Tiden är bekant för alla, men det är svårt att definiera och förstå. Vetenskap, filosofi, religion och konst har olika definitioner av tid, men systemet för att mäta det är relativt konsekvent.
Klockor baseras på sekunder, minuter och timmar. Även om basen för dessa enheter har förändrats genom historien, spårar de sina rötter tillbaka till antika Sumeria. Den moderna internationella tidsenheten, den andra, definieras av den elektroniska övergången till cesiumatom. Men vad är exakt tid?
Fysiker definierar tid som utvecklingen av händelser från förflutna till nutid in i framtiden. I grund och botten, om ett system är oförändrat, är det tidlöst. Tid kan betraktas som den fjärde dimensionen av verkligheten, som används för att beskriva händelser i tredimensionellt rymd. Det är inte något vi kan se, röra vid eller smaka, men vi kan mäta dess passage.
Fysikekvationer fungerar lika bra oavsett om tiden går framåt (positiv tid) eller bakåt in i det förflutna (negativ tid.) Men tiden i den naturliga världen har en riktning, kallad de
tidens pil. Frågan om varför tiden är irreversibel är en av de största olösta frågorna inom vetenskapen.En förklaring är att den naturliga världen följer termodynamikens lagar. De termodynamikens andra lag säger att inom ett slutet system entropi av systemet förblir konstant eller ökar. Om universum anses vara ett slutet system kan dess entropi (grad av störning) aldrig minska. Med andra ord kan universum inte återgå till exakt samma tillstånd som det var vid en tidigare punkt. Tiden kan inte röra sig bakåt.
I klassisk mekanik är tiden densamma överallt. Synkroniserade klockor förblir överens. Ändå vet vi från Einsteins speciella och allmänna relativitet att tiden är relativ. Det beror på en observatörs referensram. Detta kan resultera i tidsutvidgning, där tiden mellan händelserna blir längre (utvidgad) desto närmare man reser till ljusets hastighet. Rörliga klockor går långsammare än stationära klockor, med effekten blir mer uttalad när den rörliga klockan närmar sig ljus hastighet. Klockor i jetstråler eller i bana registrerar långsammare tid än de på jorden, muonpartiklar sönderfaller långsammare när det faller, och Michelson-Morley-experiment bekräftad längdkontraktion och tidsutvidgning.
Tidsresa innebär att man går framåt eller bakåt till olika punkter i tiden, ungefär som om man kan flytta mellan olika punkter i rymden. Att hoppa framåt i tiden inträffar i naturen. Astronauter på den internationella rymdstationen hoppar framåt i tiden när de återvänder till jorden på grund av dess långsammare rörelse relativt stationen.
Idéen av reser tillbaka i tidenemellertid ger problem. En fråga är kausalitet eller orsak och effekt. Att gå tillbaka i tiden kan orsaka en temporär paradox. "Farfarparadox" är ett klassiskt exempel. Enligt paradoxen, om du reser tillbaka i tiden och dödar din farfar innan din mor eller far föddes, kan du förhindra din egen födelse. Många fysiker tror att tidsresor till det förflutna är omöjligt, men det finns lösningar på en temporär paradox, som att resa mellan parallella universum eller grenpunkter.
Den mänskliga hjärnan är utrustad för att spåra tid. De suprakiasmatiska kärnorna i hjärnan är den region som ansvarar för dagliga rytmer eller dygnsrytmer. Men neurotransmittorer och läkemedel påverkar tidsuppfattningar. Kemikalier som väcker neuroner så att de skjuter snabbare än normalt påskyndar tiden, medan minskad neuronavfyrning bromsar tidsuppfattningen. I grund och botten, när tiden verkar påskyndas, skiljer hjärnan fler händelser inom ett intervall. I detta avseende verkar tiden verkligen flyga när man har roligt.
Tiden verkar avta under nödsituationer eller fara. Forskare vid Baylor College of Medicine i Houston säger att hjärnan inte påskyndas, men amygdala blir mer aktiv. Amygdala är den region i hjärnan som skapar minnen. När fler minnen formar sig verkar tiden dras ut.
Samma fenomen förklarar varför äldre människor uppfattar tiden som rör sig snabbare än när de var yngre. Psykologer tror att hjärnan bildar fler minnen av nya upplevelser än för bekanta. Eftersom färre nya minnen byggs senare i livet verkar tiden gå snabbare.
När det gäller universum hade tiden en början. Utgångspunkten var 13.799 miljarder år sedan när Big Bang inträffade. Vi kan mäta kosmisk bakgrundstrålning som mikrovågor från Big Bang, men det finns ingen strålning med tidigare ursprung. Ett argument för tidens ursprung är att om den sträcker sig bakåt oändligt, skulle natthimlen fyllas med ljus från äldre stjärnor.
Kommer tiden att ta slut? Svaret på denna fråga är okänt. Om universum expanderar för alltid, skulle tiden fortsätta. Om en ny Big Bang inträffar skulle vår tidslinje upphöra och en ny börjar. I partikelfysikförsök uppstår slumpmässiga partiklar från ett vakuum, så det verkar inte troligt att universum skulle bli statiska eller tidlösa. Svaret kommer med tiden.