Čas

Čas (značka t) je jednou ze základních fyzikálních veličin soustavy SI, která se měří v sekundách (s) pomocí hodin. Čas označuje dobu, která uplyne mezi dvěma okamžiky. V jiném chápání je čas pojímán jako čtvrtý rozměr 3D prostoru, v teorii relativity součást časoprostoru.

Pojem „čas“ může také označovat časový údaj, určitý okamžik na časové ose, která má počátek ve zvoleném nulovém referenčním bodě. Událost trvající dobu t začala v čase t₁ a skončila v čase t₂ = t₁ + t, kde hodnoty t₁ a t₂ označují dobu, která v okamžiku začátku a konce události uplynula od referenčního okamžiku t₀ = 0 s. V běžné praxi například čas „jedna hodina“ může označovat nejen dobu trvání události, ale také okamžik, kdy hodinová ručička ukazuje „1“, tedy 1 h po půlnoci nebo 1 h po poledni – podle toho, co je tím referenčním okamžikem.

Pro lidský život má zásadní význam střídání dne a noci vlivem rotace Země. Proto se základem časového systému stal sluneční čas, který lze měřit slunečními hodinami. Z něj byly odvozeny jednotky času a z praktických důvodů jsou mu přizpůsobovány časové systémy jako je koordinovaný světový čas a časová pásma. Delší období měsíc a rok vycházejí z dalších astronomických cyklů, dle typu kalendáře z doby oběhu Země kolem Slunce a Měsíce kolem Země.

Tato část článku potřebuje úpravy.

Můžete Wikipedii pomoci tím, že ji vylepšíte. Jak by měly články vypadat, popisují stránky Vzhled a styl, Encyklopedický styl a Odkazy.

---

Konkrétní problémy: Uvést zdroje k tvrzením

Čas se dá také definovat jako neprostorové lineární kontinuum, v němž se události stávají ve zjevně nevratném pořadí. Jako takový je podstatnou složkou struktury vesmíru. Je velmi obtížné, až nemožné, si čas nějak představit. Pokusy o pochopení času byly po dlouhou dobu především doménou filozofů, později i přírodovědců. Na povahu a smysl času existuje množství silně odlišných náhledů, a je proto obtížné nabídnout jeho nekontroverzní a jasnou definici. Důležitým pojmem je tzv. šipka času, která určuje smysl (směr) plynutí času a odpovídá směru rozpínání vesmíru. Čas se od starověku také měří, nejčastěji počítáním pravidelně se opakujících pohybů, například Slunce nebo kyvadla. Základní myšlenku tohoto měření využil Aristotelés k definici:

Stejně jako všechna jiná měření je stanovování času založeno na srovnávání s jednotkou, v případě času s dobou opakovaného děje. Podmínkou měření je stanovení částí, jednotek jevů, rozdělení času na vhodné stupně, původně nutně podle přírodních jevů.

O měření času a doby se lidé pokoušejí již tisíciletí počítáním (pravidelných) pohybů, a to tradičně na více úrovních, zejména pak:

• pro delší intervaly – ode dne datování. Systém uspořádání těchto jevů se nazývá kalendář a jevy a jednotky bývají nazývány jako kalendářní.
• pro kratší intervaly – počítáním rychlejších pravidelných jevů na jevech menšího měřítka na hodinách – slunečních, objemových (vodních, přesýpacích) a kyvadlových. Tyto kratší jevy a jejich měření, tedy čas v užším významu, nemají zvláštní název.

Obě tyto úrovně předvádí např. pražský staroměstský orloj s horním ciferníkem hodinovým a dolním kalendářovým, kde se delší jednotky času odvozují rovněž z pohybu kyvadla a ne z astronomických jevů.

K určování doby mohou být použity kromě ​hodin i různé nepřímé metody vhodné s ohledem na charakteristický děj, jehož dobu je potřeba určit, což umožňuje překonat i samotné schopnosti aktuálně nejpřesnějších hodin. Detekcemi interakcí fotonu s frekvencí v rentgenové části spektra, prolétajícího molekulou vodíku, s elektrony jejího obalu tak byl v r. 2020 určen vůbec nejkratší kdy naměřený časový úsek v historii, 247 zeptosekund, tj. 247 × 10⁻²¹ sekundy.^[2][3]

Měřením času a doby se zabývají hlavně vědci (jeden z hlavních úkolů fyziky a astronomie) a technici.

Základ dělení času vznikl sledováním ročních období a roků, vývoje měsíce, dnů a částí dnů (noc, světlý den, rozbřesk (východ slunce, svítání), ráno, dopoledne, poledne, odpoledne, západ slunce (stmívání, soumrak), večer) sledováním astronomických jevů, zejména zdánlivého oběhu slunce a změny tvaru osvětlené viditelné části Měsíce. Už z doby kamenné (neolitu) jsou známy stavby, které sloužily ke stanovení slunovratu a rovnodennosti (např. Stonehenge). O pokročilejších způsobech kalendářního měření patrně svědčí nedávno nalezený disk z Nebry. Také zdánlivý roční pohyb některých hvězd (např. Siria) se užíval ke stanovení správného okamžiku pro polní práce.

Jednotky doby kvantifikují trvání dějů a intervalů mezi událostmi proto vycházely z dějů vyvolaných pravidelnými pohyby. Nejvýznamnějším takovým dějem je jistě stmívání a svítání, střídání světlého dne a noci a roční střídání částí roku. Dlouho sloužily jako standardy pohyb Slunce po obloze, fáze Měsíce a kmit kyvadla. Z nich se vyvinuly a postupně ustálily jednotky nakonec nyní již bez přímé vazby na astronomické jevy a naopak se občas upravují tak, aby se zmenšil rozdíl od astronomických jevů.

První mechanické hodiny se podle nejistých zpráv objevily snad ve 12. století, spolehlivé zprávy jsou však až z přelomu 13. a 14. století z anglických a francouzských klášterů. Mechanické hodiny se skládají ze tří částí: 1) oscilátoru, 2) zdroje energie a 3) počítacího a indikačního zařízení. První hodiny užívaly jako oscilátor poměrně nepřesný lihýř, jako zdroj energie závaží a měly i bicí zařízení. Od 14. století se vyráběly přenosné a kapesní hodiny s pružinou, byly však málo přesné. Při pokusech s volným pádem měřil snad Galileo Galilei dobu počítáním srdečního tepu a krátce před smrtí zkonstruoval velmi důmyslné hodiny s využitím kyvadla jako oscilátoru (prvku určujícího rychlost chodu hodin).

Kyvadlové hodiny však poprvé realizoval až roku 1657 holandský fyzik Christiaan Huygens, který také o něco později vybavil lihýř pružinou, čímž vznikl nepokoj, přesnější oscilátor, který se hodil i do přenosných a velmi malých hodinek. Přesnost mechanických hodin se dále zvyšovala a v 18. století se podařilo změřit nerovnoměrnosti v pohybu Země. Tím byl zdánlivý pohyb Slunce jako časový normál nahrazen mechanickými oscilátory a hodinami.

Ve 20. století se začaly používat i jiné pohony a oscilátory. Nejrozšířenější jsou dnes hodiny s elektrickým pohonem a piezoelektrickým oscilátorem, např. křemenným (quartz crystal). Ten má vysokou přesnost, nízké výrobní náklady a snadno se propojuje s elektronickými obvody. Pro nejpřesnější měření času (doby trvání) i jako standard pro sekundu se užívají atomové hodiny, využívajících frekvence mikrovlnného záření při stavovém přechodu v atomu cesia. Nejpřesnější světový čas se určuje statistickým průměrem několika set césiových hodin po celém světě.

Nepřesnost (lépe nerovnoměrnost čili variace chodu) hodin, která činila u prvních lihýřových hodin asi 100 s/den (0,1%), se u nejlepších kyvadlových hodin snížila na sekundu za rok, u křemenných hodin na sekundu za tisíc let a u césiových hodin na sekundu za 158 milionů let (2×10⁻¹⁶).^[4]

Jako ještě slibnější se jeví nové typy tzv. optických atomových hodin, tedy hodin založených na kvantových přechodech s energiemi odpovídajícími frekvencím spektrálního pásma viditelného či ultrafialového záření, u kterých proběhne za 1 sekundu o zhruba 4 až 6 řádů více oscilací a potenciálně tak umožňují řádově vyšší přesnosti než nejpřesnější hodiny cesiové. Mohou to být optické atomové hodiny založené na přechodu v iontu ytterbia ¹⁷¹Yb^+[5], stroncia ⁸⁸Sr^+[6][7][8], vápníku ⁴⁰Ca⁺, rtuti ¹⁹⁹Hg⁺ či hliníku ²⁷Al⁺.^[9][10]

Jinou slibnou metodou je využití přechodů v neutrálních atomech v optické mřížce, tedy zachycených v potenciálu stojaté elektromagnetické vlny ze dvou protichůdných laserových paprsků. Limitující fundamentální (neodstranitelná) kvantová nepřesnost tak může být zredukována zprůměrováním a zvýšena tak stabilita a přesnost.^[11][12] Mohou to být hodiny využívající přechodu v atomech stroncia ⁸⁷Sr, ytterbia ¹⁷¹Yb či rtuti ¹⁹⁹Hg.^{[13][14][15][12][16][17][18][9]} Rekordní relativní přesnost hodin tohoto typu, dosažená v r. 2018, je 2,5×10⁻¹⁹, tedy 1 sekunda za cca 120 miliard let.^[19][20]

Od r. 2011 je znám princip tzv. jaderných hodin, založených na přechodu mezi energetickými stavy jádra iontu thoria, který by umožňoval dosažení ještě řádově nižší nepřesnosti.^[21][22][23] Jaderné hodiny mají i další výhody. Jsou ze své podstaty robustnější než atomové, protože jádro a jeho energetické přechody jsou méně citlivé k vnějšímu rušení než jsou přechody v orbitálních elektronech u atomových hodin.^[24] V r. 2024 již byly zkonstruovány všechny důležité technické prvky nutné pro plně funkční jaderné hodiny, které by principiálně mohly dosáhnout stability 10⁻²⁰, tedy nepřesnosti pouhých 10 ms za celý předpokládaný věk vesmíru (14 mld let).^[25]

Během staletí od vynálezu hodin se tedy přesnost zlepšila o 19 desetinných řádů a nadále se zlepšuje. Měření doby a kmitočtu patří dnes k nejpřesnějším měřením vůbec.

Čas je společné označení pro několik fyzikálních pojmů - objektů a veličin, zejména pro:

• okamžik^[26]: bod na časové ose. V tomto smyslu ("čas daného okamžiku") je veličinou protenzivní, jejíž okamžitá hodnota (datum, časový údaj – viz níže) se stanovuje jako doba trvání (viz níže) od dohodnutého počátečního okamžiku k tomuto okamžiku. V prostoru odpovídá poloze;
• datum, časový údaj^[27]: značka přiřazená okamžiku pomocí uvedené časové stupnice; v prostoru odpovídá souřadnicím polohy v daném souřadném systému;
• doba trvání (pro spojité časové stupnice)^[28]: rozsah časového intervalu^[29], tedy části časové osy mezi dvěma okamžiky. Je to veličina extenzivní. V prostoru odpovídá vzdálenosti.

Čas, doba jsou základní veličinou všech běžně používaných soustav veličin, tedy i soustavy SI. V klasické fyzice je čas absolutní, tedy doba je invariantní při Galileově transformaci a jde o skalár. V relativitě je čas relativní a je třeba odlišit vlastní čas (vlastní doba je invariantem Lorentzovy transformace) a lokální, souřadnicový čas (transformuje se jako 4. složka čtyřvektoru).

Doporučená značka veličiny (doby): t (angl. time, lat. tempus)

Běžně se ve fyzikální literatuře takto značí i čas daného okamžiku (zpravidla s identifikačním indexem), pak se pro označení doby trvání používá značka Δt nebo zápis pomocí rozdílu (tedy např. t − t₀).

Doporučený zápis data a časového údaje pro vědecké a technické účely je např. 2014-08-14T09:25:10,33 pro 14. srpen 2014, v 9 h, 25 min a 10,33 sekundy^[30]

V běžných písemnostech se v ČR za správný považuje i vzestupný zápis pouhého data (14. 8. 2014 nebo 14.08.2014) a zápis časového údaje zaokrouhleného na minuty s rozdělující tečkou a bez nuly u jednomístných hodin (9.25),^{[pozn. 1]} přípustný je i zápis s dvojtečkou (9:25 či 09:25), způsob zápisu by však měl být v rámci dokumentu jednotný.^[31][32]

Základní jednotkou času (doby) je v soustavě SI sekunda (mezinárodní značka s), která je definována jako doba trvání 9 192 631 770 period záření, které odpovídá přechodu mezi dvěma hladinami hyperjemné struktury základního stavu atomu cesia 133. Tato definice předpokládá cesiový atom v klidu při teplotě absolutní nuly.^{[33][pozn. 2]} Jedná se tedy o vlastní čas.

V běžném hovorovém jazyce se pro označení této jednotky používá výraz vteřina. Ve fyzice a technických oborech to však není vhodné kvůli nejednoznačnosti a neexistenci standardizované značky^{[pozn. 3]}; nedoporučuje to ani odborná norma.^{[35][pozn. 4]}

Mezinárodní výbor pro míry a váhy (CIPM) dovoluje používat v SI souběžně se základní jednotkou sekunda a jejími dekadickými násobky a díly, s názvy odvozenými standardními předponami (zejména milisekundou (značka ms), mikrosekundou (µs), nanosekundou (ns) a pikosekundou (ps) ) také následující jednotky:^[35]

• minuta, značka min, 1 min = 60 s
• hodina, značka h, 1 h = 60 min = 3600 s
• den, značka d, 1 d = 24 h = 86 400 s.

Větší mimosoustavové jednotky než den se používají např. v kalendáři. Nejsou však již definovány jednoznačně:

• kalendářní den, vzhledem k přechodu na letní čas se jeho velikost může lišit o ± 1 hodinu, vzhledem ke korekci koordinovaného světového času (UTC) na reálnou rotaci Země o ± 1 přestupnou sekundu
• týden je 7 kalendářních dní
• měsíc je 28 až 31 kalendářních dní,
• (kalendářní) rok (značka a^[36] nebo též r nebo y, yr z anglického year) je 365 dní (366 dní, je-li rok přestupný).

Jednotky den a rok jsou odvozeny z astronomických časových charakteristik otáčení Země kolem své osy a jejího oběhu kolem Slunce, astronomové proto od kalendářního dne a roku důsledně rozlišují přesně definované pojmy pravý sluneční den, střední sluneční den, hvězdný den, tropický rok a siderický rok.

I některé přírodní vědy, zabývající se dlouhými časovými obdobími (astrofyzika, kosmologie, geologie), však potřebují větší jednotky, ale exaktně definované. Používají proto jednotku definovanou jako přesný násobek sekundy:

• rok (annus, často i ve tvaru annum), značka a, v různých verzích^[37] (vzhledem k použití pro velmi velké doby charakterizovaných jevů, jejichž nepřesnost určení je řádově vyšší než rozdíl daný odlišnou definicí, nejsou zpravidla tyto rozdíly podstatné):
  • 1 a = 31 556 926 s, definice doporučovaná mezinárodní normou ISO 80000-3:2006 i její českou mutací ČSN ISO 80000-3:2007^[38]; nebo
  • 1 a = 31 556 925,445 s (trvání tropického roku v r. 2000), definice společně doporučovaná Mezinárodní unií pro čistou a užitou chemii (IUPAC) a Mezinárodní unií geologických věd pro užívání v chemii a geologii^[39]; nebo
  • 1 a = 31 600 000 s, zaokrouhlená hodnota tradičně používaná zpravidla v geologii, též v jaderné fyzice pro pomalu se rozpadající atomy.^[40][41]
  • (střední) juliánský rok, značka a_j nebo též pouze a^[42], 1 a_j = 365,25 dne = 31 557 600 s (v astronomii a astrofyzice - dle IAU)

a z jejich násobků nejčastěji

• 1 Ma = 10⁶ a
• 1 Ga = 10⁹ a.

Naopak mimosoustavovou jednotkou menší než sekunda je

• Planckův čas (jakožto jednotka ve smyslu doby trvání, i když se "doba" v názvu neužívá; v kosmologii používaný i pro čas okamžiku po velkém třesku), obvykle značený t_P, a jeho obdoby v jiných soustavách přirozených jednotek. Takto stanovené jednotky závisejí na znalosti hodnot univerzálních fyzikálních konstant a jejich velikost je stanovena experimentálně. Planckův čas se užívá v teoretické fyzice a kosmologii, pro malou přesnost není však v metrologii použitelný. Podle současné adjustace konstant je hodnota této jednotky:^[43]

t_P = 5,391 247(60)×10⁻⁴⁴ s.

Mezinárodní úřad pro míry a váhy (BIMP) uvádí jako přirozené jednotky času mnohem přesněji stanovené (a proto pro metrologické účely vhodnější) konstanty (ve vztazích ${\displaystyle \hbar }$ je redukovaná Planckova konstanta, ${\displaystyle m_{\mathrm {e} }}$ hmotnost elektronu, ${\displaystyle c}$ rychlost světla ve vakuu a ${\displaystyle \alpha }$ konstanta jemné struktury):^[44]

• "přirozená jednotka času" ${\displaystyle {\tfrac {\hbar }{m_{\mathrm {e} }c^{2}}}}$ s aktuální hodnotou 1,288 088 666 44(40)×10⁻²¹ s^[43]
• "atomová jednotka času" ${\displaystyle {\tfrac {\hbar }{\alpha ^{2}m_{\mathrm {e} }c^{2}}}}$ s aktuální hodnotou 2,418 884 326 5864(26)×10⁻¹⁷ s^[43] (jednotka času Hartreeovy („Bohrovy“) soustavy atomových jednotek).

(Swatch) beat (česky překládaná jako takt, případně zavináč), 1 beat = 1/1000 dne je příklad mimosoustavové jednotky používané konkrétním výrobcem hodinek pro udávání tzv. internetového času, nikoli pro dobu trvání děje.

Fyzikální charakter doby má několik dalších fyzikálních veličin. Nejpoužívanější jsou:

• perioda, doporučená značka T, udávající nejkratší časový interval opakování periodického děje,
• poločas přeměny, doporučená značka T_½, a
• střední doba života, doporučená značka τ, obě používané v jaderné fyzice jako charakteristiky nestabilních atomů a částic.

Zápis času stanovují české^[45] i mezinárodní^[46] normy. Hodiny a minuty se standardně („extended form“) oddělují dvojtečkou (např. 12:35) – většinou ve vědeckých a technických oborech (jako jsou například počítače), protože v jiných státech, kde se jako desetinná značka používá tečka (v Československu se do 30. let 20. století také používala desetinná tečka),^[47][48] by mohlo dojít k nejednoznačnostem. Pouze pravidla českého pravopisu v ČSN 01 6910 (ale i slovenského v STN 01 6910)^[49] uvádějí (v jistých případech) jako oddělovač tečku (např. 12.35),^[50] to se však používá spíše v literatuře a typografii (československá norma ČSN 01 6910 Úprava písemností psaných strojem z roku 1954 nahradila normu ČSN 1409:1949 Psaní na stroji). Tyto normy totiž sloužily i k rychlému psaní na psacím stroji,^[51] kde se tečka psala rychleji než dvojtečka.

V mezinárodním zápisu času i s datem v kompletním, rozšířeném formátu se dle normy ISO 8601 rok, měsíc a den (v tomto pořadí) navzájem oddělují spojovníkem, od hodiny písmenem T, např. 1982-02-28T12:00:00 v poledne 28. února 1982 (v základním formátu se spojovníky a dvojtečky vynechávají).^[52]

Velmi obtížným konceptem pro lidskou představivost je geologický čas (také „hluboký čas“, angl. deep time), který zahrnuje řádově stovky tisíc až jednotky miliard let. Právě v těchto časových jednotkách zkoumají vývoj planety Země a života na ní geologové a paleontologové. Tento čas si můžeme přiblížit pouze vhodnými matematickými modely a přirovnáními.^[53]

• M. Brennan, Kameny času. Praha 1997
• M. Hajn, Základy jemné mechaniky a hodinářství. Praha 1953
• S. Hawking, Stručná historie času. Praha
• S. Michal, Hodiny. Praha 1980
• J. Sokol, Čas a rytmus. 2. vyd. Praha 2004
• N. Máčová, Čas. 1. vyd. Nová forma 2012

• Hodiny
• Universal Time (UT - univerzální čas)
• Time management
• Geologický čas
• Rok, měsíc, den
• Kalendář, Letopočet
• Čas (filozofie)
• ISO 8601

• Obrázky, zvuky či videa k tématu čas na Wikimedia Commons
• Encyklopedické heslo Čas v Ottově slovníku naučném ve Wikizdrojích
• Slovníkové heslo čas ve Wikislovníku
• Téma Čas ve Wikicitátech
• (česky) Vše o času
• (německy) Aktuální středoevropský čas (atomové hodiny) Archivováno 13. 6. 2006 na Wayback Machine.
• (česky) Aktuální středoevropský čas

• (anglicky) Různé systémy měření času
• (anglicky) Jednotky mimo SI
• (anglicky) Přestupná sekunda

• (anglicky) The World Clock - Time Zones
• (anglicky) UTC/TAI Timeserver
• (anglicky) Interactive Map of World Time
• (anglicky) GMT and all other timezones…
• (anglicky) TimeTicker and the time tickers…
• (anglicky) Official US time
• (anglicky) Time Zones with UTC Offset and Abbreviation

• (anglicky) A walk through Time Archivováno 29. 7. 1997 na Wayback Machine.
• (anglicky) Time Travel and Multi-Dimensionality
• (anglicky) Time and classical and quantum mechanics: Indeterminacy vs. discontinuity
• (anglicky) Time as a universal consequence of quanta
• (anglicky) Theories With Problems: What Is Time?
• (anglicky) Exploring the Nature of Time
• (anglicky) Sean Carroll on the arrow of time (Part 1) Archivováno 18. 2. 2014 na Wayback Machine., The origin of the universe and the arrow of time, Sean Carroll, video z přednášky, CHAST 2009, Templeton, Faculty of science, University of Sydney, listopad 2009, TED.com

• (anglicky) Stránka Antiquarian Horological Society GB
• (anglicky) (francouzsky) (německy) Stránka Chronometrophilia CH
• (německy) Stránka Deutsche Gesellschaft für Chronometrie D
• (francouzsky) Stránka Association Francaise des Amateurs d'Horlogerie Ancienne F Archivováno 21. 4. 2012 na Wayback Machine.