thumb|right|O pêndulo de Foucault no Panteão de Paris pode medir o tempo assim como demonstrar a rotação da Terra.
Em física, o tempo é definido por sua medição: tempo é o que um relógio mede. Na física clássica não-relativística, é uma grandeza escalar (frequentemente denotada pelo símbolo ) e, como comprimento, massa e carga elétrica, é geralmente descrita como uma grandeza fundamental. O tempo pode ser combinado matematicamente com outras grandezas físicas para derivar outros conceitos como movimento, energia cinética e campos dependentes do tempo. A é um complexo de questões tecnológicas e científicas, e parte da fundação da manutenção de registros.
Marcadores de tempo
Antes de existirem relógios, o tempo era medido por aqueles processos físicosPor exemplo, Galileu mediu o período de um oscilador harmônico simples com seu pulso. que eram compreensíveis para cada época de civilização: a primeira aparição (ver: nascimento helíaco) de Sírio para marcar a inundação do Nilo a cada anoOtto Neugebauer The Exact Sciences in Antiquity. Princeton: Princeton University Press, 1952; 2ª edição, Brown University Press, 1957; reimpressão, Nova York: Dover publications, 1969. Página 82. a sucessão periódica da noite e do dia, aparentemente eternamenteVer, por exemplo William Shakespeare Hamlet: "... sê fiel a ti mesmo, / E seguir-se-á, como a noite ao dia, / Que não poderás ser falso com nenhum homem." a posição no horizonte da primeira aparição do sol ao amanhecer a posição do sol no céuAgricultores usaram o sol para marcar o tempo por milhares de anos, como o método mais antigo de contar o tempo. a marcação do momento do meio-dia durante o diaEratóstenes, Sobre a medida da Terra calculou a circunferência da Terra, baseado na medição do comprimento da sombra projetada por um gnômon em dois lugares diferentes no Egito, com um erro de -2,4% a +0,8% o comprimento da sombra projetada por um gnômonFred Hoyle (1962), Astronomy: A history of man's investigation of the universe, Crescent Books, Inc., Londres LC 62-14108, p. 31
Eventualmente,Os astrônomos mesopotâmicos (atual Iraque) registraram observações astronômicas a olho nu, há mais de 3500 anos. P. W. Bridgman definiu sua definição operacional no século vinte.A astronomia a olho nu tornou-se obsoleta em 1609 com as observações de Galileu com um telescópio. Galileo Galilei Linceo, Sidereus Nuncius (Mensageiro das Estrelas) 1610. tornou-se possível caracterizar a passagem do tempo com instrumentação, usando definições operacionais. Simultaneamente, nossa concepção de tempo evoluiu, como mostrado abaixo.Navy.mil http://www.phys.lsu.edu/mog/mog9/node9.html Hoje, observações astronômicas automatizadas de satélites e naves espaciais requerem correções relativísticas das posições reportadas.
Unidade de medida do tempo No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de tempo é o segundo (símbolo: s). Ele foi definido desde 1967 como "a duração de períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio 133", e é uma unidade básica do SI. Esta definição é baseada na operação de um relógio atômico de césio. Esses relógios tornaram-se práticos para uso como padrões de referência primários após cerca de 1955, e estão em uso desde então.
Estado da arte em cronometragem
O carimbo de tempo UTC em uso mundial é um padrão de tempo atômico. A precisão relativa de tal padrão de tempo está atualmente na ordem de 10−15S. R. Jefferts et al., "Accuracy evaluation of NIST-F1". (correspondendo a 1 segundo em aproximadamente 30 milhões de anos). O menor passo de tempo considerado teoricamente observável é chamado de tempo de Planck, que é aproximadamente 5,391×10−44 segundos – muitas ordens de magnitude abaixo da resolução dos padrões de tempo atuais.
O relógio atômico de césio tornou-se prático após 1950, quando avanços na eletrônica permitiram a medição confiável das frequências de micro-ondas que ele gera. À medida que novos avanços ocorreram, a pesquisa em relógios atômicos progrediu para frequências cada vez mais altas, que podem fornecer maior exatidão e maior precisão. Relógios baseados nessas técnicas foram desenvolvidos, mas ainda não estão em uso como padrões de referência primários.
Concepções de tempo
thumb|left|upright=1.3|A galáxia de Andrômeda (M31) está a dois milhões de anos-luz de distância. Assim, estamos vendo a luz de M31 de dois milhões de anos atrás,Fred Adams and Greg Laughlin (1999), Five Ages of the Universe p.35. um tempo antes dos humanos existirem na Terra. Galileu, Newton e a maioria das pessoas até o século 20 pensavam que o tempo era o mesmo para todos em todos os lugares. Esta é a base para cronologias, onde o tempo é um parâmetro. A compreensão moderna do tempo é baseada na teoria da relatividade de Einstein, na qual as taxas de tempo funcionam de forma diferente dependendo do movimento relativo, e espaço e tempo são fundidos no espaço-tempo, onde vivemos em uma linha de mundo em vez de uma linha do tempo. Nesta visão, o tempo é uma coordenada. De acordo com o modelo cosmológico predominante da teoria do Big Bang, o próprio tempo começou como parte de todo o Universo há cerca de 13,8 bilhões de anos.
Regularidades na natureza
Para medir o tempo, pode-se registrar o número de ocorrências (eventos) de algum fenômeno periódico. As recorrências regulares das estações, os movimentos do sol, lua e estrelas foram notados e tabulados por milênios, antes das leis da física serem formuladas. O sol era o árbitro do fluxo do tempo, mas o tempo era conhecido apenas até a hora por milênios, daí o uso do gnômon ser conhecido em a maior parte do mundo, especialmente na Eurásia, e pelo menos até o sul das selvas do Sudeste Asiático.Charles Hose and William McDougall (1912) The Pagan Tribes of Borneo, Prancha 60. Kenyahs medindo o comprimento da sombra ao meio-dia para determinar o tempo de semear PADI p. 108. Esta fotografia é reproduzida como prancha B em Fred Hoyle (1962), Astronomy: A history of man's investigation of the universe, Crescent Books, Inc., Londres LC 62-14108, p.31. O processo de medição é explicado por: Gene Ammarell (1997), "Astronomy in the Indo-Malay Archipelago", p.119, Encyclopaedia of the history of science, technology, and medicine in non-western cultures, Helaine Selin, ed., que descreve tribos Kenyah de Bornéu medindo a sombra projetada por um gnômon, ou tukar do com uma escala de medição, ou aso do.
Em particular, os observatórios astronômicos mantidos para fins religiosos tornaram-se precisos o suficiente para verificar os movimentos regulares das estrelas e até mesmo alguns dos planetas.
No início, a cronometragem era feita manualmente por sacerdotes e, em seguida, para o comércio, com vigilantes para anotar o tempo como parte de suas funções. A tabulação dos equinócios, a ampulheta, e o relógio de água tornaram-se cada vez mais precisos e, finalmente, confiáveis. Para navios no mar, ampulhetas marítimas eram usadas. Esses dispositivos permitiam aos marinheiros chamar as horas e calcular a velocidade de navegação.
Relógios mecânicos Ricardo de Wallingford (1292–1336), abade da Abadia de St. Albans, construiu famosamente um relógio mecânico como um planetário astronômico por volta de 1330.North, J. (2004) God's Clockmaker: Richard of Wallingford and the Invention of Time. Oxbow Books. Watson, E (1979) "The St Albans Clock of Richard of Wallingford". Antiquarian Horology 372-384.
Na época de Ricardo de Wallingford, o uso de catracas e engrenagems permitiu que as cidades da Europa criassem mecanismos para exibir o tempo em seus respectivos relógios de torre; na época da revolução científica, os relógios tornaram-se miniaturizados o suficiente para as famílias compartilharem um relógio pessoal, ou talvez um relógio de bolso. No início, apenas reis podiam comprá-los. Relógios de pêndulo foram amplamente usados nos séculos 18 e 19. Eles foram amplamente substituídos no uso geral por relógios de quartzo e digitais. Relógios atômicos podem teoricamente manter o tempo preciso por milhões de anos. Eles são apropriados para padrões e uso científico.
Galileu: o fluxo do tempo
Em 1583, Galileu Galilei (1564–1642) descobriu que o movimento harmônico de um pêndulo tem um período constante, o que ele aprendeu cronometrando o movimento de uma lâmpada balançando em movimento harmônico simples na missa na catedral de Pisa, com seu pulso.Jo Ellen Barnett, Time's Pendulum p.99.
Em suas Duas Novas Ciências (1638), Galileu usou um relógio de água para medir o tempo necessário para uma bola de bronze rolar uma distância conhecida em um plano inclinado; este relógio era:Galileu 1638 Discorsi e dimostrazioni matematiche, intorno á due nuoue scienze 213, Leida, Appresso gli Elsevirii (Louis Elsevier), ou Mathematical discourses and demonstrations, relating to Duas Novas Ciências, tradução inglesa por Henry Crew e Alfonso de Salvio 1914. Seção 213 está reimpresso nas páginas 534-535 de On the Shoulders of Giants:The Great Works of Physics and Astronomy (obras de Copérnico, Kepler, Galileu, Newton, e Einstein). Stephen Hawking, ed. 2002
A configuração experimental de Galileu para medir o literal fluxo do tempo, a fim de descrever o movimento de uma bola, precedeu a declaração de Isaac Newton em seu Principia, "Eu não defino tempo, espaço, lugar e movimento, como sendo bem conhecidos por todos."Newton 1687 Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, Londini, Jussu Societatis Regiae ac Typis J. Streater, ou Os Princípios Matemáticos da Filosofia Natural, Londres, tradução inglesa por Andrew Motte 1700s. De parte do Scholium, reimpresso na página 737 de On the Shoulders of Giants:The Great Works of Physics and Astronomy (obras de Copérnico, Kepler, Galileu, Newton, e Einstein). Stephen Hawking, ed. 2002
As transformações galileanas assumem que o tempo é o mesmo para todos os referenciais.
Física newtoniana: tempo linear
Por volta de 1665, quando Isaac Newton (1643–1727) derivou o movimento de objetos caindo sob gravidade, a primeira formulação clara para a física matemática de um tratamento do tempo começou: tempo linear, concebido como um relógio universal.
O mecanismo de relógio de água descrito por Galileu foi projetado para fornecer fluxo laminar da água durante os experimentos, fornecendo assim um fluxo constante de água para as durações dos experimentos, e incorporando o que Newton chamou de duração.
Nesta seção, as relações listadas abaixo tratam o tempo como um parâmetro que serve como um índice para o comportamento do sistema físico em consideração. Como os fluxos de Newton tratam um fluxo linear do tempo (o que ele chamou de tempo matemático), o tempo poderia ser considerado um parâmetro que varia linearmente, uma abstração da marcha das horas na face de um relógio. Calendários e diários de bordo poderiam então ser mapeados para a marcha das horas, dias, meses, anos e séculos.
Termodinâmica e o paradoxo da irreversibilidade
Em 1798, Benjamin Thompson (1753–1814) descobriu que o trabalho poderia ser transformado em calor sem limite – um precursor da conservação de energia ou 1ª lei da termodinâmica
Em 1824, Sadi Carnot (1796–1832) analisou cientificamente a máquina a vapor com seu ciclo de Carnot, um motor abstrato. Rudolf Clausius (1822–1888) observou uma medida de desordem, ou entropia, que afeta a quantidade continuamente decrescente de energia livre que está disponível para um motor de Carnot na: 2ª lei da termodinâmica
Assim, a marcha contínua de um sistema termodinâmico, de menor para maior entropia, a qualquer temperatura dada, define uma seta do tempo. Em particular, Stephen Hawking identifica três setas do tempo:pp. 182–195. Stephen Hawking 1996. The Illustrated Brief History of Time: updated and expanded edition Seta psicológica do tempo – nossa percepção de um fluxo inexorável. Seta termodinâmica do tempo – distinguida pelo crescimento da entropia.