Воспринимая мир чувствами человек осознанно или бессознательно препарирует его своим рассудком как скальпелем. Через свой опыт он определяет для себя некоторые понятия посредством которых структурирует окружающую действительность, благодаря им он приводит в порядок свою жизнь и определяет цели. К числу таких понятий наряду с другими относится пространство и время. Являясь частью мира мы ощущаем время и можем определять его даже без часов. Более того, человек способен делать это и в условиях максимально возможной изоляции. Так, были проведены эксперименты в которых тренированные испытуемые помещенные в специальные камеры или глубокие пещеры, с высокой точностью вплоть до процента определяли время. То есть, они угадывали длительность суток с ошибкой до получаса, а продолжительность часа с ошибкой в пару минут. Не является ли время шестым наряду с известными пятью чувством? Большинство ученых уверены что организм обладает такими внутренними часами. Многие физиологические процессы меняются в определенном ритме. В течении суток колебания испытывают наши температура, давление и химический состав крови. Суточный ритм организма связан с вращением земли, имеются колебания связанные с годовым циклом. Хотя достоверно не найдено органа отвечающего за чувство времени подобно тому как глаз является органом зрения, а ухо органом слуха, были сделаны предположения что возможно таким органом является наш мозг. Известный математик, один из создателей кибернетики Норберт Винер выдвинул идею что альфа-ритм мозга и есть самое настоящее тиканье наших внутренних часов.
Древние греки представляли время в трех разных ипостасях, как непрерывное движение и абсолютную необратимость не позволяющую вернуться назад. Как бег по кругу, когда всякое изменение представляли как совокупность вложенных циклов и повторяемость, когда ничего в мире не меняется, но все повторяется. Также были и те кто мыслил время как совокупное движение по кругу и прямой, когда всякий раз время повторяется но уже на новом витке. Одни видели время неразрывно связанным с движением и материей, другие представляли его как нечто отдельное от вещей, отмеряющее меру всякого движения. Человек знакомится со временем через освоение пространства, через цикличные, повторяющиеся явления природы, мысля время как атрибут пространства и происходящих в нем изменений. Пространство в нашем сознании первично, время же представляется как отдельное, независимое но необходимое дополнение к пространству. С развитием физики и установлением основных законов классической механики такое отношение ко времени только укрепилось. Время представляли, текущим равномерно в любой точке необъятной вселенной. Все моменты времени были равноправными и все события одновременные в одной инерциальной системе отсчета считались таковыми же в любой другой движущейся относительно данной с постоянной скоростью. Время и пространство представлялись независимыми друг от друга, абсолютными, однородными и не подверженными никаким изменениям.
Все изменилось с появлением специальной теории относительности (СТО). Двумя постулатами своей теории, коими стали постоянство скорости света и инвариантность т.е. одинаковость интервала ( расстояния между двумя событиями в четырехмерном пространстве-времени) Эйнштейн связал пространство и время в единый континуум. Время перестало быть абсолютным, оно стало разным для различных инерциальных систем. Представление об одновременности событий стало относительным и условным, от абсолютности времени не осталось и следа. Герман Минковский немецкий математик и физик внесший значительный вклад в разработку математического аппарата теории относительности, в 1908 году писал: “Отныне понятия пространства самого по себе и времени самого по себе осуждены на отмирание и превращение в бледные тени, и только своего рода объединение этих понятий сохранит независимость”. Теория относительности установила относительность таких понятий как расстояние и время, и упразднила абсолютность пространства и отдельного от него абсолютного времени. На смену пришла абсолютность иного рода, охватывающая единство четырехмерного пространства –времени. Вместо инвариантности расстояния и времени, Эйнштейном была провозглашена инвариантность интервала между двумя любыми событиями в едином четырехмерном пространстве-времени. Если раньше расстояние и время считались неизменными для любых равномерно движущихся систем, то теперь таким инвариантом стал объединяющий в себе расстояние и временной промежуток интервал между двумя событиями в едином четырехмерном континууме. Каркас единого четырехмерного пространства-времени предстал неизменным и абсолютным в специальной теории относительности. Однако вскоре выяснилось что его неизменность и постоянство не выполняется в условиях гравитации. Согласно уже новой теории относительности получившей название общей (ОТО) тяготение искажает и деформирует идеально правильный каркас пространства-времени. Гравитация проявляет себя через искривление пространства-времени и посредством этого управляет движением тел, поэтому говорят что гравитация носит геометрический характер.
В 20 веке физика развивалась под влиянием одной плодотворной идеи высказанной выдающимся математиком Эмми Нетер в своей одноименной теореме. Эта теорема устанавливает связь между симметрией и законами сохранения в природе. Так например однородность пространства влечет закон сохранения импульса, изотропность, т.е. равноценность всех направлений в пространстве ведет к закону сохранения момента импульса, а однородность времени приводит к закону сохранения энергии. Эти и другие положения теоремы Нетер привели к ряду удивительных выводов и открытий в квантовой механике и физике элементарных частиц. Что касается общей теории относительности, то следствия из теоремы Нетер приводят в ней к серьезным затруднениям. Согласно ОТО тяготение как было сказано выше деформирует пространство-время, замедляет при этом время и следовательно делает его неоднородным. А это, как явствует из теоремы Нетер должно привести к нарушению закона сохранения энергии. Однако мы не наблюдаем хаоса во вселенной к которому должно было привести нарушение этого принципа. Некоторых ученых настолько обеспокоил этот факт что они даже пытались вернуться к назад к абсолютному пространству-времени СТО.
Теория относительности отвечает на вопрос о темпе течения времени и о том что влияет на его замедление. Однако она не отвечает на вопрос почему время вообще течет и чем определяется его направление из прошлого в будущее. Одним из первых физиков попытавшихся ответить на этот вопрос был основатель статистической физики австриец Людвиг Больцман, он связал стрелу времени с необратимыми процессами в природе. К необратимым процессам относятся например процесс выравнивания температуры между двумя телами с разной степенью нагретости, смешивание жидкостей и газов, и разрушения тел. Все явления в природе направлены так что стремятся выровнять температуру, концентрацию, давление и прочие величины физических систем. Такие состояния в котором достигается максимальное выравнивание называется термодинамически равновесными. Больцман предположил что время во вселенной течет в том направлении в котором все процессы протекают необратимо стремясь к установлению равновесного состояния. В этом состоит содержание второго начала термодинамики. Законы классической механики инвариантны относительно обращения времени, т.е они сохраняют свой вид после изменения направления времени на обратное. Это так называемая Т-инвариантность. Но откуда тогда берется необратимость процессов в макроскопических системах состоящих из множества частиц если законы движения каждой отдельной частицы обладают Т-инвариантностью. Ведь выравнивание температуры и перемешивание происходит благодаря механическому движению частиц. Разрешая этот парадокс Больцман указал на то что в физической системе в принципе, в любое время могут быть реализованы любые состояния как равновесные, так и неравновесные. Возьмем к примеру состояние полного смешивания газа и неравновесное состояние разделения компонентов газа, когда частицы одного компонента соберутся в одном месте а другого в другом. Больцман утверждал что оба состояния имеют право быть, однако вероятности этих событий очень сильно разнятся. Частота с которой происходят прямые процессы во много раз превышает частоту с которой возможны обратные процессы.
Наряду с Т-инвариантностью в современной физике рассматриваются также неизменность физических законов относительно так называемой зарядовой сопряженности (С-инвариантность) и зеркального отражения координат (Р- инвариантности или четности). Считалось что операции замены зарядов частиц на противоположные, зеркальной инверсии координат и обращения времени не изменяют вида физических законов. В этом состоит существо так называемой СРТ –теоремы доказанной в начале 50 годов прошлого века Швингером. Справедливость данной теоремы для всех законов физики и всех видов взаимодействий предполагалась незыблемой пока в 1957 году не было обнаружено нарушение СР-инвариантности в слабых взаимодействиях ответственных за процессы распада и превращения частиц. Немного позже было экспериментально установлено нарушение Т-инвариантности в процессах распада нейтральных К-мезонов. Выяснилось что эта частица каким то образом различает прошедшее и будущее время, для нее оно оказалось не равноценным и не симметричным. Трудно вообразить как такое редкое явление как распад К-мезона может быть связано с течением времени всех уголках вселенной. Если и связывать течение времени с каким либо явлением во вселенной то оно должно носить всеобщий, глобальный характер. Такую идею в прошлом веке выдвинул известный астрофизик Артур Эдингтон. Он связал стрелу времени с всеобщим расширением вселенной. Однако не понятно каким способом это космологическое явление способно сообщать всем часам в мире и всем процессам во вселенной о темпе и направлении времени. Может действительно прав был Э. Кант когда утверждал что пространство и время не отражают свойств реального мира, не являются свойством присущим природе как таковой, а скорее является особенностью познавательной способности человека, той формой в которые он облекает свое представление окружающего мира.