različitih točaka u prostoru. Skokovi naprijed u vremenu događaju se u prirodi. Astronauti na Međunarodnoj svemirskoj stanici skaču naprijed u vremenu kad se vrate na Zemlju zbog sporijeg kretanja u odnosu na stanicu.
Ideja o putujući unatrag u vrijememeđutim, stvara probleme. Jedno je pitanje kauzalitet ili uzrok i posljedica. Pomicanje unatrag u vremenu moglo bi izazvati vremenski paradoks. "Paradoks djeda" je klasičan primjer. Prema paradoksu, ako putujete unatrag u vremenu i ubijete djeda prije nego što se majka ili otac rodio, mogli biste spriječiti vlastito rođenje. Mnogi fizičari smatraju da je putovanje u prošlost nemoguće, ali postoje rješenja vremenskog paradoksa, poput putovanja između paralelni svemiri ili grane.
Ljudski mozak je spreman pratiti vrijeme. Suprachiasmatic jezgre mozga je regija odgovorna za dnevne ili cirkadijanske ritmove. Ali neurotransmiteri i lijekovi utječu na vremensku percepciju. Kemikalije koje pobuđuju neurone pa pucaju brže nego normalno ubrzavaju vrijeme, dok smanjeno pucanje neurona usporava percepciju vremena. U osnovi, kad se čini da vrijeme ubrzava, mozak u razmaku razlikuje više događaja. U tom pogledu, čini se da vrijeme zaista leti kad se neko zabavlja.
Čini se da se vrijeme usporava tijekom hitnih slučajeva ili opasnosti. Znanstvenici s Medicinskog fakulteta u Houstonu Baylor kažu da mozak zapravo ne ubrzava, ali amigdala postaje aktivnija. Amigdala je regija mozga koja stvara sjećanja. Što se više sjećanja oblikuje, vrijeme se čini povučenim.
Isti fenomen objašnjava zašto čini se da stariji ljudi percipiraju vrijeme kao da se kreće brže nego kad su bili mlađi. Psiholozi vjeruju da mozak stvara više sjećanja na nova iskustva nego sjećanja na poznata. Budući da se kasnije u životu izgrađuje manje novih sjećanja, čini se da vrijeme brže prolazi.
Što se tiče svemira, vrijeme je imalo početak. Polazište je bilo 13.799 milijardi godina prije Veliki prasak dogodila. Kozmičko pozadinsko zračenje možemo izmjeriti kao mikrotalasi iz Velikog praska, ali nema zračenja ranijeg podrijetla. Jedan argument za porijeklo vremena je da bi se, ako se beskonačno produžilo unatrag, noćno nebo ispunilo svjetlošću starijih zvijezda.
Hoće li vrijeme završiti? Odgovor na ovo pitanje nije poznat. Ako se svemir širi zauvijek, vrijeme bi se nastavilo. Ako se dogodi novi Veliki prasak, naša bi se vremenska linija završila i započela bi nova. U eksperimentima fizike čestica, slučajni čestice nastaju iz vakuuma, pa ne izgleda vjerovatno da bi svemir postao statičan ili bezvremenski. Samo će vrijeme pokazati.