mały|Zegar-budzik mały|Drewniana klepsydra do odmierzania czasu Czas – wielkość fizyczna służąca do opisu kolejności zdarzeń, trwania procesów i odstępów między nimi. W szerszym sensie jest także podstawowym pojęciem filozoficznym, odnoszącym się do relacji między przeszłością, teraźniejszością i przyszłością. W naukach przyrodniczych czas mierzy się za pomocą zegarów i kalendarzy, a jego jednostką podstawową w układzie SI jest sekunda. We współczesnej fizyce czas jest związany z przestrzenią w pojęciu czasoprzestrzeni, a jego bieg zależy od ruchu obserwatora i pola grawitacyjnego.
Czas porządkuje opis zmian od skali codziennej po kosmologiczną. Można go mierzyć w ułamkach sekundy, dobach, latach, a w naukach o Wszechświecie także w miliardach lat. W życiu społecznym porządkuje rytm doby, kalendarz i organizację pracy, a w kosmologii pozwala opisywać dzieje Wszechświata od Wielkiego Wybuchu.
Definicja Pojęcie czasu należy do najbardziej podstawowych, a zarazem najbardziej wieloznacznych kategorii opisu rzeczywistości. W zastosowaniach praktycznych czas pozwala uporządkować zdarzenia, porównywać czas trwania procesów i wyznaczać chwile według przyjętej skali. W filozofii pytanie o czas dotyczy również tego, czy jest on własnością świata, sposobem porządkowania doświadczenia, czy też relacją między zmianami i stanami rzeczy.
W fizyce stosuje się przede wszystkim definicję operacyjną: czas jest tym, co wskazuje odpowiednio zdefiniowany zegar. Takie ujęcie nie rozstrzyga o „istocie” czasu, ale umożliwia jego ścisły pomiar i porównywanie wyników w nauce oraz technice.
Trudność definicyjna polega między innymi na tym, że pojęcie czasu pełni różne role w odmiennych dziedzinach. W naukach przyrodniczych jest wielkością mierzalną, w historii służy do budowania chronologii, w informatyce i technice porządkuje sekwencje operacji, a w filozofii i psychologii odnosi się także do przeżywania zmiany, pamięci i oczekiwania. Z tego powodu próby stworzenia jednej całkowicie ogólnej definicji czasu często prowadzą do błędnego koła lub definicji zbyt ubogich, by objąć wszystkie te zastosowania.
Tradycyjnie czas wyznaczano przez obserwację ruchów okresowych, takich jak pozorny ruch Słońca, fazy Księżyca czy wahania wahadła. Nowsze systemy, w tym GPS i inne systemy satelitarne oraz współczesne zegary atomowe, odrywają pomiar czasu od prostego lokalnego doświadczenia i wymagają dokładnej synchronizacji między odległymi układami odniesienia.
Pomiar czasu Pomiar czasu opiera się na zjawiskach powtarzalnych lub na umownych skalach czasu służących do wyznaczania chwil i przedziałów czasu. W praktyce dłuższe odcinki organizuje się za pomocą kalendarzy, a krótsze mierzy zegarami. Współczesne systemy czasu łączą tradycyjne następstwo dni, miesięcy i lat z bardzo dokładnymi wzorcami atomowymi.
Metody pomiaru czasu ( ) mają zazwyczaj dwie podstawowe postacie. Pierwszą jest kalendarz, matematyczne narzędzie organizujące dłuższe przedziały czasu na Ziemi, drugą zaś zegar, fizyczny mechanizm lub układ wskazujący upływ czasu w krótszych odstępach. Połączenie obu tych metod pozwala wyznaczyć konkretny moment względem przyjętej epoki odniesienia.
W praktyce naukowej i technicznej pomiar czasu jest nierozerwalnie związany z synchronizacją. Nie wystarczy bowiem, aby pojedynczy zegar działał stabilnie, jeśli jego wskazań nie można porównać z innymi systemami. Dlatego nowoczesna metrologia czasu obejmuje zarówno budowę wzorców, jak i przesyłanie oraz porównywanie sygnałów, a także utrzymywanie wspólnych skal dla laboratoriów, sieci telekomunikacyjnych i systemów nawigacyjnych.
Historia kalendarza Najstarsze kalendarze opierały się na obserwacjach ruchów ciał niebieskich, zwłaszcza następstwa dni, faz Księżyca oraz zmian pór roku. W rezultacie rozwinęły się kalendarze księżycowe, księżycowo-słoneczne i słoneczne. Już w starożytności kalendarz pełnił funkcję nie tylko astronomiczną, ale też administracyjną, religijną i rolniczą, porządkując święta, pobór podatków i cykl prac sezonowych.
W świecie śródziemnomorskim istotne znaczenie miały reformy kalendarza rzymskiego. Kalendarz juliański, wprowadzony w 45 roku p.n.e., uporządkował rachubę dni przez regularny rok przestępny, lecz nadal lekko rozmijał się z rokiem zwrotnikowym. Dlatego w XVI wieku przyjęto kalendarz gregoriański, który skorygował narastające przesunięcie dat względem roku słonecznego i stał się podstawowym kalendarzem cywilnym w znacznej części świata.
Wiele dawnych kalendarzy miało charakter księżycowy lub księżycowo-słoneczny. Bez odpowiednich interkalacji pory roku szybko przesuwałyby się względem miesięcy, dlatego w różnych kulturach wprowadzano dodatkowe miesiące lub korekty dni. Liczby dwanaście i trzynaście uzyskały przez to znaczenie kulturowe, ponieważ odpowiadają relacji między miesiącami księżycowymi a rokiem słonecznym.
W innych częściach świata wykształciły się odmienne, często bardzo złożone systemy kalendarzowe. W Mezoameryce cywilizacja Majów używała kilku powiązanych kalendarzy, łączących funkcje religijne i astronomiczne. Z kolei w epoce nowoczesnej próbę pełnej racjonalizacji rachuby czasu podjęto podczas rewolucji francuskiej, gdy wprowadzono kalendarz republikański, ostatecznie zarzucony po kilku latach.
Historia przyrządów do pomiaru czasu mały|Poziomy zegar słoneczny w Canberze Do historycznych urządzeń służących do pomiaru czasu należały między innymi zegary słoneczne, klepsydry, zegary wodne i wczesne zegary mechaniczne. Każde z tych narzędzi mierzyło czas pośrednio, przez ruch cienia, przepływ cieczy, przesypywanie się piasku albo regularny ruch mechanizmu. Ich dokładność była ograniczona, ale wystarczała do potrzeb życia codziennego, religii, żeglugi czy organizacji pracy.
Już w starożytności pojawiały się bardziej złożone konstrukcje. Tradycja przypisuje Platonowi zegar wodny z funkcją budzika, a Ktezybiosowi udoskonalenie klepsydr przez zastosowanie regulatorów przepływu i elementów automatyki. W XI wieku chińscy konstruktorzy budowali już zegary mechaniczne z mechanizmem wychwytowym, co stało się jednym z ważnych kroków ku późniejszej precyzyjnej chronometrii.
Przełomem w dziejach zegarów było rozwinięcie mechanizmów wychwytowych, a następnie zegarów wahadłowych. W czasach nowożytnych duże znaczenie uzyskały również chronometry morskie, pozwalające dokładniej wyznaczać długość geograficzną. W XX wieku zegary kwarcowe, a później atomowe, umożliwiły zastąpienie dawnych standardów astronomicznych znacznie stabilniejszymi wzorcami opartymi na własnościach atomów.
Szczególną rolę odegrały zegary słoneczne, które dzieliły dzień na mniejsze części na podstawie cienia rzucanego przez gnomon, oraz zegary wodne, używane także nocą. W świecie antycznym i średniowieczu wykorzystywano również świece, kadzidła, dzwony klasztorne i inne urządzenia pozwalające rytmizować modlitwę, pracę, żeglugę i obserwacje astronomiczne.
Rozwój precyzyjnych zegarów był silnie związany z nawigacją i astronomią. Chronometr morski umożliwił dokładniejsze wyznaczanie długości geograficznej, a zegary atomowe stały się podstawą kalibracji innych systemów czasu. Współcześnie globalna synchronizacja czasu odbywa się między innymi przy użyciu GPS oraz protokołów sieciowych, takich jak Network Time Protocol, dzięki którym wiele urządzeń może współdziałać w jednej skali czasowej.
Jednostki czasu Podstawową jednostką czasu w układzie SI i w systemie CGS jest sekunda (s).
Używa się także jednostek spoza SI dopuszczonych do używania wraz z SI, takich jak minuta (60 s), godzina (60 min) i doba (24 h). Ponadto szeroko stosuje się jednostki kalendarzowe, takie jak tydzień, miesiąc i rok.
Do częściej używanych jednostek praktycznych należy także kwadrans, a do dłuższych jednostek kalendarzowych wiek i tysiąclecie.
W nauce stosuje się także jednostki bardzo małe, opisywane przez przedrostki SI, oraz jednostki szczególne, takie jak czas Plancka, używany w fizyce teoretycznej. W astronomii i geodezji wykorzystuje się ponadto jednostki związane z ruchem Ziemi lub z przyjętymi skalami współrzędnych czasu.
Długość doby cywilnej może wynosić 23, 24 lub 25 godzin wskutek zmian czasu sezonowego. W skali UTC doba liczy zwykle 86 400 sekund; w razie sekundy przestępnej może liczyć 86 401 sekund, a teoretycznie także 86 399 sekund, choć dotąd nie zastosowano ujemnej sekundy przestępnej.
Terminologia W naukach ścisłych i technicznych słowo „czas” odnosi się do kilku blisko związanych, ale różnych pojęć. Może oznaczać zarówno chwilę, czyli punkt na osi czasu, jak i przedział czasu, czyli odcinek ograniczony dwiema chwilami. Z chwilą wiąże się data, rozumiana jako oznaczenie przypisane danej chwili w określonej skali czasu, natomiast z przedziałem czasu wiąże się trwanie wyrażane na przykład w sekundach, minutach albo dniach.
W szerszym sensie termin ten odnosi się także do chronologii, czyli uporządkowania zdarzeń według następstwa, oraz do periodyzacji, która grupuje dzieje lub procesy przyrodnicze na kolejne epoki i okresy. W tym znaczeniu czas jest nie tylko wielkością fizyczną, lecz także ramą porządkującą opis historii, astronomii, geologii i życia społecznego.
Definicje sekundy W historii nauki stosowano trzy podstawowe sposoby definiowania sekundy: jako ułamek średniej doby słonecznej, jako ułamek roku zwrotnikowego dla epoki 1900 oraz przez ustaloną częstotliwość promieniowania odpowiadającego przejściu nadsubtelnemu w atomie cezu-133.
Przez długi czas sekunda była traktowana jako 1/86 400 średniej doby słonecznej. Rozwój dokładniejszych metod obserwacyjnych i zegarów kwarcowych ujawnił jednak, że obrót Ziemi nie jest idealnie jednostajny, dlatego w astronomii wprowadzono następnie czas efemerydalny, a sekundę efemerydalną zdefiniowano jako określony ułamek roku zwrotnikowego dla epoki 1900.
Od 1967 roku definicję sekundy oparto na przejściu nadsubtelnym atomu cezu-133. W obecnym brzmieniu sekunda SI jest definiowana przez przypisanie ustalonej wartości częstotliwości ΔνCs, czyli niezakłóconej częstotliwości przejścia nadsubtelnego stanu podstawowego atomu cezu-133, równej dokładnie 9 192 631 770 Hz; równoważnie oznacza to czas trwania 9 192 631 770 okresów odpowiadającego jej promieniowania. Ujęcie to pozwoliło oprzeć nowoczesne skale czasu na zjawisku znacznie stabilniejszym niż ruch obrotowy Ziemi, a więc stworzyć podstawę dla współczesnych realizacji TAI, UTC, TT i czasu GPS.
Jak podkreśla Główny Urząd Miar, wcześniejsze definicje sekundy były zakotwiczone w średniej dobie słonecznej, natomiast współczesna metrologia czasu opiera się na wzorcach atomowych i coraz dokładniejszych technikach porównań częstotliwości. Rozwój zegarów optycznych sugeruje możliwość dalszego zwiększania dokładności realizacji sekundy, choć sama definicja musi pozostać wspólna i stabilna dla międzynarodowego systemu miar.
Standardy czasu mały|Zegar atomowy w skali układu scalonego Standard czasu to specyfikacja służąca do pomiaru czasu, określająca tempo jego upływu, punkty w czasie albo oba te aspekty naraz. W praktyce standard czasu może definiować zarówno jednostki i odstępy czasu, jak i sposób wyznaczania chwili doby dla zastosowań cywilnych, naukowych i technicznych.
Standaryzowany pomiar czasu opiera się dziś przede wszystkim na zegarach atomowych zliczających kolejne cykle stabilnego zjawiska okresowego. Historycznie standardy czasu opierano głównie na ruchu obrotowym Ziemi, później także na jej ruchu orbitalnym, a współcześnie w większości zastosowań na realizacjach sekundy atomowej.
Współczesne atomowe skale czasu opierają się na definicji sekundy SI, wyrażonej przez ustaloną wartość częstotliwości ΔνCs.
Do najważniejszych współczesnych standardów i skal czasu należą: Międzynarodowy czas atomowy (TAI), tworzony przez Międzynarodowe Biuro Miar i Wag na podstawie uśrednionych wskazań wielu zegarów atomowych działających na całym świecie, UT1, oparty na kącie obrotu Ziemi i wyznaczany z obserwacji astronomicznych oraz geodezyjnych,