Выражение «теория времени» объединяет несколько разных вопросов. Физика описывает, как часы сравнивают интервалы и как эти интервалы зависят от движения и гравитации. Философия спрашивает, что отличает прошлое от будущего и существует ли настоящее как особый момент. Ни одна короткая теория не закрывает весь набор проблем.
В классической механике
Ньютоновская механика использует единый параметр времени: если два наблюдателя правильно синхронизировали часы, их разногласия не зависят от скорости. Это полезное приближение для машин, баллистики и движения планет при невысокой точности. Стрела времени в самих механических уравнениях почти не выделена: если обратить скорости, математическая траектория часто остаётся допустимой.
В относительности
Специальная теория объединяет пространство и время в пространство-время. Одновременность разделённых событий зависит от системы отсчёта, а собственное время измеряется часами вдоль их пути. Движущиеся относительно наблюдателя часы накапливают меньший интервал. Это не оптическая иллюзия: после встречи часы можно сопоставить.
Общая теория относительности связывает геометрию пространства-времени с материей и энергией. Часы в разных гравитационных потенциалах идут с разной скоростью. Поправки специальной и общей относительности ежедневно используются в спутниковой навигации.
Почему будущее отличается от прошлого
Большинство фундаментальных микроскопических законов почти симметрично по времени, но макроскопические процессы имеют направление: горячее тело остывает, газ смешивается, разбитая чашка сама не собирается. Термодинамическая стрела связана с ростом энтропии для замкнутых систем. Это статистическое утверждение о числе микросостояний, а не отдельная сила, которая «толкает» время.
Космология добавляет вопрос о начальных условиях Вселенной. Квантовая механика — вопрос измерения и эволюции состояний. На границе общей относительности и квантовой теории появляются трудности, из-за которых фундаментальная природа времени остаётся предметом исследований.
Что установлено экспериментально
Можно надёжно проверять соотношения между показаниями часов, частотами и траекториями. Международная секунда задаётся атомным переходом; NIST объясняет, как атомные часы реализуют это определение. Релятивистские расхождения измерены и должны учитываться в GPS.
Физика при этом не подтверждает бытовые утверждения, что внимание «замедляет реальное время», а культурные привычки меняют его физический ход. Они могут менять субъективное восприятие длительности, но это область психологии, не альтернатива показаниям часов.