В Древнем мире...

«В Древнем мире могли делать хорошие часы, но не делали. Просто нужды не было. Точные часы начали делать во время Великих географических открытий. Когда корабли вышли в открытое море. Понять свое местоположение по широте можно по высоте солнца, для определения долготы нужны часы», — поясняет Сергей Вятчанин, заведующий кафедрой физики колебаний физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Корабельный хронометр Харрисона в XVIII веке ошибся только на 15 секунд за пятимесячное плавание. Этого оказалось достаточно, чтобы хорошо определять координаты на глобусе с точностью до нескольких миль.
В середине XX века появились атомные часы — самые точные на сегодняшний день. В них в качестве периодического процесса используются собственные колебания, связанные с процессами, происходящими на уровне атомов или молекул. С 1967 года международная система единиц СИ определяет одну секунду как 9;192;631;770 периодов электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Время идет в одну сторону
 
Стрела времени в классической, не квантовой, физике летит в одном направлении из прошлого через настоящее в будущее. (О возможностях путешествий во времени почитайте здесь.) Важное свойство времени — его связь с причинностью. Все, происходящее в наблюдаемом нами мире имеет причину, и причина всегда появляется во времени раньше, чем следствие.
При этом с точки зрения квантовой физики все уравнения симметричны по обращению времени — законы природы сохраняются. Но мы этого не видим. Чашка упала со стола — разбилась. Но никогда осколки с пола не подпрыгивают и не собираются назад в чашку. И четкого ответа, почему это так, пока нет. Возможно, дело в колоссальной сложности нашей материи и процессов, протекающих в ней.
Время и события относительны
Время соотносится с пространством: в зависимости от скорости. Два наблюдателя, движущиеся относительно друг друга, даже могут по-разному представлять себе порядок событий, происходящих в разных точках.
Пространство и время в некотором роде «разговаривают» с материей. Масса и энергия искривляют пространство-время. Каждое массивное тело, каждый сгусток энергии делает «вмятину» в пространстве-времени. Именно из-за искривления пространства и замедления времени самая быстрая из планет Солнечной системы, Меркурий, вращается вокруг Солнца не так, как остальные планеты: не в точности по эллипсу, а по эллипсу, который с течением времени сам поворачивается — пусть и на совсем малый угол.
«Вблизи Солнца этот эффект слаб, хотя и измерим, но вблизи черных дыр он становится настолько сильным, что там движение космических тел абсолютно не похоже на движение наших планет», —  говорит Владимир Сурдин, старший научный сотрудник Государственного Астрономического Института им. Штернберга.
Вообще, то, что мы воспринимаем как эффект гравитации — и есть искривление пространства и замедление времени, вызванные наличием материи. Чтобы замедлить время заметно, нам потребуется что-то с очень сильной гравитацией. Черные дыры — области пространства, где гравитация столь сильная, что не дает вырваться наружу даже свету. (А мы помним, что свет — самое быстрое во Вселенной). Поверхность, ограничивающая эту область пространства, называется горизонтом событий. Пространство и время там перемешаны.
«То есть рассматривать время отдельно можно только при слабом гравитационном поле или при небольших скоростях. С нашей точки космонавт никогда не пересечет горизонта событий черной дыры. Его космический корабль остановится — с нашей точки зрения время там остановилось, и космонавт бесконечно долго живет в этом растянутом для нас, замедленном времени. При этом со своей точки зрения космонавт свободно падает в центр черной дыры, а поскольку в центре черной дыры находится сингулярность, приливные силы возрастают до бесконечности, он будет разорван. И получается, что с нашей точки зрения космонавт жив, а с его собственной — мертв», — объясняет заведующий кафедрой астрофизики и звездной астрономии астрономического отделения физического факультета МГУ Анатолий Черепащук.
Начало времени, или Вселенная размером с яблоко
 
При таких плотностях материи время, по-видимому, перестает существовать. Мы ведь помним, что говорить о времени — значит иметь способ его измерения. А это требует наличия некоего физического процесса. Оказывается, есть сверхмалый масштаб, в который никакие физические процессы не вмещаются — планковское время.
«Ничего в мире не может быть короче, чем 10 в минус 43 степени секунды. Это безумно маленькое время, но меньшего не бывает. Нет процессов, которые протекают быстрее, в принципе. Квантовая механика не позволяет это делать, — ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН и Астрокосмического центра ФИАН Борис Штерн.
Глядя на разбегающиеся прочь галактики и на характер реликтового излучения, заполняющего космос, ученые сделали вывод о том, что вся наблюдаемая Вселенная некогда занимала очень малый объем. Скажем размером с яблоко. А незадолго до того — с вишню. Мысленно идя вспять, мы подбираемся к тем самым планковским, сверхвысоким, плотностям материи и энергии. И заодно к вопросу о начале времени.
 «Чтобы говорить о времени, нам нужно, чтобы была некая его процедура измерения. Для того, что было до Большого Взрыва, таковой неизвестно. Начиная с Большого Взрыва, у нас появляются частицы и поля, поэтому, с точки зрения физики, логично говорить, что время, видимо, появилось в момент Большого Взрыва», — объясняет старший научный сотрудник отдела теоретической физики ФИАН Илья Типунин.
Время в параллельных вселенных — не одинаково
 
Время может еще и «расщепиться» для разных наблюдателей, если они оказываются в областях, которые никак и никогда не могут быть друг с другом связаны. Такие области часто называют параллельными вселенными. Если там, в других вселенных, есть время, то оно никак не связано с нашим, не может быть никак с ним сопоставлено.
«Во Вселенной есть достаточно сильно гравитационно связанные области, типа нашей галактики. Конечно, внутри таких областей мы прекрасно можем пользоваться обычными, общими понятиями времени. Если у нас будет потеряна между какими-то областями Вселенной связь, с помощью света или физических взаимодействий, например, — то мы, соответственно, ничего не сможем сказать и о течении времени там», — Илья Типунин.
Параллельные вселенные могли бы не иметь времени вовсе (там было бы скучно: ничего не происходило) или, скажем, иметь два времени.
Всему приходит конец. И времени — тоже
 
Более ясные представления есть о том, что же случится в конце концов с окружающей нас Вселенной. Судьба ее, вероятно, — стать почти пустой, когда материя разлетится на атомы и кварки со все возрастающей скоростью. В такой Вселенной будет не просто скучно — там в конце концов исчезнет и время.
«Если обсуждать ситуацию, когда все продолжает экспоненциально расширяться и остались только частицы, которые разлетелись так далеко, что одна на другую повлиять не может, тогда непонятно, зачем вводить время. Что характеризовать, ведь нет изменений. Значимость времени пропадает с упрощением системы», — рассказывает профессор кафедры физики частиц и космологии физфака МГУ Дмитрий Горбунов.
В древности время воспринималось как спокойное и неизменное, одно для всех. Как же все изменилось! Можно, пожалуй, вспомнить фразу одного компьютерно-фантастического персонажа: «Большинство людей полагают, что время — это река, которая всегда течет в одном направлении. Но я видел истинное лицо времени, и могу уверить вас, что они ошибаются. Время — это бушующий океан».
Новая гипотеза предполагает, что Больших взрывов в начале Вселенной могло быть два