mini|desno|300px|Sat mjeri vrijeme.
desno|mini|300px|Sat s klatnom (njihalom) ili ura njihalica.
mini|desno|300px|Prikaz vodenog sata kojeg je napravio Ktesibije Aleksandrijski u 3. stoljeću pr. Kr.
Vrijeme, u fizici, je temeljna fizikalna veličina koja obilježava trajanje zbivanja ili razmak između dvaju događaja. Vrijeme omogućuje razlikovanje dvaju inače potpuno istih događaja u istoj točki prostora. Razmak (udaljenost) između tih događaja služi kao osnova za mjerenje vremena. Događanje, promjena i gibanje ne mogu se shvatiti bez vremena. Vrijeme se može uočiti samo po promjeni događanja. Mnoge se pojave u prirodi pravilno ponavljaju i mogu poslužiti za određivanje vremena. Tako se na primjer Zemljinom vrtnjom oko njezine osi određuje vrijeme od jednoga dana, a njezinim gibanjem oko Sunca vrijeme od jedne godine. Na načelu njihala konstruirana je ura njihalica. Za određivanje vremena služe i druge naprave, na primjer pješčani sat, vodeni sat, mehanički sat, digitalni sat, atomski sat i drugo. S pomoću vremena i prostora (prijeđenoga puta) određuje se brzina gibanja.
Filozofska razmatranja o prirodi vremena mogu se ugrubo razvrstati u dva suprotstavljena stajališta. Prema jednome (koje odgovara na primjer Newtonovim predodžbama), vrijeme je dio stvarne i fundamentalne strukture svemira: ono je dimenzija svemira u kojoj se događaji odvijaju nekim redoslijedom – i nije ovisno o tim događajima. Prema drugom stajalištu (koje uglavnom odgovara Leibnizovim i Kantovim nazorima), vrijeme je samo dio čovjekovog intelektualnog aparata, način na koji ljudska svijest percipira i tumači događaje. U fizikalnim razmatranjima prirode vremena dominira prvo stajalište (premda ima i pokušaja alternativnih tumačenja). Vrijeme je fundamentalna dimenzija svemira, duž koje su događaji poredani od prošlosti prema budućnosti. Pomoću vremena se mjeri "gdje" se u tome poretku događaj nalazi (kada, to jest u kojem trenutku se zbiva), te koliki su razmaci između događaja ili trajanje procesa (koliko su "dugački" vremenski intervali). Usto, razvoj fizike u Einsteinovo doba je pokazao kako opažanja trenutaka i intervala mogu ovisiti o promatraču koji ih mjeri.
Isaac Newton je smatrao da je vrijeme "apsolutno", to jest da teče jednako za sve promatrače. Klasična mehanika (preciznije, nerelativistička klasična mehanika) je utemeljena na Newtonovom konceptu vremena. Da bi protumačio neka opažanja s kraja 19. stoljeća, Albert Einstein je u svojoj specijalnoj teoriji relativnosti postulirao jednakost iznosa brzine svjetlosti (u vakuumu) za sve promatrače, te pokazao da zbog toga oni neće na isti način opažati prostor i vrijeme. Mjerenja prostora i vremena postaju zbog toga međuovisna, zbog čega se u fiziku uvodi koncept četverodimenzionalnog prostorno-vremenskog kontinuuma (prostorvrijeme).
Trenutak i vremenski interval Za operativno korištenje koncepta vremena u fizici (jednako u klasičnoj i relativističkoj) i u drugim znanostima i primjenama, nužno je jasno razlikovati pojam "trenutak" od pojma "vremenski interval". U svakodnevnom govoru, termin "vrijeme" (u gore navedenome fizikalnom smislu) često se koristi tako kao da ta razlika ne postoji.
Trenutak Trenutak se označava simbolom t i često se opisuje kao "točka u vremenu". Taj se opis temelji na analogiji s prostornom dimenzijom koju opisujemo na primjer pomoću koordinatne osi "x" Kartezijevog sustava. Kao što x predstavlja položaj ili koordinatu ("točku u prostoru") na toj osi, tako je t koordinata ili "točka" duž analogne koordinatne osi "t". Na toj se analogiji temelji grafički prikaz (pa i razumijevanje) veličina koje su "funkcije vremena".
Jednostavnije je, međutim, objasniti pojam trenutka pomoću uređaja za mjerenje vremena, kao što je sat na slici desno. Trenutak je ono što upravo pokazuje taj sat, to jest 6 sati i 8 minuta (približno).
Jasno je da "sadašnji" trenutak ovisi o tome kada je bio "početni trenutak" t = 0 (na takvome satu početni trenutak je u 12 sati). Još bolji primjer je zaporna ura ("štoperica"). Kod nje biramo početni trenutak t = 0 (to jest "ishodište za mjerenje vremena") kada je aktiviramo. Svaka brojka koju nakon toga pokaže kazaljka (ili se ispiše na ekranu) je "tadašnji" trenutak t.
Tako pojedini trenutak t, iako sam nema trajanja, pokazuje koliko je vremena proteklo od odabranog (dogovorenog) početnog trenutka t = 0. Naravno, vrijeme je postojalo i prije takvoga proizvoljno odabranoga početnog trenutka, kao što je uključivanje zaporne ure. Ti raniji trenutci opisuju se negativnim brojevima, na primjer trenutak t = -3s zbio se 3 sekunde prije trenutka t = 0. U povijesnom opisu vremena pomoću Gregorijanskog kalendara, umjesto "negativnih" godina koristi se oznaka prije Krista ili prije nove ere.
"Apsolutni" svemirski početni trenutak t = 0, prema fizikalnoj teoriji velikog praska i s njom povezanim mjerenjimaN. Jarosik et al (2011). "Seven-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Sky Maps, Systematic Errors, and Basic Results". "The Astrophysical Journal Supplement Series" 192 desio se prije približno 13,75 milijardi godina. Tada, grubo govoreći, zajedno sa svemirom nastaje i prostor i vrijeme, te nema ranijih ("negativnih") trenutaka.
Vremenski interval Vremenski interval opisuje koliko je vremena proteklo između neka dva trenutka. Primjerice, između nekog (prvog) trenutka t1=3s koji je pokazala zaporna ura, i drugog trenutka t2 = 8s koji je kasnije pokazala, proteklo je 5 sekundi, što se formalno dobiva oduzimanjem t2 – t1. Uobičajeno je razliku vrijednosti (ili promjenu vrijednosti) obilježavati simbolom , pa se zato za vremenski interval koristi oznaka :
.
U specijalnom slučaju kada je prvi trenutak jednak nuli (t1 = 0), a drugi trenutak se označi kao t (umjesto t2), dobije se jednakost . Time se može pravdati zamjena simbola za vremenski interval sa simbolom za trenutak u vremenu, koja je uobičajena u nekim formulama u uvodnim tumačenjima fizikalnih pojava. No, pritom ipak treba upozoriti na smisao simbola: vremenski interval označava koliko nešto traje, dok trenutak označava kada se nešto dogodilo.
Vrijeme u astronomiji mini|desno|300px|Sinodički dan (Sunčev dan) je duži od sideričkog dana (zvjezdani dan). U vremenu od 1 do 2, Zemlja se potpuno okrene oko svoje osi vrtnje za 360° (1→2 = siderički ili zvjezdani dan). Ali tek otprilike 4 minute kasnije u položaju 3, Zemlja je dosegla kulminaciju (podne) u odnosu na Sunce (1→3 = sinodički ili Sunčev dan).
mini|desno|300px|Zemljina vrtnja uzrok je prividnom okretanju nebeske sfere i izmjene dana i noći.
mini|desno|300px|Prikaz položaja Zemlje i Sunca za 4 godišnja doba.
mini|desno|300px|Nebeski ekvator i ekliptika.
mini|desno|300px|Jednadžba vremena prikazuje razliku pravog i srednjeg Sunčeva vremena.
mini|desno|300px|Karta vremenskih zona svijeta (od siječnja 2015).
mini|desno|300px|Nebeski svod se kreće po krivulji, koja je rezultanta uzajamnog djelovanja rotacije (zeleno), Zemljine precesije (plavo) i nutacije (crveno).
mini|desno|300px|Zemljina precesija.
Vrijeme, u astronomiji, je klasično praćenje tijeka vremena i određivanje vremenskih jedinica postizalo se opažanjem periodičnih promjena položaja Sunca i drugih nebeskih tijela na nebeskoj sferi (dan; godina; sunčano vrijeme). Utjecaj eliptičnosti Zemljine staze korigirao se jednadžbom vremena. Razvoj preciznijih astronomskih i, općenito, fizikalnih instrumenata i metoda uvjetovao je određivanje apsolutne veličine vremenskoga trajanja (sekunda), prema kojoj se izračunavaju (mjere) klasične vremenske jedinice. Danas se sekunda određuje s pomoću 350 atomskih satova smještenih na 66 mjesta na Zemlji, kojima se rad koordinira u Međunarodnom uredu za utege i mjere u Sèvresu u Francuskoj (BIPM). Na temelju toga određuje se trajanje sekunde i takozvano međunarodno atomsko vrijeme (TAI) te iz njega univerzalno vrijeme (UTC) kao temelj za sva mjerenja i za takozvano građansko vrijeme, mjesna vremena, vremenske zone te različita službena vremena.
Sunčevo i zvjezdano vrijeme U svakodnevnom djelovanju najvažnije razdoblje vremena određeno je izmjenom svjetlosti i tame (dnevnom izmjenom osunčenja ili insolacije). Položaj Sunca na nebeskoj sferi predstavlja kazaljku pomoću koje se ustanovljuje doba dana. Računanje vremena dana počinje u ponoć, u času kada se Sunce nalazi u donjoj kulminaciji. Sunčev dan (sinodički dan) je vrijeme koje proteče između Sunčeve dvije uzastopne istovjetne kulminacije (gornje u podne ili donje u ponoć). Slično tome, zvjezdani dan (siderički dan) je vrijeme u kojemu puni okret učini neka zvijezda, ili točnije rečeno proljetna točka. Sunčevo vrijeme služi za svakodnevne životne djelatnosti. Znajući trenutak Sunčeva vremena, u stanju smo odrediti položaj Sunca na nebu. Možda nam se čini da to nije problem, jer se Sunce iznad obzora lako ugleda. No kod zvijezda nije tako. Zvijezde su mnogo manjeg sjaja nego Sunce. Zvjezdano vrijeme potrebno je da bi se odredio položaj zvijezda, a osim u astronomiji, primjenjuje se u geodeziji i navigaciji.Vladis Vujnović : "Astronomija", Školska knjiga, 1989.
Zvjezdano vrijeme Kazaljka zvjezdanog vremena je proljetna točka. Zvjezdano vrijeme jednako je satnom kutu proljetne točke. Zvjezdani dan počinje kada se proljetna točka nalazi u gornjoj kulminaciji. Zvjezdano vrijeme povezano je u svakom času sa satnim kutom i rektascenzijom zvijezde. Ono je ograničeno time na razdoblje od 0 do 24 h. Zvjezdano vrijeme teče onoliko jednoliko koliko se jednoliko Zemlja okreće. Tok zvjezdanog vremena određen je samo Zemljinom vrtnjom u odnosu na zvijezde. U toku vremena postoje male promjene. Razlozi tih promjena trojaki su. Jedan je učinak plime. Pri gibanju plimnih valova dolazi do trenja između vodenih masa i dna. Trenjem se gubi dio kinetičke energije vrtnje pa se ona usporava. Pojava se očituje u stoljetnim razmacima. Zatim, postoje sezonske promjene brzine vrtnje jer se ovisno o godišnjem dobu mijenjaju jačine i smjerovi vjetrova te morskih struja. Stoga se vrtnja i usporava i ubrzava u toku godine, ovisno o tome pomažu li strujanja Zemljinoj vrtnji ili odmažu. Treći razlog krije se u gibanjima u Zemljinoj unutrašnjosti i u fizičkom prostoru Zemljine okoline.
Sunčev dan zadan je ne samo Zemljinom vrtnjom oko vlastite osi, već i Zemljinom godišnjom putanjom oko Sunca. Pritom Zemlja učini jedan okret više oko svoje osi, s obzirom na proljetnu točku (ili zvijezde) nego s obzirom na Sunce. Obilaženje oko Sunca čini jedan dodatni okret Zemlje prema sustavu zvijezda. To znači da će broj zvjezdanih dana u Sunčevoj (tropskoj) godini biti za jedinicu veći od broja Sunčevih dana u Sunčevoj godini: (T + 1) zvjezdani dan = T Sunčev dan gdje je T – Sunčeva ili tropska godina koja iznosi 365 d 5 h 48 min 46 s = 365,24219 d, pa dobivamo : 1 zvjezdani dan = 23 h 56 min 4 s Zvjezdani dan dijeli se sam po sebi u 24h zvjezdanog vremena, a sati, minute i sekunde zvjezdanog vremena takoder traju krace od sata, minuta i sekundi Sunčeva vremena: 1 zvjezdani sat = 59 min 50 s 1 zvjezdana minuta = 59,8 s Zvjezdano vrijeme ovisi o tome u kojem se godišnjem dobu nalazimo. Onog časa kada je Sunce u proljetnoj točki s kojom zajedno prolazi kroz gornju kulminaciju podne je (12 h Sunčeva vremena), no istodobno je i početak zvjezdanog dana (0 h zvjezdanog vremena). Narednog će se dana Sunce naći istočnije od proljetne točke jer ono među zvijezdama odmiče na istok, pa će u dnevnoj vrtnji neba "zaostajati" za zvijezdama i kasnije proći nego proljetna točka. Kada kut između satnog kruga proljetne točke i Sunca poraste na 90° (početak ljeta), zvjezdano će vrijeme biti "mlađe" od Sunčeva za 6 h; kada poraste na 180° (početak jeseni), zvjezdano vrijeme jednako je Sunčevom; kada razlika dosegne 270° (početak zime), zvjezdano će vrijeme biti za 6 h "starije" od Sunčevog.
Srednji Sunčev dan