Laiks ir visiem pazīstams, tomēr to ir grūti definēt un saprast. Zinātnei, filozofijai, reliģijai un mākslai ir dažādas laika definīcijas, taču tā mērīšanas sistēma ir samērā konsekventa.
Pulksteņu pamatā ir sekundes, minūtes un stundas. Lai arī šo vienību pamats vēstures gaitā ir mainījies, to saknes meklējamas senajā Šumerijā. Mūsdienu starptautisko laika vienību, otro, nosaka elektroniskā pāreja cēzija atoms. Bet kas īsti ir laiks?
Fiziķi laiku definē kā notikumu progresēšanu no pagātnes uz tagadni nākotnē. Būtībā, ja sistēma nemainās, tā ir mūžīga. Laiku var uzskatīt par realitātes ceturto dimensiju, ko izmanto, lai aprakstītu notikumus trīsdimensiju telpā. Tas nav kaut kas, ko mēs varam redzēt, pieskarties vai pagaršot, bet mēs varam izmērīt tā pāreju.
Fizikas vienādojumi darbojas vienlīdz labi neatkarīgi no tā, vai laiks virzās uz priekšu nākotnē (pozitīvs laiks) vai atpakaļ pagātnē (negatīvs laiks.) Tomēr laikam dabiskajā pasaulē ir viens virziens, ko sauc laika bultiņa. Jautājums, kāpēc laiks ir neatgriezenisks, ir viens no lielākajiem neatrisinātajiem jautājumiem zinātnē.
Viens izskaidrojums ir tāds, ka dabiskā pasaule seko termodinamikas likumiem. otrais termodinamikas likums paziņo, ka slēgtā sistēmā sistēmas entropija paliek nemainīgs vai palielinās. Ja Visumu uzskata par slēgtu sistēmu, tā entropija (traucējumu pakāpe) nekad nevar samazināties. Citiem vārdiem sakot, Visums nevar atgriezties tieši tajā pašā stāvoklī, kurā tas bija agrākā brīdī. Laiks nevar virzīties atpakaļ.
Klasiskajā mehānikā laiks visur ir vienāds. Sinhronizētie pulksteņi paliek vienojušies. Tomēr no Einšteina īpašās un vispārējās relativitātes zinām, ka laiks ir relatīvs. Tas ir atkarīgs no novērotāja atskaites ietvara. Tas var izraisīt laika dilatācija, kur laiks starp notikumiem kļūst garāks (paplašināts), jo tuvāk brauc gaismas ātrumam. Kustīgie pulksteņi darbojas lēnāk nekā stacionārie pulksteņi, un efekts kļūst izteiktāks, tuvojoties kustīgajam pulkstenim gaismas ātrums. Pulksteņi strūklās vai orbītā reģistrē laiku lēnāk nekā uz Zemes, muonu daļiņas krītot lēnāk sabrūk, un Miķelsona-Morlija eksperiments apstiprināta garuma kontrakcija un laika dilatācija.
Laika ceļojums nozīmē virzību uz priekšu vai atpakaļ uz dažādiem laika punktiem, līdzīgi kā jūs varētu pārvietoties starp dažādiem kosmosa punktiem. Lēkt uz priekšu laikā notiek dabā. Starptautiskās kosmosa stacijas astronauti lēkā uz priekšu laikā, kad atgriežas uz Zemes, jo tā lēnāk pārvietojas attiecībā pret staciju.
Ideja par ceļojot atpakaļ laikātomēr rada problēmas. Viens jautājums ir cēloņsakarība vai cēlonis un sekas. Laika atgriešanās laikā varētu izraisīt īslaicīgu paradoksu. Klasiskais piemērs ir "vectēva paradokss". Saskaņā ar paradoksu, ja jūs ceļojat atpakaļ laikā un nogalināt savu vectēvu pirms mātes vai tēva dzimšanas, jūs varētu novērst savu dzimšanu. Daudzi fiziķi uzskata, ka laika ceļošana uz pagātni nav iespējama, taču ir risinājumi laicīgajam paradoksam, piemēram, ceļot starp paralēli Visumi vai filiāles punkti.
Cilvēka smadzenes ir aprīkotas laika izsekošanai. Smadzeņu suprachiasmatiskie kodoli ir reģions, kas atbild par ikdienas vai diennakts ritmiem. Bet neirotransmiteri un zāles ietekmē laika uztveri. Ķīmiskās vielas, kas uzbudina neironus, tāpēc tie izšauj ātrāk nekā parasti, paātrina laiku, savukārt samazināta neironu izšaušana palēnina laika uztveri. Būtībā, kad šķiet, ka laiks paātrinās, smadzenes noteiktā intervālā izšķir vairāk notikumu. Šajā ziņā šķiet, ka laiks tiešām peld, kad cilvēkam ir jautri.
Šķiet, ka laiks palēninās ārkārtas situāciju vai briesmu laikā. Hjūstonas Baylor Medicīnas koledžas zinātnieki saka, ka smadzenes faktiski nepaātrinās, bet amigdala kļūst aktīvāka. Amigdala ir smadzeņu reģions, kas veido atmiņas. Tā kā atmiņu veidojas vairāk, laiks šķiet izvilkts.
Tāda pati parādība izskaidro, kāpēc vecāki cilvēki laiku uztver kā ātrāk pārvietojamies nekā tad, kad viņi bija jaunāki. Psihologi uzskata, ka smadzenes veido vairāk atmiņu par jaunu pieredzi nekā pazīstamas. Tā kā vēlāk dzīvē tiek uzbūvēts mazāk jaunu atmiņu, šķiet, ka laiks paiet ātrāk.
Ciktāl tas attiecas uz Visumu, laikam bija sākums. Sākuma punkts bija pirms 13,799 miljardiem gadu, kad Lielais sprādziens notika. Mēs varam izmērīt kosmisko fona starojumu kā mikroviļņus no Lielā sprādziena, bet nav radiācijas, kuras izcelsme būtu agrāk. Viens laika rašanās arguments ir tāds, ka, ja tas bezgalīgi pagarinātos atpakaļ, nakts debesis būtu piepildītas ar vecāku zvaigžņu gaismu.
Vai laiks beigsies? Atbilde uz šo jautājumu nav zināma. Ja Visums izplešas uz visiem laikiem, laiks turpinātos. Ja notiks jauns Lielais sprādziens, mūsu laika līnija beigtos un sāksies jauns. Daļiņu fizikas eksperimentos nejaušas daļiņas rodas vakuumā, tāpēc nešķiet, ka Visums kļūtu statisks vai mūžīgs. Tikai laiks rādīs.