Время - не такая уж постоянная константа.

С начала Вселенной и до наших дней время - одна из немногих вещей, которые мы считаем регулярными и неизменными. Время работает, измеряя периоды между прошлым, настоящим и будущим. 

Но это простой, хотя и расплывчатый ответ на невероятно сложную тему. 

Время окружает нас повсюду и является основой того, как мы фиксируем жизнь на Земле. 

Цивилизации возникают и падают, звезды рождаются и гаснут, а наш метод отслеживания того, как эти моменты соотносятся с настоящим, остается неизменным. Но время не так постоянно и не так просто, как может показаться.

В 17 веке физик Исаак Ньютон

видел время как стрелу, выпущенную из лука, летящую по прямой линии и никогда не отклоняющуюся от своего пути. Для Ньютона одна секунда на Земле была такой же продолжительностью времени, как та же самая секунда на Марсе, Юпитере или в глубоком космосе. Он считал, что абсолютное движение невозможно обнаружить, а это означало, что ничто во Вселенной не имеет постоянной скорости, даже свет. Применяя эту теорию, он смог предположить, что если скорость света может меняться, то время должно быть постоянным. Время должно идти от одной секунды к другой, без разницы в продолжительности любых двух секунд. Это то, что легко считать правдой. В сутках примерно 24 часа; у нас нет ни одного дня с 26 или например с 23 часами.

Однако в 1905 году Альберт Эйнштейн

утверждал, что скорость света не меняется, но является константой, движущейся со скоростью 186 282 мили в секунду (299 792 километра в секунду). Он постулировал, что время больше похоже на реку, приливы и отливы которой зависят от действия гравитации и пространства-времени. Время ускорялось и замедлялось вокруг космологических тел с разными массами и скоростями, и поэтому одна секунда на Земле не была одинаковой продолжительностью во всей Вселенной.

Десятилетия спустя теория Эйнштейна подтвердилась. В октябре 1971 года физики Джозеф Карл Хафеле и Ричард Китинг проверили теорию Эйнштейна, облетев четыре цезиевых атомных часа на самолетах по всему миру, двигаясь на восток, а затем на запад.

В своей статье, опубликованной в 1972 году в журнале Science, Хафеле и Китинг сообщили, что бортовые часы были примерно на 59 наносекунд медленнее, чем наземные атомные часы при движении на восток, и на 273 наносекунды быстрее, чем наземные часы при движении на запад. Их результаты подтвердили теорию Эйнштейна о том, что время во Вселенной колеблется. 

Существует два основных способа измерения времени: динамическое и атомарное время. Первый полагается на движение небесных тел, включая Землю, для отслеживания времени, будь то время вращения далекой вращающейся звезды, такой как пульсар , движение звезды по нашему ночному небу или вращение Земли. Однако, несмотря на вращающуюся звезду, эти методы не всегда полностью точны.

Старое определение секунды основывалось на вращении Земли. Поскольку солнцу требуется один день, чтобы встать на востоке, зайти на западе и снова встать, день был почти произвольно разделен на 24 часа, час на 60 минут и минуту на 60 секунд. Однако Земля не вращается равномерно. Вращение Земли уменьшается примерно на 30 секунд каждые 10 000 лет из-за таких факторов, как приливное трение. Ученые разработали способы учета изменяющейся скорости вращения Земли, вводя дополнительные секунды, но для получения наиболее точного времени нужно измерять еще тоньше.

 Атомное время зависит от энергетического перехода внутри атома определенного элемента, обычно цезия. Определив секунду с помощью количества этих переходов, можно измерить время с точностью до крошечной доли секунды за миллион лет. Определение секунды теперь определяется как 9 192 631 770 переходов внутри атома цезия.

Атомные часы обеспечивают наиболее точный учет времени на Земле. Вся система GPS на орбите вокруг Земли использует атомные часы для точного отслеживания местоположения и передачи данных на планету, в то время как целые научные центры созданы для расчета наиболее точной меры времени — обычно путем измерения переходов внутри атома цезия.

Ученые когда-то думали, что пространство и время отделены друг от друга и что Вселенная представляет собой просто набор космических тел, расположенных в трех измерениях. Однако Эйнштейн ввел понятие времени как четвертого измерения, что означало, что пространство и время неразрывно связаны. Его общая теория относительности предполагает, что пространство-время расширяется и сжимается в зависимости от импульса и массы близлежащей материи.

Спустя много лет после своего предложения общая теория относительности Эйнштейна была доказана благодаря гравитационному зонду НАСА B, который продемонстрировал, что пространство и время действительно связаны. Четыре гироскопа были направлены в сторону далекой звезды, и если бы гравитация не влияла на пространство и время, они оставались бы зафиксированными в одном и том же положении. Однако ученые ясно наблюдали эффект «перетаскивания кадра» из-за гравитации Земли, что означало, что гироскопы очень немного смещались с места. Это говорит о том, что ткань пространства может быть изменена, и если пространство и время связаны, то время может растягиваться и сжиматься под действием гравитации.

Хотя Ньютон и Эйнштейн выдвинули противоречивые теории, чтобы объяснить, как работает время, оба ученых согласились, что время движется только вперед. Пока нет никаких физических доказательств того, что что-либо во Вселенной может уклоняться от времени и двигаться назад или прыгать вперед. И ученые не совсем уверены, почему время движется только вперед, но у них есть теории.

Одна из теорий опирается на второй закон термодинамики . Этот закон гласит, что все во Вселенной имеет тенденцию двигаться от низкой к высокой энтропии или от однородности к беспорядку, начиная с простоты при Большом взрыве и переходя к почти случайному расположению галактик и их обитателей в наши дни. Это известно как «стрела времени» или иногда «временная стрела», вероятно, придуманная британским астрономом Артуром Эддингтоном в 1928 году, как сказал философ-аналитик Хью Прайс на семинаре Пуанкаре в 2006 году.

Эддингтон предположил, что время несимметрично: «Если, передвигаясь по оси времени, мы встречаем больше случайных элементов в состоянии мира, то ось направлена в будущее (положительное время). Если вы обнаружите, что случайных элементов становится меньше, то это означает, что ось направлена в прошлое (отрицательное время», — писал он в « Природе физического мира » в 1928 году. Например, если бы вы наблюдали почти однородную звезду, но позже увидели, как она взорвалась как сверхновая и превратилась в рассеянную туманность, вы бы знали, что время перешло от равенства к хаосу.

Другая теория предполагает, что течение времени связано с нашей расширяющейся Вселенной . Когда Вселенная расширяется, она тянет за собой время, потому что пространство и время связаны как одно целое. Но это означает, что если Вселенная достигнет теоретического предела расширения и начнет сжиматься, то время повернется вспять — небольшой парадокс. Могло ли время действительно повернуться вспять, чтобы все вернулось в эпоху простоты и закончилось «Большим хлопком»?

(В космологии, Большое сжатие (англ.Big Crunch, также употребляется термин «Большой хлопок»[1]) — один из возможных сценариев будущего Вселенной, в котором расширение Вселенной со временем меняется на сжатие, и Вселенная коллапсирует, в конце концов схлопываясь в сингулярность.)

Возможно, у ученых нет ответов на все вопросы, но за последнее столетие они добились впечатляющих успехов в понимании того, как работает время. От древних солнечных часов, показывающих время, до современных атомных часов — теперь мы можем отслеживать течение секунды более точно, чем когда-либо прежде. Время остается сложной темой, но благодаря научным провидцам мы приближаемся к раскрытию секретов этой не такой уж постоянной универсальной константы.