Проблема со временем более отчетливо проявляется на предельно малых расстояниях, поскольку квантовая механика говорит нам, что на этих масштабах соответствующие энергии становятся достаточно большими, чтобы кривизна пространства-времени, описываемая общей теорией относительности, стала существенной. Это означает, что хотя мы и живем в сферах квантовой механики, где время считается абсолютным, время следует одновременно рассматривать и как относительное в соответствии с теорией относительности.
Какое же оно на самом деле? Чтобы лучше понять концепцию времени, физики работают над проектом теории квантовой гравитации, целью которой является последовательное объединение квантовой механики с теорией относительности во всех масштабах энергии. Таким образом, окончательная теория, предположительно, сможет объяснить, что произошло в момент создания Вселенной, а также то, что происходит внутри черных дыр - две ситуации, в которых действуют как квантово-механические эффекты, так и гравитация.
Физики ведутся дебаты о том, действительно ли время существует на самой фундаментальной шкале реальности, или время каким-то образом появляется на этой шкале.
Другая причина, по которой трудно определить время, заключается в том, что физики не пришли к согласию: является ли время конечным или бесконечным. Это обсуждение связано с вопросами о происхождении и судьбе нашей Вселенной. Если вы предполагаете, что Вселенная возникла из пылинки небытия, тогда вы должны довольствоваться идеей, что время имело начало. Если вместо этого вы соглашаетесь с космологическими моделями, включающими мультивселенную, например, с теорией хаотической вечной инфляции или с циклическими моделями, согласно которым Вселенная постоянно расширяется (Большой взрыв) и сжимается (Большое сжатие), как это предлагается циклической теорией, придуманной Полом Стейнхардтом и Нилом Туроком - тогда нужно смириться с мыслью, что время не знает ни начала, ни конца.
Некоторые космологи, такие как Одри Митани и Александр Виленкин, не согласны с утверждением, что Вселенная простирается бесконечно в прошлое в инфляционных и циклических моделях, по той причине, что нарушаются определенные энергетические условия. Более того, физик Пол Дэвис утверждает: бесконечная Вселенная не может существовать, потому что в противном случае мы уже достигли бы состояния термодинамического равновесия, при котором во Вселенной больше ничего (включая жизнь) не происходит. Сглаживаются любые перепады температур - фатальным сценарием является так называемая тепловая смерть Вселенной.
Как бы то ни было, мы можем прийти к утверждению, что время - это количественная сущность, о которой мы можем знать и измерять ее эффекты или свойства только с помощью часов. Время в соответствии с этим операционным определением называется временем часов.
Это ничего не говорит о том, что такое время на самом деле, и поэтому природа времени остается от нас скрытой.
Некоторые физики указывают на определенную характеристику времени как на неопровержимое доказательство его существования. То есть именно направление, в котором течет время, так называемая стрела времени, утверждает, что время реально, поскольку эффективно отличает прошлое от будущего.
На самом деле было идентифицировано множество различных стрел времени. Одна из них следует из Второго закона термодинамики, согласно которому закрытая система всегда развивается из более упорядоченного состояния (более низкая энтропия) в менее упорядоченное (более высокая энтропия) - обычно энтропия относится к числу способов, которыми могут быть организованы микроскопические составляющие макроскопической системы, причем каждый раз состояние макроскопической системы остается неизменным. Именно эта фиксированная направленность беспорядка внутри замкнутой системы порождает термодинамическую стрелу времени.
Например, смешивание двух жидкостей не приводит к самопроизвольному разделению. Газ всегда рассеивается, пока не будет равномерно распределен по объему сосуда, в котором он содержится. Пепел сгоревшей книги не превращается обратно в оригинальную книгу.
Вторая стрела времени - космологическая, возникающая из-за того, что есть направление, в котором развивается Вселенная: она расширяется. Согласно стандартной космологической модели, Вселенная началась с бесконечно малой точки, называемой сингулярностью, и впоследствии прошла через период космической инфляции, во время которой расширялась с невообразимо высокой скоростью всего за долю секунды. С тех пор Вселенная расширяется, и современные данные убедительно свидетельствуют, что расширение ускоряется.