הזמן מוכר לכולם, ובכל זאת קשה להגדיר ולהבין. למדע, לפילוסופיה, לדת ולאמנויות יש הגדרות שונות של זמן, אך מערכת המדידה שלה עקבית יחסית.
שעונים מבוססים על שניות, דקות ושעות. בעוד הבסיס ליחידות אלה השתנה לאורך ההיסטוריה, הם מתחקים אחר שורשיהם חזרה לסומריה העתיקה. יחידת הזמן הבינלאומית המודרנית, השנייה, מוגדרת על ידי המעבר האלקטרוני של ה- אטום צזיום. אבל מה בדיוק הזמן?
פיזיקאים מגדירים את הזמן כהתקדמות של אירועים מהעבר להווה לעתיד. בעיקרון, אם מערכת אינה משתנה, היא נצחית. זמן יכול להיחשב כממד הרביעי של המציאות, המשמש לתיאור אירועים במרחב התלת מימדי. זה לא משהו שאנחנו יכולים לראות, לגעת או לטעום, אבל אנחנו יכולים למדוד את המעבר שלו.
משוואות הפיזיקה עובדות באותה מידה בין אם הזמן מתקדם לעתיד (זמן חיובי) או לאחור אל העבר (זמן שלילי.) עם זאת, לזמן בעולם הטבע יש כיוון אחד, הנקרא ה חץ הזמן. השאלה מדוע הזמן בלתי הפיך היא אחת השאלות הגדולות והבלתי פתורות במדע.
הסבר אחד הוא שעולם הטבע עוקב אחר חוקי התרמודינמיקה. ה החוק השני של התרמודינמיקה קובע כי בתוך מערכת סגורה, אנטרופיה של המערכת נשאר קבוע או עולה. אם היקום נחשב למערכת סגורה, האנטרופיה שלו (דרגת הפרעה) לעולם לא יכולה לרדת. במילים אחרות, היקום לא יכול לחזור בדיוק לאותו מצב בו היה בנקודה מוקדמת יותר. הזמן לא יכול לנוע אחורה.
במכניקה הקלאסית הזמן זהה בכל מקום. שעונים מסונכרנים נשארים בהסכמה. עם זאת, אנו יודעים מהיחסות המיוחדת והכללית של איינשטיין שהזמן הוא יחסי. זה תלוי במסגרת ההתייחסות של צופה. זה יכול לגרום ל התרחבות הזמן, כאשר הזמן בין האירועים מתארך (מורחב) ככל שמתקרב למהירות האור. שעונים נעים פועלים לאט יותר מאשר שעונים נייחים, כאשר האפקט הופך בולט יותר ככל שמתקרב השעון הנע מהירות האור. שעונים בסילונים או במסלול מסלול מתעדים לאט יותר מאלו על פני כדור הארץ, חלקיקי muon ריקבון לאט יותר כאשר נופלים, וה ניסוי של מייקלסון-מורלי אושר כיווץ אורך והרחבת זמן.
נסיעה בזמן פירושה מעבר קדימה או אחורה לנקודות שונות בזמן, כמו שאתה יכול לנוע בין נקודות שונות בחלל. קפיצה קדימה בזמן מתרחשת בטבע. אסטרונאוטים בתחנת החלל הבינלאומית קופצים קדימה בזמן שהם חוזרים לכדור הארץ בגלל התנועה האיטית שלה יחסית לתחנה.
הרעיון של לנסוע אחורה בזמןעם זאת, מהווה בעיות. נושא אחד הוא סיבתיות או סיבה ותוצאה. מעבר אחורה בזמן עלול לגרום לפרדוקס זמני. "פרדוקס הסבא" הוא דוגמא קלאסית. על פי הפרדוקס, אם תיסע אחורה בזמן ותהרוג את סבא שלך לפני שנולד אמך או אביך, אתה יכול למנוע את לידתך. פיזיקאים רבים מאמינים שנסיעת זמן לעבר אינה אפשרית, אך ישנם פתרונות לפרדוקס זמני, כמו נסיעה בין לבין יקומים מקבילים או נקודות סניף.
המוח האנושי מצויד במעקב אחר הזמן. הגרעינים העל-מוחיים של המוח הם האזור האחראי למקצבים יומיומיים או צמודים. אך מעבירים עצביים ותרופות משפיעים על תפיסות הזמן. כימיקלים שמלהיבים נוירונים כך שהם יורים מהר יותר מהרגיל להאיץ את הזמן, ואילו ירי ירי נוירונים מאט את תפיסת הזמן. בעיקרון, כאשר נראה שהזמן מאיץ, המוח מבדיל יותר אירועים בתוך מרווח זמן. מהבחינה הזו, נראה שהזמן אכן מתעופף כשמבלים.
נראה כי הזמן מאט בזמן חירום או סכנה. מדענים ממכללת ביילור לרפואה ביוסטון אומרים שהמוח לא ממש מאיץ, אבל האמיגדלה הופכת להיות פעילה יותר. האמיגדלה היא אזור המוח שיוצר זיכרונות. ככל שמתגבשים זיכרונות נוספים, נראה שהזמן נמשך.
אותה תופעה מסבירה מדוע נראה כי אנשים מבוגרים תופסים את הזמן כמתקדמים מהר יותר מאשר כשהיו צעירים יותר. פסיכולוגים מאמינים שהמוח יוצר יותר זיכרונות מחוויות חדשות מזו של חוויות מוכרות. מכיוון שפחות זיכרונות חדשים בנויים בהמשך החיים, נראה כי הזמן עובר מהר יותר.
מבחינת היקום, לזמן הייתה התחלה. נקודת המוצא הייתה לפני 13.799 מיליארד שנה כאשר ה המפץ הגדול התרחש. אנו יכולים למדוד קרינת רקע קוסמית כמו מיקרוגל מהמפץ הגדול, אך אין קרינה שמקורה מוקדם יותר. טענה אחת למוצא הזמן היא שאם הוא יתארך לאחור לאין סוף, שמי הלילה היו מתמלאים באור מכוכבים ישנים יותר.
האם הזמן ייגמר? התשובה לשאלה זו אינה ידועה. אם היקום מתרחב לנצח, הזמן היה ממשיך. אם מתרחש מפץ גדול חדש, קו הזמן שלנו היה מסתיים ופתח חדש. בניסויים בפיזיקת החלקיקים, חלקיקים אקראיים נובעים מוואקום, כך שלא נראה כי היקום יהפוך לסטטי או חסר-זמן. רק הזמן יגיד.