Властивості часу

У класичній фізиці час — неперервна величина, завжди апріорна характеристика світу, нічим не зумовлена. За основу виміру береться якась послідовність подій, про які вважається достовірно відомим, що вони відбуваються через рівні інтервали часу, тобто періодично. На цьому принципі й засновані годинники. Така сама роль часу й у квантовій механіці: поприквантування майже всіх величин, час залишається зовнішнім, неквантованим параметром. У обох випадках «швидкість плину часу» неспроможна від чого-небудь залежати, тому тавтологічно дорівнює константі.

У спеціальній теорії відносності ситуація кардинально змінюється. Час сприймається як частина єдиного простору-часу і, отже, не може не змінюватися при його перетвореннях. Можна казати, що час стає четвертою координатою, щоправда, на відміну просторових координат вона має протилежну сигнатуру. «Швидкість плину часу» стає поняттям «суб'єктивним», залежним від системи відліку. Ситуація ускладнюється у загальній теорії відносності, де «швидкість плину часу» залежить також від близькості до гравітаційних тіл.

Попри кардинальну зміну ролі у теорії відносності, відповіді на питання «яка природа часу?» немає. Немає також відповіді на питання, чому час безупинний, а не дискретний, і чому ми живемо у світі з одновимірним часом. Втім, у сучасній математичній фізиці вже робляться перші спроби відповісти на ці питання.

Фундаментальною властивістю часу є його однонаправленість. Час завжди протікає від минулого до майбутнього.

Наслідком однорідності часу є закон збереження енергії.

Скорочення проміжку часу в рухомій системі відліку

У спеціальній теорії відносності проміжок часу між двома подіями залежить від системи відліку, тобто є відносним. Якщо для спостерігача в непорушній системі відліку дві події відбулися в одній точці простору через проміжок часу  , то для спостерігача, який рухається зі швидкістю v відносно нерухомої системи відліку, ці події відбудуться через час

,

де c — швидкість світла у вакуумі. Космічний мандрівник, який відлітає до далекої зірки на зорельоті зі швидкістю, близькою до швидкості світла, й повертається на Землю, буде молодшим, ніж люди, що залишалися на рідній планеті (дивіться Парадокс близнят).

Спрямованість часу

Більшість сучасних учених вважають, що різниця між минулим і майбутнім є принциповою. Згідно сучасному рівню розвитку науки, інформація переноситься з минулого в майбутнє, але не навпаки. Другий закон термодинаміки вказує також на накопичення в майбутньому ентропії.

Втім, деякі вчені думають трохи інакше. Стівен Гокінг у своїй книзі «Коротка історія часу: від Великого вибуху до чорних дір» оскаржує твердження, що для фізичних законів існує відмінність між напрямком «вперед» і «назад» у часі. Гокінг обгрунтовує це тим, що передача інформації можлива тільки в тому ж напрямку в часі, в якому зростає загальна ентропіяВсесвіту. Таким чином, Другий закон термодинаміки є тривіальним, оскільки ентропія зростає з часом, тому що ми вимірюємо час в тому напрямку, в якому росте ентропія.

Єдиність минулого вважається досить правдоподібною. Думки вчених щодо наявності або відсутності різних «альтернативних» варіантів майбутнього різні.

Також існує космологічний напрямок часу, де початок часу - великий вибух, а плин часу залежить від розширення Всесвіту.

Відлік часу

Як у класичній, так і у релятивістській фізиці для відліку часу використовується часова координата простору-часу, причому (традиційно) прийнято використовувати знак «+» до майбутнього, а знак «-» до минулого. Проте сенс часової координати в класичному і релятивістскому випадках різний.

Виміряти проміжок часу можливо лише порівнявши його з тривалістю іншої події, яка вважається регулярною. Так, можливо сказати, що місяць січень триває 31 день. У цьому випадку період часу між початком і кінцем місяця порівнюється з регулярною подією — сходом Сонця.

Прилади, призначені для вимірювання коротких проміжків часу, називаються годинниками і хронометрами. Уже в давнину були відомі сонячні годинники. Проте потреби дедалі точнішого визначення проміжків часу потребувало розробки нових приладів, в основі яких лежали б коротші процеси з коротшими періодами. В епоху наукової революції таким базовим процесом для вимірювання часу стали коливання маятника. Коливання маятника і інші типи механічних коливань лежать в основі більшості механічних годинників. Електронні годинники теж використовують коливальні процеси, але вони мають немеханічну природу.

Одиниця часу, секунда визначається Міжнародним бюро мір і ваг на основі цезієвого стандарту.