Ο χρόνος είναι οικείος σε όλους, όμως είναι δύσκολο να καθοριστεί και να κατανοηθεί. Η επιστήμη, η φιλοσοφία, η θρησκεία και οι τέχνες έχουν διαφορετικούς ορισμούς του χρόνου, αλλά το σύστημα μέτρησης είναι σχετικά συνεπές.
Τα ρολόγια βασίζονται σε δευτερόλεπτα, λεπτά και ώρες. Ενώ η βάση για αυτές τις μονάδες έχει αλλάξει σε όλη την ιστορία, εντοπίζουν τις ρίζες τους πίσω στην αρχαία Sumeria. Η σύγχρονη διεθνής μονάδα χρόνου, η δεύτερη, ορίζεται από την ηλεκτρονική μετάβαση του άτομο αζώτου. Αλλά τι είναι ακριβώς ο καιρός;
Οι φυσικοί ορίζουν το χρόνο ως την εξέλιξη των γεγονότων από το παρελθόν στο παρόν στο μέλλον. Βασικά, αν ένα σύστημα είναι αμετάβλητο, είναι διαχρονικό. Ο χρόνος μπορεί να θεωρηθεί ως η τέταρτη διάσταση της πραγματικότητας, που χρησιμοποιείται για την περιγραφή γεγονότων στον τρισδιάστατο χώρο. Δεν είναι κάτι που μπορούμε να δούμε, να αγγίξουμε ή να δοκιμάσουμε, αλλά μπορούμε να μετρήσουμε το πέρασμα του.
Οι εξισώσεις φυσικής λειτουργούν εξίσου καλά αν ο χρόνος κινείται προς τα εμπρός στο μέλλον (θετικός χρόνος) ή πίσω στο παρελθόν (αρνητικός χρόνος.) Ωστόσο, ο χρόνος στον φυσικό κόσμο έχει μια κατεύθυνση, που ονομάζεται ο
βέλος του χρόνου. Το ερώτημα γιατί ο χρόνος είναι μη αναστρέψιμος είναι ένα από τα μεγαλύτερα ανεπίλυτα ερωτήματα στην επιστήμη.Μια εξήγηση είναι ότι ο φυσικός κόσμος ακολουθεί τους νόμους της θερμοδυναμικής. ο δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι μέσα σε ένα κλειστό σύστημα, το την εντροπία του συστήματος παραμένει σταθερή ή αυξάνεται. Εάν το σύμπαν θεωρείται κλειστό σύστημα, η εντροπία του (βαθμός διαταραχής) δεν μπορεί ποτέ να μειωθεί. Με άλλα λόγια, το σύμπαν δεν μπορεί να επιστρέψει στην ίδια κατάσταση στην οποία ήταν σε προγενέστερο σημείο. Ο χρόνος δεν μπορεί να κινηθεί προς τα πίσω.
Στην κλασική μηχανική, ο χρόνος είναι ο ίδιος παντού. Τα συγχρονισμένα ρολόγια παραμένουν σε συμφωνία. Ωστόσο, γνωρίζουμε από την ειδική και γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν ότι ο χρόνος είναι σχετικός. Εξαρτάται από το πλαίσιο αναφοράς ενός παρατηρητή. Αυτό μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα χρονική διαστολή, όπου ο χρόνος μεταξύ γεγονότων γίνεται μακρύτερος (διασταλμένος) όσο πιο κοντά ταξιδεύει στην ταχύτητα του φωτός. Τα κινούμενα ρολόγια τρέχουν πιο αργά από τα σταθερά ρολόγια, με το αποτέλεσμα να γίνεται πιο έντονο καθώς πλησιάζει το ρολόι που κινείται ταχύτητα φωτός. Τα ρολόγια σε τζετ ή σε χρόνο εγγραφής σε τροχιά πιο αργά από αυτά στη Γη, σωματίδια μιονίου να πέφτει πιο αργά όταν πέφτει, και το Michelson-Morley πείραμα επιβεβαιωμένη συστολή μήκους και διαστολή χρόνου.
Το ταξίδι στο χρόνο σημαίνει κίνηση προς τα εμπρός ή προς τα πίσω σε διαφορετικά χρονικά σημεία, σαν να κινηθείτε μεταξύ διαφορετικών σημείων στο διάστημα. Το άλμα προς τα εμπρός στο χρόνο εμφανίζεται στη φύση. Οι αστροναύτες στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό πηδούν εμπρός στο χρόνο όταν επιστρέψουν στη Γη λόγω της βραδύτερης κίνησης τους σε σχέση με το σταθμό.
Η ιδέα του ταξιδεύοντας πίσω στο χρόνο, ωστόσο, δημιουργεί προβλήματα. Ένα ζήτημα είναι η αιτιότητα ή η αιτία και το αποτέλεσμα. Η μετακίνηση πίσω στο χρόνο θα μπορούσε να προκαλέσει ένα χρονικό παράδοξο. Το «παράδοξο παππού» είναι ένα κλασικό παράδειγμα. Σύμφωνα με το παράδοξο, εάν ταξιδέψετε πίσω στο χρόνο και σκοτώσετε τον παππού σας πριν γεννηθεί η μητέρα ή ο πατέρας σας, θα μπορούσατε να αποτρέψετε τη γέννησή σας. Πολλοί φυσικοί πιστεύουν ότι το ταξίδι στο παρελθόν είναι αδύνατο, αλλά υπάρχουν λύσεις σε ένα χρονικό παράδοξο, όπως το ταξίδι μεταξύ παράλληλα σύμπαντα ή σημεία υποκαταστήματος.
Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι εξοπλισμένος για να παρακολουθεί το χρόνο. Οι υπερκασματικοί πυρήνες του εγκεφάλου είναι η περιοχή που είναι υπεύθυνη για καθημερινούς ή κιρκαδικούς ρυθμούς. Αλλά οι νευροδιαβιβαστές και τα φάρμακα επηρεάζουν τις αντιλήψεις του χρόνου. Οι χημικές ουσίες που διεγείρουν τους νευρώνες, ώστε να πυροδοτούν πιο γρήγορα από τον κανονικό χρόνο επιτάχυνσης, ενώ η μειωμένη έκλυση νευρώνων επιβραδύνει την αντίληψη του χρόνου. Βασικά, όταν ο χρόνος φαίνεται να επιταχύνεται, ο εγκέφαλος διακρίνει περισσότερα γεγονότα εντός ενός διαστήματος. Από αυτή την άποψη, ο χρόνος πραγματικά φαίνεται να πετάει όταν κάποιος διασκεδάζει.
Ο χρόνος φαίνεται να επιβραδύνεται σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης ή κινδύνου. Οι επιστήμονες στο Baylor College of Medicine στο Χιούστον λένε ότι ο εγκέφαλος δεν επιταχύνει, αλλά η αμυγδαλή γίνεται πιο ενεργή. Η αμυγδαλή είναι η περιοχή του εγκεφάλου που κάνει αναμνήσεις. Καθώς δημιουργούνται περισσότερες μνήμες, ο χρόνος φαίνεται να εξαντλείται.
Το ίδιο φαινόμενο εξηγεί γιατί οι ηλικιωμένοι φαίνεται να αντιλαμβάνονται ότι ο χρόνος κινείται γρηγορότερα από ό, τι όταν ήταν νεότεροι. Οι ψυχολόγοι πιστεύουν ότι ο εγκέφαλος δημιουργεί περισσότερες αναμνήσεις από νέες εμπειρίες από αυτές των γνωστών. Δεδομένου ότι λιγότερες νέες μνήμες χτίζονται αργότερα στη ζωή, ο χρόνος φαίνεται να περνάει πιο γρήγορα.
Όσον αφορά το σύμπαν, ο χρόνος είχε μια αρχή. Το σημείο εκκίνησης ήταν πριν από 13.799 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν το Μεγάλη έκρηξη συνέβη. Μπορούμε να μετρήσουμε την ακτινοβολία του κοσμικού υποβάθρου ως μικροκύματα από τη Μεγάλη Έκρηξη, αλλά δεν υπάρχει καμία ακτινοβολία με προηγούμενες προελεύσεις. Ένα επιχείρημα για την προέλευση του χρόνου είναι ότι εάν επεκταθεί προς τα πίσω απεριόριστα, ο νυχτερινός ουρανός θα γεμίσει με το φως από τα παλαιότερα αστέρια.
Ο χρόνος θα λήξει; Η απάντηση σε αυτή την ερώτηση είναι άγνωστη. Αν το σύμπαν εξελιχθεί για πάντα, ο χρόνος θα συνεχιστεί. Εάν εμφανιστεί μια νέα Μεγάλη Έκρηξη, η ώρα μας θα τελειώσει και θα ξεκινήσει νέα. Στα πειράματα της σωματιδιακής φυσικής προκύπτουν τυχαία σωματίδια από ένα κενό, οπότε δεν φαίνεται πιθανό το σύμπαν να γίνει στατικό ή διαχρονικό. Μόνο ο χρόνος θα δείξει.