เวลา
สัญลักษณ์ทั่วไป	ที
หน่วย SI	วินาที​
หน่วยอื่นๆ	ดูหน่วยเวลา
มิติ	${\displaystyle {\mathsf {T}}}$

ในฟิสิกส์เวลาถูกกำหนดโดยการวัด : เวลาคือสิ่งที่นาฬิกาอ่านได้^{[ 1 ]} ในฟิสิกส์คลาสสิกที่ไม่เกี่ยวข้องกับสัมพัทธภาพ เวลาเป็นปริมาณสเกลาร์ (มักใช้สัญลักษณ์) และเช่นเดียวกับความยาวมวลและประจุ เวลามักจะถูกอธิบายว่าเป็นปริมาณพื้นฐานเวลาสามารถรวมเข้ากับปริมาณทางฟิสิกส์ อื่นๆ ทางคณิตศาสตร์ เพื่อหาแนวคิดอื่นๆ เช่นการเคลื่อนที่พลังงานจลน์และสนาม ที่ขึ้นอยู่กับ เวลา การรักษาเวลาเป็นเรื่องที่ซับซ้อนของปัญหาทางเทคโนโลยีและวิทยาศาสตร์ และเป็นส่วนหนึ่งของรากฐานของการบันทึกข้อมูล ${\displaystyle t}$

ก่อนที่จะมีนาฬิกา เวลาถูกวัดโดยกระบวนการทางกายภาพ^{[ 2 ]}ซึ่งเป็นสิ่งที่เข้าใจได้ในแต่ละยุคสมัยของอารยธรรม: ^{[ 3 ]}

• การปรากฏตัวครั้งแรก (ดู: การขึ้นของดวงอาทิตย์ ) ของดาวซิริอุสเพื่อบ่งบอกถึงการเกิดน้ำท่วมของแม่น้ำไนล์ในแต่ละปี^{[ 3 ]}
• การสลับกันเป็นระยะของกลางวันและกลางคืนดูเหมือนจะเป็นนิรันดร์^{[ 4 ]}
• ตำแหน่งบนขอบฟ้าของการปรากฏครั้งแรกของดวงอาทิตย์ในตอนรุ่งอรุณ^{[ 5 ]}
• ตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้า^{[ 6 ]}
• การกำหนดช่วงเวลาเที่ยงวัน^{[ 7 ]}
• ความยาวของเงาที่เกิดจากนาฬิกาแดด^{[ 8 ]}

ในที่สุด^{[ 9 ] [ 10 ]}ก็สามารถกำหนดลักษณะการผ่านไปของเวลาด้วยเครื่องมือ โดยใช้คำจำกัดความเชิงปฏิบัติการในขณะเดียวกัน แนวคิดเรื่องเวลาของเราก็พัฒนาขึ้น ดังที่แสดงไว้ด้านล่าง^{[ 11 ]}

ในระบบหน่วยสากล (SI) หน่วยของเวลาคือวินาที (สัญลักษณ์: s) โดยมีการกำหนดนิยามไว้ตั้งแต่ปี 1967 ว่า "ระยะเวลาของ..."9 192 631 770คาบของการแผ่รังสี ที่สอดคล้องกับการเปลี่ยนผ่านระหว่าง ระดับไฮเปอร์ไฟน์สอง ระดับ ของสถานะพื้นฐานของ อะตอม ซีเซียม 133" และเป็น หน่วย ฐานSI ^{[ 12 ]}คำจำกัดความนี้อิงตามการทำงานของนาฬิกาอะตอม ซีเซียม นาฬิกาเหล่านี้เริ่มใช้งานได้จริงในฐานะมาตรฐานอ้างอิงหลักหลังจากประมาณปี 1955 และถูกใช้งานมาตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

การประทับเวลาUTC ที่ใช้ทั่วโลกเป็นมาตรฐานเวลาอะตอม ความแม่นยำสัมพัทธ์ของมาตรฐานเวลาดังกล่าวในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 10 ^{−15 [ 13 ]} (ซึ่งสอดคล้องกับ 1 วินาทีในประมาณ 30 ล้านปี) ขั้นตอนที่เล็กที่สุดที่ถือว่าสามารถสังเกตได้ในทางทฤษฎีเรียกว่าเวลาพลังค์ซึ่งประมาณ 5.391×10 ⁻⁴⁴วินาที – ต่ำกว่าความละเอียดของมาตรฐานเวลาปัจจุบันหลายอันดับ

นาฬิกาอะตอมซีเซียมเริ่มใช้งานได้จริงหลังปี 1950 เมื่อความก้าวหน้าทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ทำให้สามารถวัดความถี่ไมโครเวฟที่นาฬิกาสร้างขึ้นได้อย่างน่าเชื่อถือ เมื่อมีความก้าวหน้าเพิ่มเติมการวิจัยนาฬิกาอะตอมก็ก้าวหน้าไปสู่ความถี่ที่สูงขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งสามารถให้ความถูกต้องและเที่ยงตรงที่สูงขึ้นได้ นาฬิกาที่ใช้เทคนิคเหล่านี้ได้รับการพัฒนาขึ้นแล้ว แต่ยังไม่ได้นำมาใช้เป็นมาตรฐานอ้างอิงหลัก

กาลิเลโอนิวตันและคนส่วนใหญ่จนถึงศตวรรษที่ 20 คิดว่าเวลาเท่ากันสำหรับทุกคนทุกที่ นี่คือพื้นฐานของเส้นเวลาซึ่งเวลาเป็นพารามิเตอร์ความเข้าใจสมัยใหม่เกี่ยวกับเวลาอิงตามทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ซึ่งอัตราของเวลาจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ และอวกาศและเวลาถูกรวมเข้าด้วยกันเป็นกาลอวกาศซึ่งเราอาศัยอยู่บนเส้นโลกแทนที่จะเป็นเส้นเวลา ในมุมมองนี้ เวลาเป็นพิกัดตามแบบจำลองจักรวาลวิทยา ที่แพร่หลาย ของ ทฤษฎี บิ๊กแบง เวลาเริ่มต้นขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของ จักรวาลทั้งหมดเมื่อประมาณ 13.8 พันล้านปีก่อน

เพื่อวัดเวลา เราสามารถบันทึกจำนวนครั้ง (เหตุการณ์) ของปรากฏการณ์เป็นระยะๆ ได้ การเกิดซ้ำอย่างสม่ำเสมอของฤดูกาลการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ดวงจันทร์และดวงดาวถูกบันทึกและจัดทำเป็นตารางมานานหลายพันปี ก่อนที่ จะมีการกำหนด กฎทางฟิสิกส์ดวงอาทิตย์เป็นตัวกำหนดการไหลของเวลา แต่เวลาเป็นที่รู้จักเพียงแค่ระดับชั่วโมงมานานหลายพันปีดังนั้น การใช้เข็มนาฬิกาแดด จึง เป็นที่รู้จักไปทั่วโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยูเรเซียและอย่างน้อยก็ลงไปทางใต้ถึงป่าในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้^{[ 15 ]}

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หอดูดาวทางดาราศาสตร์ที่สร้างขึ้นเพื่อจุดประสงค์ทางศาสนา มีความแม่นยำมากพอที่จะตรวจสอบการเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอของดวงดาว และแม้กระทั่งดาวเคราะห์บางดวงได้

ในตอนแรกการบอกเวลาทำด้วยมือโดยนักบวช ต่อมาเพื่อการค้า ยามจึงจดบันทึกเวลาเป็นส่วนหนึ่งของหน้าที่ การคำนวณวันวิษุวัตนาฬิกาทรายและนาฬิกาน้ำมีความแม่นยำมากขึ้นเรื่อยๆ และในที่สุดก็เชื่อถือได้ สำหรับเรือในทะเล มีการใช้ นาฬิกาทรายสำหรับเรือเดินทะเลอุปกรณ์เหล่านี้ช่วยให้กะลาสีเรือสามารถบอกเวลาและคำนวณความเร็วในการเดินเรือได้

ริชาร์ดแห่งวอลลิงฟอร์ด (ค.ศ. 1292–1336) เจ้าอาวาสแห่งอารามเซนต์อัลบันส์ ได้สร้างนาฬิกาเชิงกลเป็นเครื่องจำลอง ระบบสุริยะที่มีชื่อเสียง ราวปี ค.ศ. 1330 ^{[ 16 ] [ 17 ]}

ในสมัยของริชาร์ดแห่งวอลลิงฟอร์ด การใช้เฟืองและกลไกเฟืองทำให้เมืองต่างๆ ในยุโรปสามารถสร้างกลไกเพื่อแสดงเวลาบนนาฬิกาประจำเมืองของตนได้ เมื่อถึงยุคปฏิวัติวิทยาศาสตร์ นาฬิกาก็มีขนาดเล็กลงมากพอที่ครอบครัวต่างๆ จะสามารถใช้ร่วมกันได้ ไม่ว่าจะเป็นนาฬิกาส่วนตัวหรือนาฬิกาพก ในตอนแรก มีเพียงกษัตริย์เท่านั้นที่สามารถซื้อหาได้นาฬิกาแบบลูกตุ้มถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในศตวรรษที่ 18 และ 19 แต่ปัจจุบันถูกแทนที่ด้วย นาฬิกา ควอตซ์และนาฬิกาดิจิทัลไปแล้วนาฬิกาอะตอมสามารถรักษาเวลาได้อย่างแม่นยำในทางทฤษฎีเป็นเวลาหลายล้านปี จึงเหมาะสมสำหรับ การใช้งาน ตามมาตรฐานและทางวิทยาศาสตร์

ในปี ค.ศ. 1583 กาลิเลโอ กาลิเลอี (ค.ศ. 1564–1642) ค้นพบว่าการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกของลูกตุ้มมีคาบคงที่ ซึ่งเขาได้เรียนรู้จากการจับเวลาการเคลื่อนที่ของโคมไฟที่แกว่งไปมา แบบ ฮาร์มอนิกในพิธีมิสซาที่มหาวิหารปิซาด้วยชีพจร ของ เขา^{[ 18 ]}

ในหนังสือวิทยาศาสตร์ใหม่สองเล่ม ของเขา (ค.ศ. 1638) กาลิเลโอใช้นาฬิกาน้ำเพื่อวัดเวลาที่ลูกบอลทองสัมฤทธิ์กลิ้งลงมาตามระนาบเอียง เป็นระยะทางที่ทราบ นาฬิกานี้คือ: ^{[ 19 ]}

...ภาชนะใส่น้ำขนาดใหญ่ถูกวางไว้ในที่สูง ที่ก้นภาชนะนี้มีการบัดกรีท่อขนาดเล็กไว้ ทำให้เกิดลำน้ำบางๆ ซึ่งเราจะเก็บน้ำนั้นไว้ในแก้วใบเล็กๆ ในระหว่างการดำลงไปแต่ละครั้ง ไม่ว่าจะดำลงไปตลอดความยาวของลำน้ำหรือเพียงบางส่วนก็ตาม น้ำที่เก็บได้นั้นจะถูกชั่งน้ำหนักหลังจากการดำลงไปแต่ละครั้งด้วยเครื่องชั่งที่มีความแม่นยำสูง ความแตกต่างและอัตราส่วนของน้ำหนักเหล่านี้ทำให้เราทราบถึงความแตกต่างและอัตราส่วนของเวลา และด้วยความแม่นยำสูงเช่นนี้ แม้จะทำซ้ำหลายๆ ครั้ง ก็ไม่มีความคลาดเคลื่อนที่เห็นได้ชัดในผลลัพธ์

การจัดเตรียมการทดลองของกาลิเลโอเพื่อวัดการไหลของเวลา ตามตัวอักษร เพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ของลูกบอล เกิดขึ้นก่อนคำกล่าวของไอแซค นิวตัน ใน หนังสือ Principia ของเขา ที่ว่า "ฉันไม่ได้นิยามเวลาอวกาศสถานที่และการเคลื่อนที่ ว่าเป็น สิ่งที่ทุกคนรู้จักดี" ^{[ 20 ]}

การแปลงแบบกาลิเลียนนั้นถือว่าเวลาเท่ากันสำหรับทุกกรอบอ้างอิง

ประมาณปี ค.ศ. 1665 เมื่อไอแซค นิวตัน (1643–1727) ได้พิสูจน์การเคลื่อนที่ของวัตถุที่ตกลงมาภายใต้แรงโน้มถ่วงการกำหนดสูตรทางคณิตศาสตร์ที่ชัดเจนครั้งแรกสำหรับฟิสิกส์ในการจัดการกับเวลาจึงเริ่มต้นขึ้น นั่นคือ เวลาเชิงเส้น ซึ่งถูกมองว่าเป็นนาฬิกา สากล

เวลาสัมบูรณ์ เวลาจริง และเวลาทางคณิตศาสตร์ ในตัวของมันเองและโดยธรรมชาติของมันเองจะไหลอย่างสม่ำเสมอโดยไม่คำนึงถึงสิ่งภายนอกใดๆ และเรียกอีกอย่างว่าระยะเวลา: เวลาสัมพัทธ์ เวลาปรากฏ และเวลาทั่วไป คือการวัดระยะเวลาที่รับรู้ได้และภายนอก (ไม่ว่าจะแม่นยำหรือไม่) โดยอาศัยการเคลื่อนที่ ซึ่งมักใช้แทนเวลาจริง เช่น ชั่วโมง วัน เดือน ปี^{[ 21 ]}

กลไกนาฬิกาน้ำที่กาลิเลโออธิบายไว้นั้นถูกออกแบบมาเพื่อให้เกิด การไหล ของน้ำแบบราบเรียบ ในระหว่างการทดลอง ซึ่งจะทำให้มีการไหลของน้ำคงที่ตลอดระยะเวลาการทดลอง และเป็นสิ่งที่นิวตันเรียกว่า " ระยะเวลา "

ในส่วนนี้ ความสัมพันธ์ที่ระบุไว้ด้านล่างจะถือว่าเวลาเป็นพารามิเตอร์ที่ทำหน้าที่เป็นดัชนีบ่งชี้พฤติกรรมของระบบทางกายภาพที่กำลังพิจารณาอยู่ เนื่องจากกฎ ของนิวตัน ถือว่าเวลาไหลในเชิงเส้น (สิ่งที่เขาเรียกว่าเวลาทางคณิตศาสตร์ ) ดังนั้นเวลาจึงอาจถือได้ว่าเป็นพารามิเตอร์ที่เปลี่ยนแปลงในเชิงเส้น เป็นนามธรรมของการเดินหน้าของชั่วโมงบนหน้าปัดนาฬิกา ปฏิทินและบันทึกการเดินเรือจึงสามารถนำมาเชื่อมโยงกับการเดินหน้าของชั่วโมง วัน เดือน ปี และศตวรรษได้

ในปี ค.ศ. 1798 เบนจามิน ทอมป์สัน (ค.ศ. 1753–1814) ค้นพบว่างานสามารถเปลี่ยนเป็นความร้อน ได้ อย่างไม่จำกัด ซึ่งเป็นพื้นฐานของการอนุรักษ์พลังงาน

• กฎข้อที่ 1 ของอุณหพลศาสตร์

ในปี ค.ศ. 1824 ซาดี การ์โนต์ (1796–1832) ได้วิเคราะห์เครื่องจักรไอน้ำ ในเชิงวิทยาศาสตร์ ด้วยวัฏจักรการ์โนต์ซึ่งเป็นเครื่องจักรเชิงนามธรรมรูดอล์ฟ คลอเซียส (1822–1888) สังเกตเห็นการวัดค่าความไม่เป็นระเบียบ หรือเอนโทรปีซึ่งส่งผลต่อปริมาณพลังงานอิสระที่ลดลงอย่างต่อเนื่องซึ่งมีอยู่ในเครื่องจักรการ์โนต์ ดังนี้:

• กฎข้อที่ 2 ของอุณหพลศาสตร์

ดังนั้น การเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องของระบบเทอร์โมไดนามิก จากเอนโทรปีน้อยลงไปสู่เอนโทรปีมากขึ้น ที่อุณหภูมิใดๆ ก็ตาม จะกำหนดทิศทางของเวลาได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสตีเฟน ฮอว์คิงได้ระบุทิศทางของเวลาไว้ 3 ทิศทาง: ^{[ 22 ]}

• ลูกศรแห่งเวลาในเชิงจิตวิทยา – การรับรู้ของเราเกี่ยวกับการไหลเวียนที่ไม่หยุดยั้ง
• ลูกศรแห่งเวลาทางเทอร์โมไดนามิก – โดดเด่นด้วยการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี
• ลูกศรแห่งเวลาทางจักรวาลวิทยา – โดดเด่นด้วยการขยายตัวของจักรวาล

เมื่อเวลาผ่านไป เอนโทรปีจะเพิ่มขึ้นในระบบเทอร์โมไดนามิกที่แยกตัว ในทางตรงกันข้ามเออร์วิน ชโรดิงเกอร์ (1887–1961) ชี้ให้เห็นว่าชีวิตขึ้นอยู่กับ"การไหลของเอนโทรปีเชิงลบ" [ ^{23 ] อิ}ลยา ปริโกจีน (1917–2003) กล่าวว่าระบบเทอร์โมไดนามิกอื่นๆ ซึ่งเช่นเดียวกับชีวิต ก็อยู่ห่างไกลจากสมดุลเช่นกัน สามารถแสดงโครงสร้างเชิงพื้นที่และเวลาที่เสถียรซึ่งชวนให้นึกถึงชีวิตได้ ไม่นานหลังจากนั้นปฏิกิริยาเบลูซอฟ-ซาโบตินสกี^{[ 24 ]}ก็ได้รับการรายงาน ซึ่งแสดงให้เห็นสีที่แกว่งไปมาในสารละลายเคมี^{[ 25 ]}สาขาเทอร์โมไดนามิกที่ไม่สมดุลเหล่านี้ไปถึงจุดแยกสาขาซึ่งไม่เสถียร และสาขาเทอร์โมไดนามิกอื่นก็จะเสถียรขึ้นมาแทนที่^{[ 26 ]}

ในปี ค.ศ. 1864 เจมส์ คลาร์ก แม็กซ์เวลล์ (ค.ศ. 1831–1879) ได้นำเสนอทฤษฎีรวมของไฟฟ้าและแม่เหล็กเขาได้รวมกฎทั้งหมดที่ทราบในขณะนั้นเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทั้งสองเข้าไว้ในสมการสี่สมการ สมการเหล่านี้รู้จักกันในชื่อสมการของแม็กซ์ เวลล์ สำหรับแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งช่วยให้ได้คำตอบในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและแพร่กระจายด้วยความเร็วคงที่cโดยไม่ขึ้นอยู่กับความเร็วของประจุไฟฟ้าที่สร้างคลื่นเหล่านั้น

ข้อเท็จจริงที่ว่าแสงถูกทำนายว่าจะเดินทางด้วยความเร็วc เสมอ จะขัดแย้งกับทฤษฎีสัมพัทธภาพของกาลิเลโอ หากสมมติว่าสมการของแม็กซ์เวลล์ใช้ได้ในกรอบอ้างอิงเฉื่อย ใดๆ (กรอบอ้างอิงที่มีความเร็วคงที่) เพราะการแปลงแบบกาลิเลโอทำนายว่าความเร็วจะลดลง (หรือเพิ่มขึ้น) ในกรอบอ้างอิงของผู้สังเกตที่เคลื่อนที่ขนาน (หรือตรงข้าม) กับแสง

คาดการณ์กันว่าจะมีกรอบอ้างอิงสัมบูรณ์เพียงหนึ่งเดียว นั่นคือกรอบอ้างอิงของอีเธอร์เรืองแสงซึ่งสมการของแม็กซ์เวลล์ยังคงใช้ได้โดยไม่เปลี่ยนแปลงในรูปแบบที่ทราบกันดีอยู่แล้ว

การทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์ล้มเหลวในการตรวจพบความแตกต่างใดๆ ในความเร็วสัมพัทธ์ของแสงอันเนื่องมาจากการเคลื่อนที่ของโลกเมื่อเทียบกับอีเธอร์ที่นำแสง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสมการของแม็กซ์เวลล์นั้นใช้ได้จริงในทุกกรอบอ้างอิง ในปี ค.ศ. 1875 เฮนดริก ลอเรนซ์ (ค.ศ. 1853–1928) ค้นพบการแปลงลอเรนซ์ซึ่งทำให้สมการของแม็กซ์เวลล์ไม่เปลี่ยนแปลง ทำให้สามารถอธิบายผลลัพธ์เชิงลบของมิเชลสันและมอร์ลีย์ได้อองรี ปวงกาเร (ค.ศ. 1854–1912) สังเกตเห็นความสำคัญของการแปลงลอเรนซ์และทำให้เป็นที่นิยม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คำอธิบายเกี่ยวกับรถไฟสามารถพบได้ในScience and Hypothesis [ ^{27 ] ซึ่ง}ตีพิมพ์ก่อนบทความของไอน์สไตน์ในปี ค.ศ. 1905

การแปลงลอเรนซ์ทำนายการหดตัวของอวกาศและการขยายตัวของเวลาจนกระทั่งปี 1905 การหดตัวของอวกาศถูกตีความว่าเป็นการหดตัวทางกายภาพของวัตถุที่เคลื่อนที่สัมพันธ์กับอีเธอร์ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของแรงระหว่างโมเลกุล (ซึ่งมีลักษณะเป็นไฟฟ้า) ในขณะที่การขยายตัวของเวลาถูกมองว่าเป็นเพียงเงื่อนไขทางคณิตศาสตร์เท่านั้น

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ในปี 1905 ท้าทายแนวคิดเรื่องเวลาสัมบูรณ์ และสามารถกำหนดนิยามของการซิงโครไนซ์ ได้เฉพาะ กับนาฬิกาที่แสดงการไหลของเวลาเชิงเส้นเท่านั้น:

ถ้า ณ จุด A ในอวกาศมีนาฬิกาเรือนหนึ่ง ผู้สังเกตการณ์ ณ จุด A สามารถกำหนดค่าเวลาของเหตุการณ์ต่างๆ ที่อยู่ใกล้เคียงกับจุด A ได้โดยการหาตำแหน่งของเข็มนาฬิกาที่ตรงกับเหตุการณ์เหล่านั้น ในทำนองเดียวกัน ถ้า ณ จุด B ในอวกาศมีนาฬิกาอีกเรือนหนึ่งที่เหมือนกับนาฬิกา ณ จุด A ทุกประการ ผู้สังเกตการณ์ ณ จุด B ก็สามารถกำหนดค่าเวลาของเหตุการณ์ต่างๆ ที่อยู่ใกล้เคียงกับจุด B ได้เช่นกัน

แต่หากปราศจากข้อสมมติเพิ่มเติมแล้ว การเปรียบเทียบเหตุการณ์ที่จุด A กับเหตุการณ์ที่จุด B ในแง่ของเวลาเป็นไปไม่ได้ จนถึงขณะนี้เราได้กำหนดไว้เพียง "เวลา A" และ "เวลา B" เท่านั้น

เราไม่ได้กำหนด "เวลา" ร่วมกันสำหรับ A และ B เพราะเวลา B นั้นไม่สามารถกำหนดได้เลย เว้นแต่เราจะกำหนดโดยนิยามว่า "เวลา" ที่แสงใช้ในการเดินทางจาก A ไป B เท่ากับ "เวลา" ที่แสงใช้ในการเดินทางจาก B ไป A สมมติให้ลำแสงเริ่มต้นที่ "เวลา A" t _Aจาก A ไปยัง B สมมติให้ลำแสงสะท้อนที่ B ในทิศทางของ A ที่ "เวลา B" t _B และมาถึง A อีกครั้ง ที่ "เวลา A" t ′ _A

ตามนิยามแล้ว นาฬิกาทั้งสองเรือนจะซิงโครไนซ์กันก็ต่อเมื่อ

${\displaystyle t_{\text{B}}-t_{\text{A}}=t'_{\text{A}}-t_{\text{B}}{\text{.}}\,\!}$

เราถือว่าคำจำกัดความของภาวะประสานกันนี้ปราศจากข้อขัดแย้ง และเป็นไปได้สำหรับจุดจำนวนใดๆ ก็ได้ และความสัมพันธ์ต่อไปนี้ใช้ได้ทั่วไป:—

1. ถ้านาฬิกาที่ B ซิงโครไนซ์กับนาฬิกาที่ A นาฬิกาที่ A ก็จะซิงโครไนซ์กับนาฬิกาที่ B ด้วย
2. ถ้านาฬิกาที่ A ซิงโครไนซ์กับนาฬิกาที่ B และกับนาฬิกาที่ C แล้ว นาฬิกาที่ B และ C ก็จะซิงโครไนซ์กันเองด้วยเช่นกัน

ไอน์สไตน์แสดงให้เห็นว่า หากความเร็วแสงไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างกรอบอ้างอิงต่างๆ พื้นที่และเวลาจะต้องเปลี่ยนแปลงเช่นกัน เพื่อให้ผู้สังเกตที่เคลื่อนที่วัดความเร็วแสงได้เท่ากับผู้สังเกตที่อยู่กับที่ เนื่องจากความเร็วถูกกำหนดโดยพื้นที่และเวลา

${\displaystyle \mathbf {v} ={d\mathbf {r} \over dt}{\text{,}}}$โดยที่rคือตำแหน่ง และtคือเวลา

อันที่จริง การแปลงลอเรนซ์ (สำหรับกรอบอ้างอิงสองกรอบที่เคลื่อนที่สัมพัทธ์กัน โดยที่ แกน xชี้ไปในทิศทางของความเร็วสัมพัทธ์)

${\displaystyle {\begin{cases}t'&=\gamma (t-vx/c^{2}){\text{ โดยที่ }}\gamma =1/{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}\\x'&=\gamma (x-vt)\\y'&=y\\z'&=z\end{cases}}}$

อาจกล่าวได้ว่าเป็นการ "ผสมผสาน" พื้นที่และเวลาในลักษณะที่คล้ายคลึงกับการหมุนแบบยุคลิดรอบ แกน zที่ผสมผสาน พิกัด xและyผลที่ตามมาของสิ่งนี้รวมถึงความสัมพันธ์ของความพร้อมกัน

กล่าวโดยเฉพาะเจาะจงแล้ว การแปลงลอเรนซ์เป็นการหมุนแบบไฮเปอร์โบลิก

${\displaystyle {\begin{pmatrix}ct'\\x'\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}\cosh \phi &-\sinh \phi \\-\sinh \phi &\cosh \phi \end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}ct\\x\end{pmatrix}}{\text{ โดยที่ }}\phi =\operatorname {artanh} \,{\frac {v}{c}}{\text{,}}}$

ซึ่งเป็นการเปลี่ยนพิกัดในปริภูมิ Minkowski สี่มิติ ซึ่งมีมิติหนึ่งคือct (ในปริภูมิยูคลิดการหมุนแบบธรรมดา)

${\displaystyle {\begin{pmatrix}x'\\y'\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}\cos \theta &-\sin \theta \\\sin \theta &\cos \theta \end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}x\\y\end{pmatrix}}}$

(คือการเปลี่ยนพิกัดที่สอดคล้องกัน) ความเร็วแสงcสามารถมองได้ว่าเป็นเพียงตัวแปลงที่จำเป็นเนื่องจากเราวัดมิติของกาลอวกาศในหน่วยที่แตกต่างกัน เนื่องจาก ปัจจุบัน เมตรถูกกำหนดในแง่ของวินาที จึงมี ค่า ที่แน่นอนคือ299,792,458 เมตร/วินาทีเราจะต้องการตัวประกอบที่คล้ายกันในปริภูมิยูคลิดหากตัวอย่างเช่น เราวัดความกว้างในหน่วยไมล์ทะเลและความลึกในหน่วยฟุต ในฟิสิกส์ บางครั้งหน่วยวัดที่c = 1ถูกใช้เพื่อทำให้สมการง่ายขึ้น

เวลาในกรอบอ้างอิงที่ "เคลื่อนที่" จะเดินช้ากว่าในกรอบอ้างอิงที่ "อยู่กับที่" โดยความสัมพันธ์ต่อไปนี้ (ซึ่งสามารถหาได้จากการแปลงลอเรนซ์โดยกำหนดให้ ∆ x ′ = 0, ∆ τ = ∆ t ′):

${\displaystyle \Delta t={{\Delta \tau } \over {\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}}$

ที่ไหน:

• ${\displaystyle \Delta \tau }$คือช่วงเวลาที่อยู่ระหว่างเหตุการณ์สองเหตุการณ์ โดยวัดในกรอบอ้างอิงเคลื่อนที่ซึ่งเหตุการณ์ทั้งสองเกิดขึ้น ณ สถานที่เดียวกัน (เช่น สองจังหวะของนาฬิกาเคลื่อนที่) เรียกว่าเวลาที่แท้จริงระหว่างเหตุการณ์ทั้งสอง
• ${\displaystyle \Delta }$tคือช่วงเวลาที่อยู่ระหว่างเหตุการณ์ทั้งสองนี้ แต่เป็นการวัดในกรอบอ้างอิงคงที่
• vคือความเร็วของกรอบอ้างอิงที่เคลื่อนที่เมื่อเทียบกับกรอบอ้างอิงที่อยู่กับที่
• cคือความเร็วแสง

ดังนั้น วัตถุที่เคลื่อนที่จึงแสดงให้เห็นว่าเวลาผ่านไปช้าลง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการยืดเวลา (Time Dilation )

การแปลงเหล่านี้ใช้ได้เฉพาะกับสองกรอบอ้างอิงที่มี ความเร็วสัมพัทธ์ คงที่เท่านั้นการนำไปใช้กับสถานการณ์อื่นโดยไม่พิจารณาอย่างรอบคอบจะก่อให้เกิดความขัดแย้งเช่นความขัดแย้งของฝาแฝด

ความขัดแย้งนั้นสามารถแก้ไขได้โดยใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ของไอน์สไตน์เป็นต้น ซึ่งใช้เรขาคณิตแบบรีมันน์เรขาคณิตในกรอบอ้างอิงแบบเร่งความเร็วและไม่เฉื่อย โดยใช้เมตริกเทนเซอร์ที่อธิบายปริภูมิมิงโกวสกี :

${\displaystyle \left[(dx^{1})^{2}+(dx^{2})^{2}+(dx^{3})^{2}-c(dt)^{2})\right],}$

ไอน์สไตน์ได้พัฒนาวิธีการแก้ปัญหาทางเรขาคณิตสำหรับการแปลงของลอเรนซ์ซึ่งรักษาไว้ซึ่งสมการของแม็กซ์เวลล์สมการสนามของเขาให้ความสัมพันธ์ที่แม่นยำระหว่างการวัดพื้นที่และเวลาในบริเวณใดบริเวณหนึ่งของปริภูมิเวลาและความหนาแน่นของพลังงานในบริเวณนั้น

สมการของไอน์สไตน์ทำนายว่าเวลาจะเปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากการมีอยู่ของสนามโน้มถ่วง (ดูเมตริกชวาร์ซชิลด์ ):

${\displaystyle T={\frac {dt}{\sqrt {\left(1-{\frac {2GM}{rc^{2}}}\right)dt^{2}-{\frac {1}{c^{2}}}\left(1-{\frac {2GM}{rc^{2}}}\right)^{-1}dr^{2}-{\frac {r^{2}}{c^{2}}}d\theta ^{2}-{\frac {r^{2}}{c^{2}}}\sin ^{2}\theta \;d\phi ^{2}}}}}$

ที่ไหน:

• ${\displaystyle T}$คือการยืดเวลาเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของวัตถุที่อยู่ห่างออกไปเป็นระยะหนึ่ง${\displaystyle r}$
• ${\displaystyle dt}$คือการเปลี่ยนแปลงของเวลาพิกัด หรือช่วงเวลาพิกัด
• ${\displaystyle G}$คือค่าคงที่ความโน้มถ่วง
• ${\displaystyle M}$มวลที่สร้างสนามนั้นคืออะไร
• ${\displaystyle {\sqrt {\left(1-{\frac {2GM}{rc^{2}}}\right)dt^{2}-{\frac {1}{c^{2}}}\left(1-{\frac {2GM}{rc^{2}}}\right)^{-1}dr^{2}-{\frac {r^{2}}{c^{2}}}d\theta ^{2}-{\frac {r^{2}}{c^{2}}}\sin ^{2}\theta \;d\phi ^{2}}}}$คือการเปลี่ยนแปลงของเวลาที่แท้จริง หรือช่วงเวลา ที่แท้จริง ของเวลา${\displaystyle d\tau }$

หรืออาจใช้การประมาณค่าที่ง่ายกว่าดังต่อไปนี้:

${\displaystyle {\frac {dt}{d\tau }}={\frac {1}{\sqrt {1-\left({\frac {2GM}{rc^{2}}}\right)}}}.}$

กล่าวคือ ยิ่งสนามโน้มถ่วงแรงขึ้น (และด้วยเหตุนี้ความเร่ง จึงมากขึ้น ) เวลาจะยิ่งเดินช้าลง การคาดการณ์เรื่องการยืดเวลาได้รับการยืนยันจาก การทดลอง เร่งอนุภาคและ หลักฐาน จากรังสีคอสมิกซึ่งอนุภาคที่เคลื่อนที่จะสลายตัวช้ากว่าอนุภาคที่มีพลังงานน้อยกว่า การยืดเวลาเนื่องจากแรงโน้มถ่วงทำให้เกิดปรากฏการณ์การเลื่อนความถี่เนื่องจากแรงโน้มถ่วงและความล่าช้าในการเดินทางของสัญญาณชาปิโรใกล้กับวัตถุขนาดใหญ่ เช่น ดวงอาทิตย์ระบบระบุตำแหน่งทั่วโลก (GPS)จึงต้องปรับสัญญาณเพื่อชดเชยผลกระทบนี้ด้วย

ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ อนุภาคที่เคลื่อนที่อย่างอิสระจะติดตามประวัติในปริภูมิเวลาที่ทำให้เวลาที่แท้จริงสูงสุด ปรากฏการณ์นี้ยังถูกเรียกว่าหลักการของการแก่ตัวสูงสุด และได้รับการอธิบายโดยเทย์เลอร์และวีลเลอร์ดังนี้: ^{[ 29 ]}

"หลักการของการแก่ตัวแบบสุดขั้ว: เส้นทางที่วัตถุอิสระเคลื่อนที่ระหว่างสองเหตุการณ์ในปริภูมิเวลา คือเส้นทางที่ช่วงเวลาที่ผ่านไประหว่างเหตุการณ์เหล่านั้น ซึ่งบันทึกไว้บนนาฬิกาข้อมือของวัตถุ มีค่าสุดขั้ว"

ทฤษฎีของไอน์สไตน์ได้รับแรงบันดาลใจจากสมมติฐานที่ว่าทุกจุดในจักรวาลสามารถถือได้ว่าเป็น 'ศูนย์กลาง' และในทำนองเดียวกัน ฟิสิกส์จะต้องทำงานเหมือนกันในทุกกรอบอ้างอิง ทฤษฎีที่เรียบง่ายและสง่างามของเขาแสดงให้เห็นว่าเวลาเป็นสิ่งสัมพัทธ์กับกรอบอ้างอิงเฉื่อยในกรอบอ้างอิงเฉื่อยกฎข้อแรกของนิวตันยังคงใช้ได้ กรอบอ้างอิงเฉื่อยมีเรขาคณิตเฉพาะที่ และดังนั้นจึงมีการวัดพื้นที่และเวลา ของ ตัวเองไม่มี 'นาฬิกาสากล'อย่างน้อยที่สุดจะต้องมีการซิงโครไนซ์ระหว่างสองระบบ

มีพารามิเตอร์เวลาในสมการของกลศาสตร์ควอนตัมสมการชโรดิงเกอร์^{[ 30 ]}คือ

${\displaystyle H(t)\left|\psi (t)\right\rangle =i\hbar {\partial \over \partial t}\left|\psi (t)\right\rangle }$

หนึ่งในวิธีแก้ปัญหาคือ

${\displaystyle |\psi _{e}(t)\rangle =e^{-iHt/\hbar }|\psi _{e}(0)\rangle }$.

โดยที่ เรียกว่าตัวดำเนินการวิวัฒนาการตามเวลาและHคือแฮมิลโทเนียน ${\displaystyle e^{-iHt/\hbar }}$

แต่ภาพของชโรดิงเกอร์ที่แสดงไว้ข้างต้นนั้นเทียบเท่ากับภาพของไฮเซนเบิร์กซึ่งมีความคล้ายคลึงกับวงเล็บปัวซงในกลศาสตร์คลาสสิกวงเล็บปัวซงถูกแทนที่ด้วยคอมมิวเทเตอร์ ที่ไม่เป็นศูนย์ เช่น [ H , A ] สำหรับตัวแปรสังเกตได้Aและแฮมิลโทเนียน H:

${\displaystyle {\frac {d}{dt}}A=(i\hbar )^{-1}[A,H]+\left({\frac {\partial A}{\partial t}}\right)_{\mathrm {classical} }.}$

สมการนี้แสดงถึงความสัมพันธ์ของความไม่แน่นอนในฟิสิกส์ควอนตัม ตัวอย่างเช่น เมื่อเวลาผ่านไป (ปริมาณที่สังเกตได้A ) พลังงานE (จากแฮมิลโทเนียนH ) จะให้ผลลัพธ์ดังนี้:

${\displaystyle \Delta E\Delta T\geq {\frac {\hbar }{2}}}$

ที่ไหน

• ${\displaystyle \Delta E}$ความไม่แน่นอนในด้านพลังงาน
• ${\displaystyle \Delta T}$คือความไม่แน่นอนในเรื่องเวลา
• ${\displaystyle \hbar }$คือค่าคงที่ของพลังค์ ที่ลดลง

ยิ่งเราวัดระยะเวลาของลำดับเหตุการณ์ได้อย่างแม่นยำ มาก เท่าใด ความแม่นยำในการวัดพลังงานที่เกี่ยวข้องกับลำดับเหตุการณ์นั้นก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น และในทางกลับกัน สมการนี้แตกต่างจากหลักการความไม่แน่นอนมาตรฐาน เนื่องจากเวลาไม่ใช่ตัวดำเนินการในกลศาสตร์ควอนตัม

ความสัมพันธ์ของ ตัวสลับที่สอดคล้องกันยังใช้ได้กับโมเมนตัมpและตำแหน่งqซึ่งเป็นตัวแปรคู่ควบซึ่งกันและกัน พร้อมด้วยหลักการความไม่แน่นอนที่สอดคล้องกันในโมเมนตัมและตำแหน่ง คล้ายกับความสัมพันธ์ของพลังงานและเวลาข้างต้น

กลศาสตร์ควอนตั มอธิบายคุณสมบัติของตารางธาตุเริ่มต้นจากการทดลองของOtto SternและWalter Gerlach เกี่ยวกับ ลำแสงโมเลกุลในสนามแม่เหล็กIsidor Rabi (1898–1988) สามารถปรับการสั่นพ้องแม่เหล็กของลำแสงได้ ในปี 1945 Rabi เสนอแนะว่าเทคนิคนี้ควรเป็นพื้นฐานของนาฬิกา^{[ 31 ]}โดยใช้ความถี่เรโซแนนซ์ของลำแสงอะตอม ในปี 2021 Jun Ye จาก JILA ใน Boulder รัฐโคโลราโด สังเกตเห็นการยืดเวลาในความแตกต่างของอัตราการเดินของนาฬิกาแบบตาข่ายแสงที่ด้านบนของกลุ่มอะตอมสตรอนเทียม เมื่อเทียบกับด้านล่างของกลุ่มอะตอมนั้น ซึ่งเป็นคอลัมน์สูงหนึ่งมิลลิเมตร ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง^{[ 32 ]}

อาจกล่าวได้ว่าเวลาเป็นพารามิเตอร์ของระบบพลวัตที่ช่วยให้เรขาคณิตของระบบปรากฏและสามารถดำเนินการได้ มีการกล่าวอ้างว่าเวลาเป็นผลสืบเนื่องโดยปริยายของความโกลาหล (เช่นความไม่เป็นเชิงเส้น / ความไม่สามารถย้อนกลับได้ ): เวลาลักษณะเฉพาะหรืออัตรา การผลิต เอนโทรปีของข้อมูลของระบบแมนเดลบร็อตได้แนะนำเวลาที่แท้จริงในหนังสือของเขาเรื่อง Multifractals and 1/f noise

Khemani, Moessner และ Sondhi นิยามผลึกเวลาว่าเป็น "นาฬิกาขนาดใหญ่ที่มีเสถียรภาพและอนุรักษ์ไว้" ^{[ 33 ] : 7}

การส่งสัญญาณเป็นหนึ่งในแอปพลิเคชันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่กล่าวถึงข้างต้น โดยทั่วไปแล้ว สัญญาณเป็นส่วนหนึ่งของการสื่อสารระหว่างบุคคลและสถานที่ต่างๆ ตัวอย่างเช่นริบบิ้นสีเหลืองที่ผูกไว้กับต้นไม้ หรือเสียงระฆังโบสถ์สัญญาณอาจเป็นส่วนหนึ่งของการสนทนาซึ่งเกี่ยวข้องกับระเบียบวิธีการสนทนา สัญญาณอีกอย่างหนึ่งอาจเป็นตำแหน่งของเข็มชั่วโมงบนนาฬิกาประจำเมืองหรือสถานีรถไฟ ผู้ที่สนใจอาจต้องการดูนาฬิกานั้นเพื่อเรียนรู้เวลา ดูเพิ่มเติม: ลูกบอลบอกเวลาซึ่งเป็นรูปแบบแรกเริ่มของ สัญญาณ บอก เวลา

ในฐานะผู้สังเกตการณ์ เรายังคงสามารถส่งสัญญาณไปยังฝ่ายและสถานที่ต่างๆ ได้ตราบใดที่เรายังอยู่ในรัศมีแสงในอดีต ของพวกเขา แต่เราไม่สามารถรับสัญญาณจากฝ่ายและสถานที่ที่อยู่นอกรัศมีแสง ในอดีต ของเราได้

การกำหนดสมการสำหรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถนำไปสู่การก่อตั้ง สาขา โทรคมนาคม ได้

ใน โทรเลขศตวรรษที่ 19 วงจรไฟฟ้าซึ่งบางวงจรทอดยาวข้ามทวีปและมหาสมุทรสามารถส่งรหัส ได้ โดยใช้เพียงจุด ขีด และช่องว่าง จากนั้นจึงเกิดปัญหาทางเทคนิคต่างๆ ขึ้นมากมาย (ดูหมวดหมู่: การซิงโครไนซ์ ) แต่กล่าวได้ว่า ระบบส่งสัญญาณของเราสามารถซิงโครไนซ์ ได้เพียงโดยประมาณเท่านั้น ซึ่งเป็นสภาวะที่ไม่ตรงกัน และ จำเป็นต้องกำจัด ความคลาดเคลื่อน ออกไป

ถึงกระนั้นระบบต่างๆก็สามารถซิงโครไนซ์กันได้ (โดยประมาณทางวิศวกรรม) โดยใช้เทคโนโลยีอย่างเช่นGPSดาวเทียม GPS ต้องคำนึงถึงผลกระทบของแรงโน้มถ่วงและปัจจัยสัมพัทธภาพอื่นๆ ในวงจรของมัน ดูเพิ่มเติมที่: สัญญาณปรับเวลาอัตโนมัติ

มาตรฐานเวลาหลักในสหรัฐอเมริกาในปัจจุบันคือNIST-F1ซึ่งเป็นน้ำพุซีเซียมที่ระบายความร้อนด้วยเลเซอร์^{[ 34 ]}ซึ่งเป็นมาตรฐานเวลาและความถี่ล่าสุดในชุดมาตรฐาน ตั้งแต่ นาฬิกาอะตอมที่ใช้ แอมโมเนีย (1949) ไปจนถึง NBS-1 ที่ใช้ ซีเซียม (1952) และ NIST-7 (1993) ความไม่แน่นอนของนาฬิกาลดลงจาก 10,000 นาโนวินาทีต่อวันเหลือ 0.5 นาโนวินาทีต่อวันใน 5 ทศวรรษ^{[ 35 ]}ในปี 2001 ความไม่แน่นอนของนาฬิกาสำหรับ NIST-F1 คือ 0.1 นาโนวินาทีต่อวัน การพัฒนามาตรฐานความถี่ที่แม่นยำยิ่งขึ้นกำลังดำเนินการอยู่

ในมาตรฐานเวลาและความถี่นี้ กลุ่มอะตอมซีเซียมจะถูกทำให้เย็นลงด้วยเลเซอร์จนถึงอุณหภูมิ 1 ไมโครเคลวินอะตอมเหล่านี้จะรวมตัวกันเป็นทรงกลมที่สร้างขึ้นโดยเลเซอร์ 6 ตัว โดยแต่ละตัวมี 2 ตัวสำหรับแต่ละมิติเชิงพื้นที่ ได้แก่ แนวตั้ง (ขึ้น/ลง) แนวนอน (ซ้าย/ขวา) และหน้า/หลัง เลเซอร์แนวตั้งจะผลักทรงกลมซีเซียมผ่านโพรงไมโครเวฟ เมื่อทรงกลมเย็นลง กลุ่มอะตอมซีเซียมจะเย็นลงจนถึงสถานะพื้นฐานและปล่อยแสงออกมาที่ความถี่ธรรมชาติ ซึ่งระบุไว้ในคำจำกัดความของวินาทีข้างต้น มีการพิจารณาปรากฏการณ์ทางกายภาพ 11 ประการในการปล่อยแสงจากกลุ่มอะตอมซีเซียม ซึ่งจะถูกควบคุมในนาฬิกา NIST-F1 ผลลัพธ์เหล่านี้จะถูกรายงานไปยัง BIPM

นอกจากนี้ ยังมีการรายงานข้อมูล มาเซอร์ไฮโดรเจน อ้างอิง ไปยัง BIPM เพื่อใช้เป็นมาตรฐานความถี่สำหรับTAI ( เวลาอะตอมสากล )

การวัดเวลาอยู่ภายใต้การกำกับดูแลของBIPM ( Bureau International des Poids et Mesures ) ซึ่งตั้งอยู่ที่เมืองเซฟร์ประเทศฝรั่งเศส BIPM มีหน้าที่รับประกันความสม่ำเสมอของการวัดและสามารถตรวจสอบย้อนกลับไปยังระบบหน่วยสากล ( SI ) ทั่วโลก BIPM ดำเนินงานภายใต้อำนาจของอนุสัญญาว่าด้วยมาตรวัดซึ่งเป็นสนธิสัญญาทางการทูตระหว่าง 51 ประเทศสมาชิกของอนุสัญญา ผ่านคณะกรรมการที่ปรึกษาหลายชุด ซึ่งมีสมาชิกเป็นห้องปฏิบัติการ มาตรวิทยา แห่งชาติของแต่ละประเทศ

สมการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนายว่าเอกภพไม่ได้หยุดนิ่ง อย่างไรก็ตาม ไอน์สไตน์ยอมรับเฉพาะเอกภพที่หยุดนิ่ง และปรับเปลี่ยนสมการสนามของไอน์สไตน์เพื่อสะท้อนสิ่งนี้โดยการเพิ่มค่าคงที่จักรวาลวิทยาซึ่งต่อมาเขาอธิบายว่าเป็น "ความผิดพลาดครั้งใหญ่ที่สุด" ของเขา แต่ในปี 1927 จอร์จส์ เลอแมตร์ (1894–1966) ได้โต้แย้งบนพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปว่าเอกภพกำเนิดมาจากการระเบิดในยุคดึกดำบรรพ์ ในการประชุม Solvay ครั้งที่ 5 ในปีนั้น ไอน์สไตน์ได้ปัดเขาออกไปด้วยคำพูดว่า " Vos calculs sont corrects, mais votre physique est abominable. " ^{[ 36 ]} (“คณิตศาสตร์ของคุณถูกต้อง แต่ฟิสิกส์ของคุณน่ารังเกียจ”) ในปี 1929 เอ็ดวิน ฮับเบิล (1889–1953) ประกาศการค้นพบ เอกภพที่กำลังขยายตัวของเขาแบบจำลองจักรวาลวิทยาที่ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปในปัจจุบัน คือแบบจำลองแลมบ์ดา-ซีดีเอ็ม (Lambda-CDM ) มีค่าคงที่จักรวาลวิทยาเป็นบวก ดังนั้นจึงไม่เพียงแต่เป็นจักรวาลที่กำลังขยายตัวเท่านั้น แต่ยังเป็นจักรวาลที่กำลังขยายตัวด้วยความเร่งอีกด้วย

หากเอกภพกำลังขยายตัว เอกภพก็ต้องมีขนาดเล็กกว่ามาก และด้วยเหตุนี้จึงต้องร้อนและหนาแน่นกว่าในอดีตจอร์จ กาโมว์ (1904–1968) ตั้งสมมติฐานว่าความอุดมสมบูรณ์ของธาตุต่างๆ ในตารางธาตุ อาจอธิบายได้ด้วยปฏิกิริยานิวเคลียร์ในเอกภพที่ร้อนและหนาแน่นเฟรด ฮอยล์ (1915–2001) โต้แย้งสมมติฐานนี้ โดยเขาเป็นผู้คิดค้นคำว่า ' บิ๊กแบง ' เพื่อหักล้างสมมติฐานดังกล่าวเฟอร์มิและนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ตั้งข้อสังเกตว่ากระบวนการนี้จะหยุดลงหลังจากที่สร้างธาตุเบาขึ้นมาเท่านั้น ดังนั้นจึงไม่สามารถอธิบายถึงความอุดมสมบูรณ์ของธาตุหนักได้

การทำนายของกาโมว์ระบุว่า อุณหภูมิ การแผ่รังสีของวัตถุดำในเอกภพจะอยู่ที่ 5-10 เคลวิน หลังจากที่เอกภพเย็นตัวลงในระหว่างการขยายตัว ซึ่งได้รับการยืนยันโดย เพนเซียสและวิลสันในปี 1965 การทดลองในเวลาต่อมาได้ผลลัพธ์เป็นอุณหภูมิ 2.7 เคลวิน ซึ่งสอดคล้องกับอายุของเอกภพที่ 13.8 พันล้านปีหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่ (บิ๊กแบง)

ผลลัพธ์ที่น่าทึ่งนี้ได้ก่อให้เกิดประเด็นต่างๆ มากมาย: เกิดอะไรขึ้นระหว่างภาวะเอกฐานของบิ๊กแบงและเวลาพลังค์ ซึ่งท้ายที่สุดแล้วเป็นเวลาที่สังเกตได้เล็กที่สุด เมื่อใดที่เวลาอาจแยกตัวออกจากฟองอวกาศและ เวลา ^{[ 38 ]}มีเพียงเบาะแสที่อิงจากสมมาตรที่แตกหัก (ดูการแตกหักของสมมาตรโดยธรรมชาติไทม์ไลน์ของบิ๊กแบงและบทความในหมวดหมู่:จักรวาลวิทยาเชิงฟิสิกส์ )

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำให้เราเข้าใจแนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับการขยายตัวของจักรวาลที่เริ่มต้นจากบิ๊กแบง การใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพและทฤษฎีควอนตัมทำให้เราสามารถสร้างประวัติศาสตร์ของจักรวาลขึ้นมาใหม่ได้อย่างคร่าวๆ ในยุค ของเรา ซึ่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแพร่กระจายได้โดยไม่ถูกรบกวนจากตัวนำหรือประจุ เราจึงสามารถมองเห็นดวงดาวที่อยู่ห่างไกลจากเราในท้องฟ้ายามค่ำคืนได้ (ก่อนยุคนี้ มีช่วงเวลาหนึ่งก่อนที่จักรวาลจะเย็นตัวลงมากพอที่อิเล็กตรอนและนิวเคลียสจะรวมตัวกันเป็นอะตอม ประมาณ 377,000 ปีหลังจากบิ๊กแบงในช่วงเวลานั้นแสงดาวจะไม่สามารถมองเห็นได้ในระยะไกล)

การกลับมาของIlya Prigogine คือ " เวลามาก่อนการดำรงอยู่ "ตรงกันข้ามกับมุมมองของนิวตัน ไอน์สไตน์ และฟิสิกส์ควอนตัม ซึ่งเสนอมุมมองสมมาตรของเวลา (ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น) Prigogine ชี้ให้เห็นว่าฟิสิกส์เชิงสถิติและเทอร์โมไดนามิกสามารถอธิบาย^{ปรากฏการณ์}ที่ย้อนกลับไม่ได้ [ ^{39 ]}เช่นเดียวกับลูกศรแห่งเวลาและบิ๊กแบง

• พลศาสตร์เชิงสัมพัทธภาพ
• หมวดหมู่: ระบบหน่วย
• เวลาในทางดาราศาสตร์

• บูร์สไตน์, แดเนียล เจ., ผู้ค้นพบ . สำนักพิมพ์วินเทจ. 12 กุมภาพันธ์ 1985. ISBN 0-394-72625-1
• ดีเตอร์ เซห์, เอช.พื้นฐานทางกายภาพของทิศทางของเวลาสปริงเกอร์ISBN 978-3-540-42081-1
• คูน, โทมัส เอส. โครงสร้างของการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ ISBN 0-226-45808-3
• Mandelbrot, Benoît , Multifractals and 1/f noise . Springer Verlag. กุมภาพันธ์ 1999. ISBN 0-387-98539-5
• มุนสเตอร์, เกอร์นอต (2026). "เวลาคืออะไร? - ความคิดของนักฟิสิกส์". ใน บลาส, เฮริเบิร์ต; เบลเกอร์, เลโอโปลโด; ปิการ์ด, โจเอลล์ (บรรณาธิการ). เวลาและประสบการณ์ของเวลา . ลอนดอนและนิวยอร์ก: รูทเลดจ์. หน้า  41–53 . ISBN 978-1-041-11405-5.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: editors list (link)
• Prigogine, Ilya ( 1984), ระเบียบจากความโกลาหล ISBN 0-394-54204-5
• Serres, Michelและคณะ, " บทสนทนาเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ วัฒนธรรม และเวลา (การศึกษาด้านวรรณกรรมและวิทยาศาสตร์) " มีนาคม 1995. ISBN 0-472-06548-3
• สเตนเจอร์ส, อิซาเบลล์ และ อิลยา ปริโกจีน, ทฤษฎีนอกขอบเขต . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยมินนิโซตา. พฤศจิกายน 1997. ISBN 0-8166-2517-4

• สื่อที่เกี่ยวข้องกับเวลาในวิชาฟิสิกส์ในวิกิมีเดียคอมมอนส์