Čas je každému známy, napriek tomu je ťažké ho definovať a porozumieť mu. Veda, filozofia, náboženstvo a umenie majú rôzne definície času, ale systém ich merania je pomerne konzistentný.
Hodiny sú založené na sekundách, minútach a hodinách. Kým základňa pre tieto jednotky sa zmenila v celej histórii, ich korene vysledujú späť do starovekej Sumérie. Moderná medzinárodná jednotka času, druhá, je definovaná elektronickým prechodom atóm cézia. Čo presne však je čas?
Fyzici definujú čas ako postup udalostí z minulosti do súčasnosti do budúcnosti. V podstate, ak sa systém nemení, je nadčasový. Čas možno považovať za štvrtú dimenziu reality, ktorá sa používa na opis udalostí v trojrozmernom priestore. Nie je to niečo, čo vidíme, dotýkame sa alebo chutíme, ale môžeme zmerať jeho priechod.
Fyzikálne rovnice fungujú rovnako dobre bez ohľadu na to, či sa čas posunie vpred do budúcnosti (pozitívny čas) alebo späť do minulosti (negatívny čas.) Avšak čas v prírodnom svete má jeden smer, nazývaný šípka času. Otázka, prečo je čas nezvratný, je jednou z najväčších nevyriešených otázok vo vede.
Jedno vysvetlenie je, že prírodný svet sa riadi zákonmi termodynamiky. druhý zákon termodynamiky uvádza, že v rámci uzavretého systému entropia systému zostáva konštantný alebo sa zvyšuje. Ak sa vesmír považuje za uzavretý systém, jeho entropia (stupeň poruchy) sa nikdy nemôže znížiť. Inými slovami, vesmír sa nemôže vrátiť do presne toho istého stavu, v akom bol skôr. Čas sa nemôže posunúť dozadu.
V klasickej mechanike je čas všade rovnaký. Synchronizované hodiny zostávajú v zhode. Z Einsteinovej osobitnej a všeobecnej relativity však vieme, že čas je relatívny. Závisí to od referenčného rámca pozorovateľa. To môže mať za následok dilatácia času, keď sa čas medzi udalosťami predlžuje (dilatuje), tým bližšia sa blíži k rýchlosti svetla. Pohybujúce sa hodiny bežia pomalšie ako stacionárne hodiny, pričom účinok sa stáva zreteľnejším, keď sa približujúce sa hodiny pohybujú rýchlosť svetla. Hodiny v tryskách alebo na obežnej dráhe zaznamenávajú čas pomalšie ako hodiny na Zemi, častice miónov keď klesajú pomalšie a Michelson-Morleyov experiment potvrdená dĺžka kontrakcie a dilatácia času.
Časová cesta znamená pohyb vpred alebo vzad k rôznym časovým bodom, podobne ako by ste sa mohli pohybovať medzi rôznymi bodmi v priestore. Skákanie vpred v čase nastáva v prírode. Astronauti na Medzinárodnej vesmírnej stanici vyskočia vpred, keď sa vrátia na Zem kvôli pomalšiemu pohybu v porovnaní so stanicou.
Myšlienka cestovanie späť v časepredstavuje však problémy. Jedným z problémov je kauzalita alebo príčina a následok. Návrat späť v čase by mohol spôsobiť dočasný paradox. „Dedičský paradox“ je klasickým príkladom. Podľa paradoxu, ak cestujete späť v čase a zabijete starého otca skôr, ako sa narodí vaša matka alebo otec, môžete zabrániť vlastnému narodeniu. Mnohí fyzici sa domnievajú, že cestovanie do minulosti nie je možné, ale existujú riešenia dočasného paradoxu, napríklad cestovanie medzi paralelné vesmíry alebo odbočné body.
Ľudský mozog je vybavený na sledovanie času. Suprachiasmatické jadrá mozgu sú regióny zodpovedné za denné alebo cirkadiánne rytmy. Neurotransmitery a lieky však ovplyvňujú vnímanie času. Chemikálie, ktoré excitujú neuróny, takže pália rýchlejšie ako je obvyklé, urýchľujú čas, zatiaľ čo znížené pálenie neurónov spomaľuje vnímanie času. V zásade, keď sa zdá, že čas sa zrýchľuje, mozog rozlišuje viac udalostí v intervale. V tomto ohľade sa zdá, že čas naozaj letí, keď sa človek baví.
Zdá sa, že čas sa počas mimoriadnych udalostí alebo nebezpečenstva spomaľuje. Vedci z Baylor College of Medicine v Houstone tvrdia, že mozog sa vlastne nezrýchľuje, ale amygdala sa stáva aktívnejšou. Amygdala je oblasť mozgu, ktorá vytvára spomienky. Ako sa viac spomienok tvorí, zdá sa, že čas je vyčerpaný.
Rovnaký jav vysvetľuje, prečo sa zdá, že starší ľudia vnímajú čas ako pohybujúci sa rýchlejšie, ako keď boli mladší. Psychológovia veria, že mozog vytvára viac spomienok na nové skúsenosti ako tie známe. Keďže sa neskôr v živote buduje menej nových spomienok, zdá sa, že čas plynie rýchlejšie.
Pokiaľ ide o vesmír, čas začal. Východiskovým bodom bol 13,799 miliárd rokov, keď Veľký tresk došlo. Kozmické žiarenie v pozadí môžeme merať ako mikrovlny z Veľkého tresku, ale neexistuje žiarenie s pôvodom. Jedným z argumentov pre vznik času je to, že keby sa nekonečne rozširoval dozadu, nočná obloha by bola naplnená svetlom starších hviezd.
Skončí čas? Odpoveď na túto otázku nie je známa. Keby sa vesmír navždy rozširoval, čas by pokračoval. Ak dôjde k novému veľkému tresku, náš časový rozvrh sa skončí a začne nový. V experimentoch s fyzikou častíc vznikajú náhodné častice z vákua, takže sa nezdá pravdepodobné, že by sa vesmír stal statickým alebo nadčasovým. Iba čas ukáže.