Tiempo

Los artefactos del Paleolítico sugieren que la luna se utilizaba para medir el tiempo hace al menos 6000 años. ^{[ 23 ]} Los calendarios lunares fueron de los primeros en aparecer, con años de 12 o 13 meses lunares (354 o 384 días). Sin intercalación para añadir días o meses a algunos años, las estaciones se desfasan rápidamente en un calendario basado únicamente en doce meses lunares. Los calendarios lunisolares añaden un decimotercer mes a algunos años para compensar la diferencia entre un año completo (ahora conocido como aproximadamente 365,24 días) y un año de solo doce meses lunares. Los números doce y trece llegaron a tener gran importancia en muchas culturas, al menos en parte debido a esta relación entre meses y años.

Otras formas primitivas de calendarios se originaron en Mesoamérica , particularmente en la antigua civilización maya, donde desarrollaron el calendario maya , compuesto por múltiples calendarios interrelacionados. Estos calendarios tenían una base religiosa y astronómica; el calendario Haab' tiene 18 meses al año y 20 días al mes, además de cinco días epagomenales al final del año. ^{[ 24 ]} Asimismo, los mayas utilizaban un calendario sagrado de 260 días llamado Tzolk'in . ^{[ 25 ]}

Las reformas de Julio César en el año 45 a. C. establecieron un calendario solar  en el mundo romano . Este calendario juliano era defectuoso, ya que su intercalación permitía que los solsticios y equinoccios astronómicos se adelantaran unos 11 minutos al año. El papa Gregorio XIII introdujo una corrección en 1582; ​​el calendario gregoriano fue adoptado gradualmente por diferentes naciones a lo largo de los siglos, pero actualmente es, con diferencia, el calendario más utilizado en todo el mundo. 

Durante la Revolución Francesa , se inventaron un nuevo reloj y calendario como parte de la descristianización de Francia y para crear un sistema más racional que sustituyera al calendario gregoriano. Los días del Calendario Republicano Francés constaban de diez horas, cien minutos y cien segundos, lo que suponía una desviación del sistema duodecimal (base 12 ) utilizado en muchos otros dispositivos por diversas culturas. El sistema fue abolido en 1806. ^{[ 26 ]}

Se han inventado una gran variedad de dispositivos para medir el tiempo. El estudio de estos dispositivos se llama relojería . ^{[ 27 ]} Pueden ser accionados por diversos medios, como la gravedad, los resortes y diversas formas de energía eléctrica, y regulados por diversos medios.

Un reloj de sol es cualquier dispositivo que utiliza la dirección de la luz solar para proyectar sombras desde un gnomon sobre un conjunto de marcas calibradas para indicar la hora local , generalmente en punto. La idea de dividir el día en partes más pequeñas se atribuye a los egipcios debido a sus relojes de sol, que funcionaban con un sistema duodecimal. La importancia del número 12 se debe al número de ciclos lunares en un año y al número de estrellas utilizadas para contar el paso de la noche. ^{[ 28 ]} Los obeliscos hechos como gnomon se construyeron ya en el año 3500 a. C. aproximadamente . ^{[ 29 ]} Un dispositivo egipcio que data de alrededor del año 1500 a. C. , similar en forma a una escuadra en T doblada , también medía el paso del tiempo a partir de la sombra proyectada por su barra transversal sobre una regla no lineal. La T se orientaba hacia el este por las mañanas. Al mediodía, el dispositivo se giraba para que pudiera proyectar su sombra en dirección al atardecer. ^{[ 30 ]}

Según se informa, los relojes despertadores aparecieron por primera vez en la antigua Grecia alrededor del año 250 a . C. con un reloj de agua creado por Platón que activaba un silbato. ^{[ 31 ]} La alarma hidráulica funcionaba llenando gradualmente una serie de recipientes con agua. Después de un tiempo, el agua se vaciaba por un sifón . ^{​​[ 32 ]} El inventor Ctesibio revisó el diseño de Platón; el reloj de agua utiliza un flotador como sistema de accionamiento y un reloj de sol para corregir el caudal de agua. ^{[ 33 ]}

En los escritos filosóficos medievales, el átomo era una unidad de tiempo a la que se hacía referencia como la división más pequeña posible del tiempo. La primera aparición conocida en inglés se encuentra en el Enchiridion de Byrhtferth (un texto científico) de 1010-1012, ^{[ 34 ]} donde se definía como 1/564 de un momento (1 1/2 minutos), ^{[ 35 ]} y por lo tanto igual a 15/94 de un segundo. Se utilizaba en el computus , el proceso de calcular la fecha de Pascua. El dispositivo de medición del tiempo más preciso del mundo antiguo era el reloj de agua , o clepsidra , uno de los cuales se encontró en la tumba del faraón egipcio Amenhotep I. Podían utilizarse para medir las horas incluso de noche, pero requerían mantenimiento manual para reponer el flujo de agua. Los antiguos griegos y los pueblos de Caldea (sureste de Mesopotamia) mantenían regularmente registros de medición del tiempo como parte esencial de sus observaciones astronómicas. Los inventores e ingenieros árabes, en particular, realizaron mejoras en el uso de los relojes de agua hasta la Edad Media. ^{[ 36 ]} En el siglo XI, los inventores e ingenieros chinos inventaron los primeros relojes mecánicos impulsados ​​por un mecanismo de escape . 

Las varitas de incienso y las velas se usaban, y se usan, comúnmente para medir el tiempo en templos e iglesias de todo el mundo. Los relojes de agua, y, más tarde, los relojes mecánicos, se usaban para marcar los eventos de las abadías y monasterios de la Edad Media. El paso de las horas en el mar también se puede marcar con campanas . Las horas se marcaban con campanas tanto en las abadías como en el mar. Richard de Wallingford (1292-1336), abad de la abadía de St. Albans, construyó un famoso reloj mecánico como planetario astronómico alrededor de 1330. ^{[ 37 ] [ 38 ]} El reloj de arena usa el flujo de arena para medir el paso del tiempo. También se usaban en la navegación. Fernando de Magallanes usó 18 relojes de arena en cada barco para su circunnavegación del globo (1522). ^{[ 39 ]} La palabra inglesa clock probablemente proviene de la palabra holandesa media klocke que, a su vez, deriva de la palabra latina medieval clocca , que en última instancia deriva del celta y es cognada con palabras francesas, latinas y alemanas que significan campana .

Galileo Galilei y, especialmente, Christiaan Huygens realizaron grandes avances en la medición precisa del tiempo con la invención de los relojes de péndulo, junto con la invención de la manecilla de los minutos por Jost Burgi. ^{[ 40 ]} También existe un reloj diseñado para marcar el tiempo durante 10 000 años llamado el Reloj del Largo Ahora . Los dispositivos de despertador se mecanizaron posteriormente. El despertador de Levi Hutchins ha sido reconocido como el primer despertador estadounidense, aunque solo puede sonar a las 4 am. Antoine Redier también fue reconocido como la primera persona en patentar un despertador mecánico ajustable en 1847. ^{[ 41 ]} Las formas digitales de los despertadores se volvieron más accesibles a través de la digitalización y la integración con otras tecnologías, como los teléfonos inteligentes .

Los dispositivos de cronometraje más precisos son los relojes atómicos , que tienen una precisión de segundos en muchos millones de años, ^{[ 43 ]} y se utilizan para calibrar otros relojes e instrumentos de cronometraje. Los relojes atómicos utilizan la frecuencia de las transiciones electrónicas en ciertos átomos para medir el segundo. Uno de los átomos utilizados es el cesio ; la mayoría de los relojes atómicos modernos analizan el cesio con microondas para determinar la frecuencia de estas vibraciones electrónicas. ^{[ 44 ]} Desde 1967, el Sistema Internacional de Medidas basa su unidad de tiempo, el segundo, en las propiedades de los átomos de cesio. El SI define el segundo como 9.192.631.770 ciclos de la radiación que corresponde a la transición entre dos niveles de energía de espín electrónico del estado fundamental del átomo ¹³³ Cs. Un cronómetro portátil que cumple con ciertos estándares de precisión se llama cronómetro . Inicialmente, el término se usaba para referirse al cronómetro marino , un reloj utilizado para determinar la longitud mediante navegación celeste , una precisión lograda por primera vez por John Harrison . Más recientemente, el término también se ha aplicado al reloj cronómetro , un reloj que cumple con los estándares de precisión establecidos por la agencia suiza COSC .

En la actualidad, el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) en coordinación con el Protocolo de Tiempo de Red (NTP) puede utilizarse para sincronizar los sistemas de cronometraje en todo el mundo. A partir de mayo de 2010La incertidumbre del intervalo de tiempo más pequeño en las mediciones directas es del orden de 12 attosegundos (1,2  ×  10⁻¹⁷ segundos), aproximadamente 3,7 × ^10²⁶ tiempos de Planck . [ ^{45 ] El} tiempo medido fue el retraso causado por los patrones de interferencia ^de las ondas electrónicas desincronizadas . ^{[ 46 ]}  

El segundo (s) es la unidad base del SI . Un minuto (min) tiene una duración de 60 segundos (o, raramente, 59 o 61 segundos cuando se utilizan segundos intercalares), y una hora tiene una duración de 60 minutos o 3600 segundos. Un día suele tener una duración de 24 horas o 86 400 segundos; sin embargo, la duración de un día calendario puede variar debido al horario de verano y a los segundos intercalares .

Un estándar de tiempo es una especificación para medir el tiempo: asigna un número o fecha del calendario a un instante (punto en el tiempo), cuantifica la duración de un intervalo de tiempo y establece una cronología (ordenación de eventos). En la actualidad, varias especificaciones de tiempo han sido reconocidas oficialmente como estándares, cuando antes eran cuestiones de costumbre y práctica. La invención en 1955 del reloj atómico de cesio ha propiciado la sustitución, para la mayoría de los fines prácticos, de los estándares de tiempo más antiguos y puramente astronómicos, como el tiempo sideral y el tiempo efemérides , por estándares más recientes basados ​​total o parcialmente en el tiempo atómico utilizando el segundo del Sistema Internacional (SI).

El Tiempo Atómico Internacional (TAI) es el principal estándar internacional de tiempo a partir del cual se calculan otros estándares de tiempo. El Tiempo Universal (UT1) es el tiempo solar medio a 0° de longitud, calculado a partir de observaciones astronómicas. Varía con respecto al TAI debido a las irregularidades en la rotación de la Tierra. El Tiempo Universal Coordinado (UTC) es una escala de tiempo atómico diseñada para aproximar el Tiempo Universal. El UTC difiere del TAI en un número entero de segundos. El UTC se mantiene dentro de 0,9  segundos del UT1 mediante la introducción de pasos de un segundo en el UTC, el segundo intercalar . El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) transmite una señal horaria muy precisa basada en el tiempo UTC.

La superficie terrestre se divide en varias zonas horarias . La hora estándar o civil en cada zona horaria difiere en una cantidad fija y redonda, generalmente en horas enteras, del Tiempo Universal Coordinado (UTC). La mayoría de las zonas horarias tienen una diferencia horaria exacta de una hora y, por convención, calculan su hora local como una diferencia con respecto al UTC. Por ejemplo, las zonas horarias marítimas se basan en el UTC. En muchos lugares (pero no en el mar), estas diferencias varían dos veces al año debido a los cambios de horario de verano .

Otros estándares de tiempo se utilizan principalmente para trabajos científicos. El Tiempo Terrestre es una escala teórica ideal realizada por TAI. El Tiempo de Coordenadas Geocéntricas y el Tiempo de Coordenadas Baricéntricas son escalas definidas como tiempos de coordenadas en el contexto de la teoría general de la relatividad, donde TCG se aplica al centro de la Tierra y TCB al baricentro del sistema solar . El Tiempo Dinámico Baricéntrico es una escala relativista más antigua relacionada con TCB que todavía se utiliza.

Dos puntos de vista contrapuestos sobre el tiempo dividen a filósofos prominentes. Una visión sostiene que el tiempo forma parte de la estructura fundamental del universo : una dimensión independiente de los eventos, en la que estos ocurren en secuencia . Isaac Newton se adhirió a esta visión realista , por lo que a veces se la denomina tiempo newtoniano . ^{[ 63 ] [ 64 ]}

La postura opuesta sostiene que el tiempo no se refiere a ningún tipo de "contenedor" por el que los eventos y objetos "se mueven", ni a ninguna entidad que "fluya", sino que forma parte de una estructura intelectual fundamental (junto con el espacio y el número) dentro de la cual los humanos secuencian y comparan eventos. Esta segunda postura, en la tradición de Gottfried Leibniz ^{[ 16 ]} e Immanuel Kant , ^{[ 65 ] [ 66 ]} sostiene que el tiempo no es ni un evento ni una cosa, y por lo tanto no es medible ni se puede viajar en él. Además, puede que exista un componente subjetivo en el tiempo, pero si el tiempo mismo se "siente" como una sensación o es un juicio, es objeto de debate. ^{[ 2 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 67 ] [ 68 ]}

En filosofía, el tiempo fue cuestionado a lo largo de los siglos; qué es el tiempo y si es real o no. Los antiguos filósofos griegos se preguntaron si el tiempo era lineal o cíclico y si el tiempo era infinito o finito . ^{[ 69 ]} Estos filósofos tenían diferentes maneras de explicar el tiempo; por ejemplo, los antiguos filósofos indios tenían algo llamado la Rueda del Tiempo. Se cree que hubo edades repetidas a lo largo de la vida del universo. ^{[ 70 ]} Esto llevó a creencias como los ciclos de renacimiento y reencarnación . ^{[ 70 ]} Los filósofos griegos creen que el universo era infinito y era una ilusión para los humanos. ^{[ 70 ]} Platón creía que el tiempo fue hecho por el Creador en el mismo instante que los cielos. ^{[ 70 ]} También dice que el tiempo es un período de movimiento de los cuerpos celestes . ^{[ 70 ]} Aristóteles creía que el tiempo se correlacionaba con el movimiento, que el tiempo no existía por sí mismo sino que era relativo al movimiento de los objetos. ^{[ 70 ]} También creía que el tiempo estaba relacionado con el movimiento de los cuerpos celestes ; La razón por la que los humanos pueden medir el tiempo se debe a los períodos orbitales y, por lo tanto, existe una duración en el tiempo. ^{[ 71 ]}

Los Vedas , los textos más antiguos sobre filosofía india e hindú que datan de finales del segundo milenio a. C. , describen la cosmología hindú antigua , en la que el universo atraviesa ciclos repetidos de creación, destrucción y renacimiento, con cada ciclo durando 4320  millones de años. ^{[ 72 ]} Filósofos griegos antiguos , incluidos Parménides y Heráclito , escribieron ensayos sobre la naturaleza del tiempo. ^{[ 73 ]} Platón , en el Timeo , identificó el tiempo con el período de movimiento de los cuerpos celestes. Aristóteles , en el Libro IV de su Física, definió el tiempo como «número de movimientos con respecto al antes y al después». ^{[ 74 ]} En el Libro 11 de sus Confesiones , San Agustín de Hipona reflexiona sobre la naturaleza del tiempo, preguntando: «¿Qué es entonces el tiempo? Si nadie me lo pregunta, lo sé; si quisiera explicárselo a quien me lo pregunta, no lo sé». Comienza a definir el tiempo por lo que no es, en lugar de por lo que es, ^{[ 75 ]} un enfoque similar al adoptado en otras definiciones negativas . Sin embargo, Agustín termina llamando al tiempo una «distensión» de la mente (Confesiones 11.26) mediante la cual captamos simultáneamente el pasado en la memoria, el presente mediante la atención y el futuro mediante la expectativa.

Filósofos de los siglos XVII y XVIII cuestionaron si el tiempo era real y absoluto, o si era un concepto intelectual que los humanos usan para comprender y secuenciar eventos. ^{[ 69 ]} Estas preguntas llevaron al realismo versus el antirrealismo; los realistas creían que el tiempo es una parte fundamental del universo y se percibe a través de eventos que suceden en una secuencia, en una dimensión. ^{[ 76 ]} Isaac Newton dijo que simplemente estamos ocupando el tiempo, también dijo que los humanos solo pueden comprender el tiempo relativo . ^{[ 76 ]} Isaac Newton creía en el espacio absoluto y el tiempo absoluto; Leibniz creía que el tiempo y el espacio son relacionales. ^{[ 77 ]} Las diferencias entre las interpretaciones de Leibniz y Newton culminaron en la famosa correspondencia Leibniz-Clarke . El tiempo relativo es una medida de objetos en movimiento. ^{[ 76 ]} Los antirrealistas creían que el tiempo es simplemente un concepto intelectual conveniente para que los humanos comprendan los eventos. ^{[ 76 ]} Esto significa que el tiempo era inútil a menos que hubiera objetos con los que pudiera interactuar; esto se denominó tiempo relacional . ^{[ 76 ]} René Descartes , John Locke y David Hume afirmaron que la mente necesita reconocer el tiempo para comprender qué es el tiempo. ^{[ 71 ]} Immanuel Kant creía que no podemos saber qué es algo a menos que lo experimentemos de primera mano. ^{[ 78 ]}

Immanuel Kant , en la Crítica de la razón pura , describió el tiempo como una intuición a priori que nos permite (junto con la otra intuición a priori , el espacio) comprender la experiencia sensorial . ^{[ 79 ]} Para Kant, ni el espacio ni el tiempo se conciben como sustancias , sino que ambos son elementos de un marco mental sistemático que necesariamente estructura las experiencias de cualquier agente racional o sujeto observador. Kant pensó en el tiempo como una parte fundamental de un marco conceptual abstracto , junto con el espacio y el número, dentro del cual secuenciamos eventos, cuantificamos su duración y comparamos los movimientos de los objetos. Desde esta perspectiva, el tiempo no se refiere a ningún tipo de entidad que «fluya», a través de la cual los objetos «se muevan» o que sea un «contenedor» para los eventos. Las mediciones espaciales se utilizan para cuantificar la extensión y las distancias entre los objetos , y las mediciones temporales se utilizan para cuantificar las duraciones de los eventos y entre ellos . Kant designó el tiempo como el esquema más puro posible de un concepto o categoría pura.

Henri Bergson creía que el tiempo no era ni un medio homogéneo real ni una construcción mental, sino que poseía lo que él denominaba Duración . La Duración, según Bergson, era la creatividad y la memoria como componente esencial de la realidad. ^{[ 80 ]}

Según Martin Heidegger, no existimos dentro del tiempo, somos tiempo . Por lo tanto, la relación con el pasado es una conciencia presente de haber sido , lo que permite que el pasado exista en el presente. La relación con el futuro es el estado de anticipar una posibilidad, tarea o compromiso potencial. Está relacionada con la propensión humana a preocuparse y a preocuparse, lo que provoca que uno se "adelante" al pensar en un acontecimiento inminente. Por consiguiente, esta preocupación por un acontecimiento potencial también permite que el futuro exista en el presente. El presente se convierte en una experiencia cualitativa en lugar de cuantitativa. Heidegger parece pensar que esta es la forma en que se rompe o se trasciende una relación lineal con el tiempo, o la existencia temporal. ^{[ 81 ]} No estamos atrapados en el tiempo secuencial. Somos capaces de recordar el pasado y proyectarnos hacia el futuro; tenemos una especie de acceso aleatorio a nuestra representación de la existencia temporal; podemos, en nuestros pensamientos, salir del tiempo secuencial (éxtasis). ^{[ 82 ]}

Los filósofos de la era moderna se preguntaron: ¿el tiempo es real o irreal?, ¿el tiempo ocurre de una sola vez o es una duración?, ¿el tiempo es temporal o atemporal?, ¿y hay un futuro por ser? ^{[ 69 ]} Existe una teoría llamada teoría atemporal o teoría B ; esta teoría afirma que cualquier terminología temporal puede reemplazarse por terminología atemporal. ^{[ 83 ]} Por ejemplo, "ganaremos el juego" puede reemplazarse por "ganamos el juego", eliminando el tiempo futuro. Por otro lado, existe una teoría llamada teoría temporal o teoría A ; esta teoría afirma que nuestro idioma tiene verbos temporales por una razón y que el futuro no puede determinarse. ^{[ 83 ]} También existe algo llamado tiempo imaginario , acuñado por Stephen Hawking , quien afirmó que el espacio y el tiempo imaginario son finitos pero no tienen límites. ^{[ 83 ]} El tiempo imaginario no es real ni irreal, es algo difícil de visualizar. ^{[ 83 ]} Los filósofos pueden estar de acuerdo en que el tiempo físico existe fuera de la mente humana y es objetivo, y el tiempo psicológico depende de la mente y es subjetivo. ^{[ 71 ]}

En la Grecia del siglo V a. C. , Antifonte el Sofista , en un fragmento conservado de su obra principal Sobre la verdad , afirmó que: «El tiempo no es una realidad (hipóstasis), sino un concepto (noema) o una medida (metron)». Parménides fue más allá, sosteniendo que el tiempo, el movimiento y el cambio eran ilusiones, lo que dio lugar a las paradojas de su seguidor Zenón . ^{[ 84 ]} El tiempo como ilusión es también un tema recurrente en el pensamiento budista . ^{[ 85 ] [ 86 ]}

Estos argumentos a menudo se centran en lo que significa que algo sea irreal . Los físicos modernos generalmente creen que el tiempo es tan real como el espacio, aunque otros, como Julian Barbour , argumentan que las ecuaciones cuánticas del universo toman su verdadera forma cuando se expresan en el reino atemporal que contiene cada posible configuración ahora o momentánea del universo. ^{[ 87 ]} El artículo de JME McTaggart de 1908, La irrealidad del tiempo, argumenta que, dado que cada evento tiene la característica de ser presente y no presente a la vez (es decir, futuro o pasado), el tiempo es una idea contradictoria en sí misma.

Otra teoría filosófica moderna, denominada presentismo, considera el pasado y el futuro como interpretaciones del movimiento por parte de la mente humana, en lugar de partes reales del tiempo (o «dimensiones») que coexisten con el presente. Esta teoría rechaza la existencia de toda interacción directa con el pasado o el futuro, considerando únicamente el presente como tangible. Este es uno de los argumentos filosóficos en contra de los viajes en el tiempo. ^{[ 88 ]} Esto contrasta con el eternalismo (todo el tiempo: presente, pasado y futuro, es real) y la teoría del bloque creciente (el presente y el pasado son reales, pero el futuro no lo es).

A diferencia del espacio, donde un objeto puede viajar en direcciones opuestas (y en 3 dimensiones), el tiempo parece tener una sola dimensión y una sola dirección: el pasado queda atrás, fijo e inmutable, mientras que el futuro está delante y no necesariamente está fijo. Sin embargo, la mayoría de las leyes de la física permiten que cualquier proceso se desarrolle tanto hacia adelante como hacia atrás. Solo existen unos pocos fenómenos físicos que violan la reversibilidad del tiempo. Esta direccionalidad temporal se conoce como la flecha del tiempo . Ejemplos reconocidos de la flecha del tiempo son: ^{[ 91 ] [ 92 ] [ 93 ]}

1. Flecha radiativa del tiempo, manifestada en ondas (por ejemplo, luz y sonido) que viajan expandiéndose (en lugar de enfocarse) en el tiempo (ver cono de luz ).
2. Flecha entrópica del tiempo : según la segunda ley de la termodinámica, un sistema aislado evoluciona espontáneamente hacia un mayor desorden en lugar de hacia el orden.
3. El tiempo de flecha cuántica, que está relacionado con la irreversibilidad de la medición en mecánica cuántica según la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica.
4. Flecha débil del tiempo: preferencia por una determinada dirección temporal de la fuerza débil en física de partículas (véase violación de la simetría CP ).
5. Flecha cosmológica del tiempo, que sigue la expansión acelerada del Universo después del Big Bang.

Las relaciones entre estas diferentes flechas del tiempo son un tema muy debatido en la física teórica . ^{[ 94 ]}

La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía debe aumentar con el tiempo. Brian Greene teoriza que, según las ecuaciones, el cambio de entropía ocurre simétricamente tanto al avanzar como al retroceder en el tiempo. Por lo tanto, la entropía tiende a aumentar en cualquier dirección, y nuestro universo actual de baja entropía es una aberración estadística, de manera similar a lanzar una moneda suficientes veces como para que eventualmente salga cara diez veces seguidas. Sin embargo, esta teoría no está respaldada empíricamente en experimentos locales. ^{[ 95 ]}

En la mecánica clásica no relativista , el concepto newtoniano de "tiempo relativo, aparente y común" puede utilizarse en la formulación de un método para la sincronización de relojes. Los eventos observados por dos observadores diferentes en movimiento relativo entre sí producen un concepto matemático del tiempo que funciona suficientemente bien para describir los fenómenos cotidianos de la experiencia de la mayoría de las personas. A finales del siglo XIX, los físicos se encontraron con problemas en la comprensión clásica del tiempo, en relación con el comportamiento de la electricidad y el magnetismo. Las ecuaciones de Maxwell de la década de 1860 describían que la luz siempre viaja a una velocidad constante (en el vacío). ^{[ 96 ]} Sin embargo, la mecánica clásica asumía que el movimiento se medía con respecto a un marco de referencia fijo. El experimento de Michelson-Morley contradijo esta suposición. Posteriormente, Einstein propuso un método para sincronizar relojes utilizando la velocidad constante y finita de la luz como velocidad máxima de la señal. Esto condujo directamente a la conclusión de que los observadores en movimiento relativo entre sí miden tiempos transcurridos diferentes para el mismo evento.

Históricamente, el tiempo y el espacio se han relacionado estrechamente, fusionándose ambos en el espacio-tiempo en la relatividad especial y general de Einstein . Según estas teorías, el concepto de tiempo depende del marco de referencia espacial del observador , y la percepción humana, así como la medición mediante instrumentos como los relojes, difieren para los observadores en movimiento relativo. Por ejemplo, si una nave espacial que transporta un reloj viaja por el espacio a una velocidad cercana a la de la luz, su tripulación no percibe ningún cambio en la velocidad del tiempo a bordo, ya que todo lo que se desplaza a la misma velocidad se ralentiza al mismo ritmo (incluidos el reloj, los procesos mentales de la tripulación y las funciones de sus cuerpos). Sin embargo, para un observador estacionario que ve pasar la nave espacial, esta parece aplanada en la dirección en la que se desplaza y el reloj a bordo parece moverse muy lentamente.

Por otro lado, la tripulación a bordo de la nave espacial también percibe al observador ralentizado y aplanado en la dirección de desplazamiento de la nave, ya que ambos se mueven a una velocidad muy cercana a la de la luz en relación el uno con el otro. Debido a que el universo exterior aparece aplanado para la nave espacial, la tripulación se percibe a sí misma viajando rápidamente entre regiones del espacio que (para el observador estacionario) están separadas por muchos años luz. Esto se explica por el hecho de que la percepción del tiempo de la tripulación es diferente a la del observador estacionario; lo que parece segundos para la tripulación podría ser cientos de años para el observador estacionario. En cualquier caso, sin embargo, la causalidad permanece inalterada: el pasado es el conjunto de eventos que pueden enviar señales luminosas a una entidad y el futuro es el conjunto de eventos a los que una entidad puede enviar señales luminosas. ^{[ 97 ] [ 98 ]}

Einstein demostró en sus experimentos mentales que las personas que viajan a diferentes velocidades, si bien coinciden en la relación causa-efecto , miden diferentes intervalos de tiempo entre eventos e incluso pueden observar diferentes ordenamientos cronológicos entre eventos no relacionados causalmente. Aunque estos efectos suelen ser mínimos en la experiencia humana, se vuelven mucho más pronunciados para objetos que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz. Las partículas subatómicas existen durante una fracción de segundo promedio bien conocida en un laboratorio en reposo relativo, pero cuando viajan cerca de la velocidad de la luz, se mide que recorren distancias mayores y existen durante mucho más tiempo que cuando están en reposo.

Según la teoría especial de la relatividad , en el sistema de referencia de la partícula de alta velocidad , esta existe, en promedio, durante un tiempo estándar conocido como su vida media , y la distancia que recorre en ese tiempo es cero, porque su velocidad es cero. En relación con un sistema de referencia en reposo, el tiempo parece ralentizarse para la partícula. En relación con la partícula de alta velocidad, las distancias parecen acortarse. Einstein demostró cómo las dimensiones temporales y espaciales pueden alterarse (o distorsionarse) por el movimiento a alta velocidad.

Einstein ( El significado de la relatividad ): «Dos eventos que tienen lugar en los puntos A y B de un sistema K son simultáneos si aparecen en el mismo instante cuando se observan desde el punto medio, M, del intervalo AB. El tiempo se define entonces como el conjunto de las indicaciones de relojes similares, en reposo con respecto a K, que registran lo mismo simultáneamente». Einstein escribió en su libro La relatividad que la simultaneidad también es relativa ; es decir, dos eventos que parecen simultáneos para un observador en un sistema de referencia inercial particular no necesariamente serán considerados simultáneos por un segundo observador en un sistema de referencia inercial diferente.

Según la relatividad general, el tiempo también transcurre más lentamente en campos gravitatorios más intensos ; esto se conoce como dilatación del tiempo gravitacional . ^{[ 99 ]} El efecto de la dilatación se hace más notorio en un objeto de alta densidad de masa. Un ejemplo famoso de dilatación del tiempo es el experimento mental de un sujeto que se acerca al horizonte de sucesos de un agujero negro . Como consecuencia de cómo los campos gravitatorios deforman el espacio-tiempo, el sujeto experimentará la dilatación del tiempo gravitacional. Desde la perspectiva del propio sujeto, experimentará el tiempo con normalidad. Mientras tanto, un observador externo verá al sujeto acercarse al agujero negro hasta llegar al extremo en el que parece «congelado» en el tiempo y finalmente se desvanece en la nada debido a la disminución de la cantidad de luz que regresa. ^{[ 100 ] [ 101 ]}

Las animaciones visualizan los diferentes tratamientos del tiempo en las descripciones newtoniana y relativista. En el centro de estas diferencias se encuentran las transformaciones de Galileo y Lorentz , aplicables en las teorías newtoniana y relativista, respectivamente. En las figuras, la dirección vertical indica el tiempo. La dirección horizontal indica la distancia (solo se considera una dimensión espacial), y la curva discontinua gruesa representa la trayectoria espaciotemporal (" línea de universo ") del observador. Los puntos pequeños indican eventos específicos (pasados ​​y futuros) en el espaciotemporal. La pendiente de la línea de universo (desviación de la vertical) proporciona la velocidad relativa del observador.

En la descripción newtoniana, estos cambios implican que el tiempo es absoluto: ^{[ 102 ]} los movimientos del observador no influyen en si un evento ocurre en el «ahora» (es decir, si un evento cruza la línea horizontal que pasa por el observador). Sin embargo, en la descripción relativista, la observabilidad de los eventos es absoluta: los movimientos del observador no influyen en si un evento cruza el « cono de luz » del observador. Nótese que, con el cambio de una descripción newtoniana a una relativista, el concepto de tiempo absoluto deja de ser aplicable: los eventos se mueven hacia arriba y hacia abajo en la figura dependiendo de la aceleración del observador.

La cuantización del tiempo es un concepto hipotético que postula que el tiempo tiene la unidad más pequeña posible. En las teorías físicas modernas establecidas, como el Modelo Estándar de la física de partículas y la relatividad general , el tiempo no está cuantizado. El tiempo de Planck (aprox. 5,4 × 10⁻⁴⁴ ^segundos ) es la unidad de tiempo en el sistema de unidades naturales conocido como unidades de Planck . Se cree que las teorías físicas establecidas actualmente fallan en esta escala temporal, y muchos físicos esperan que el tiempo de Planck sea la unidad de tiempo más pequeña que jamás se pueda medir, incluso en principio. Aunque existen teorías físicas tentativas que intentan describir fenómenos en esta escala; un ejemplo es la gravedad cuántica de bucles . La gravedad cuántica de bucles sugiere que el tiempo está cuantizado; si la gravedad está cuantizada, el espacio-tiempo también lo está. ^{[ 103 ]}

Se sabe que el juicio del tiempo del cerebro es un sistema altamente distribuido, que incluye al menos la corteza cerebral , el cerebelo y los ganglios basales como sus componentes. Un componente particular, los núcleos supraquiasmáticos , es responsable del ritmo circadiano (o diario) , mientras que otros grupos de células parecen capaces de medir el tiempo a corto plazo ( ultradianos ). La cronometría mental es el uso del tiempo de respuesta en tareas perceptivo-motoras para inferir el contenido, la duración y la secuencia temporal de las operaciones cognitivas. Los juicios del tiempo pueden ser alterados por ilusiones temporales (como el efecto kappa ), ^{[ 110 ]} la edad, ^{[ 111 ]} drogas psicoactivas e hipnosis . ^{[ 112 ]} El sentido del tiempo está afectado en algunas personas con enfermedades neurológicas como la enfermedad de Parkinson y el trastorno por déficit de atención .

Las drogas psicoactivas pueden afectar la percepción del tiempo. Los estimulantes pueden llevar tanto a humanos como a ratas a sobreestimar los intervalos de tiempo, ^{[ 113 ] [ 114 ]} mientras que los depresores pueden tener el efecto contrario. ^{[ 115 ]} El nivel de actividad en el cerebro de neurotransmisores como la dopamina y la norepinefrina puede ser la razón de esto. ^{[ 116 ]} Dichas sustancias químicas excitan o inhiben la activación de las neuronas en el cerebro, de modo que una mayor tasa de activación permite al cerebro registrar la ocurrencia de más eventos dentro de un intervalo dado (aceleración del tiempo) y una menor tasa de activación reduce la capacidad del cerebro para distinguir eventos que ocurren dentro de un intervalo dado (ralentización del tiempo). ^{[ 117 ]}

Los psicólogos afirman que el tiempo parece pasar más rápido con la edad, pero la literatura sobre esta percepción del tiempo relacionada con la edad sigue siendo controvertida. ^{[ 118 ]} Quienes apoyan esta noción argumentan que los jóvenes, al tener más neurotransmisores excitatorios, pueden afrontar eventos externos más rápidos. ^{[ 117 ]} Algunos también argumentan que la percepción del tiempo también está influenciada por la memoria y la experiencia vivida; por ejemplo, a medida que uno envejece, habrá pasado menos tiempo esperando un mes. ^{[ 119 ]} Mientras tanto, las crecientes capacidades cognitivas de los niños les permiten comprender el tiempo de una manera diferente. La comprensión del tiempo de los niños de dos y tres años se limita principalmente a "ahora y no ahora". Los niños de cinco y seis años pueden comprender las ideas de pasado, presente y futuro. Los niños de siete a diez años pueden usar relojes y calendarios. ^{[ 120 ]} La teoría de la selectividad socioemocional propone que cuando las personas perciben su tiempo como abierto y nebuloso, se centran más en objetivos orientados al futuro. ^{[ 121 ]}

Aunque el tiempo se considera un concepto abstracto , hay cada vez más evidencia de que se conceptualiza en la mente en términos de espacio. ^{[ 122 ]} Es decir, en lugar de pensar en el tiempo de forma general y abstracta , los humanos piensan en él de forma espacial y lo organizan mentalmente como tal. Usar el espacio para pensar en el tiempo permite a los humanos organizar mentalmente los eventos temporales de una manera específica. Esta representación espacial del tiempo se representa a menudo en la mente como una línea de tiempo mental (LTM). ^{[ 123 ]} Estos orígenes están moldeados por muchos factores ambientales. ^{[ 122 ]} La alfabetización parece desempeñar un papel importante en los diferentes tipos de LTM, ya que la dirección de lectura/escritura proporciona una orientación temporal cotidiana que difiere de una cultura a otra. ^{[ 123 ]} En las culturas occidentales, la LTM puede desplegarse hacia la derecha (con el pasado a la izquierda y el futuro a la derecha) ya que la gente lee y escribe principalmente de izquierda a derecha. ^{[ 123 ]} Los calendarios occidentales también continúan esta tendencia al colocar el pasado a la izquierda y el futuro avanzando hacia la derecha. Por el contrario, los hablantes de árabe, persa, urdu y hebreo leen de derecha a izquierda, y sus MTL se despliegan hacia la izquierda (el pasado a la derecha y el futuro a la izquierda); la evidencia sugiere que estos hablantes también organizan los eventos temporales en sus mentes de esta manera. ^{[ 123 ]}

También hay evidencia de que algunas culturas utilizan una espacialización alocéntrica, a menudo basada en características ambientales. ^{[ 122 ]} Un estudio del pueblo indígena Yupno de Papúa Nueva Guinea encontró que podrían usar un MTL alocéntrico, en el que el tiempo fluye cuesta arriba; al hablar del pasado, los individuos señalaban cuesta abajo, donde el río del valle desembocaba en el océano. Al hablar del futuro, señalaban cuesta arriba, hacia la fuente del río. Esto era común independientemente de la dirección en la que la persona mirara. ^{[ 122 ]} Un estudio similar de los Pormpuraawans, un grupo aborigen en Australia, informó que cuando se les pidió que organizaran fotos de un hombre envejeciendo "en orden", los individuos colocaron consistentemente las fotos más jóvenes al este y las más antiguas al oeste, independientemente de la dirección en la que miraran. ^{[ 124 ]} Esto chocó directamente con un grupo estadounidense que organizó consistentemente las fotos de izquierda a derecha. Por lo tanto, este grupo también parece tener un MTL alocéntrico, pero basado en los puntos cardinales en lugar de características geográficas. ^{[ 124 ]} La amplia gama de distinciones en la forma en que diferentes grupos piensan sobre el tiempo lleva a la cuestión más amplia de que diferentes grupos también pueden pensar sobre otros conceptos abstractos de diferentes maneras, como la causalidad y el número. ^{[ 122 ]}