Необратимость времени

Ось времени, временная ось (именуемая также в контексте термодинамики стрелою времени) — концепция, описывающая время как прямую (т.е. математически одномерный объект), протянутую из прошлого в будущее. Из любых двух несовпадающих точек оси времени одна всегда является будущим относительно другой.

Классическая физика представляет пространство-время как прямое произведение одномерного времени на трёхмерное пространство. Преобразования Галилея всегда сохраняют временную координату (с точностью до сдвига). Таким образом, ось времени является прямой, а точки её (именуемые моментами времени) параметризуются одной временной координатой.

Несмотря на доказанное несоответствие этого представления физической природе времени, оно используется в построении шкалы универсального координированного времени на Земле, а также во многих научных моделях, не требующих учёта конечности скорости света.

В теории относительности не существует упорядочения пространства-времени по времени. Относительно двух событий мы не всегда можем сказать, которое лежит в прошлом а которое в будущем, так что оси времени в привычном смысле нет. Сопоставимым понятием является мировая линия (собственное время), однако она своя у каждого тела. В специальной теории относительности (также как и в большинстве моделей искривлённого пространства-времени в общей теории относительности) сохраняется порядок времени. То есть, если мировые линии двух тел пересеклись в двух точках пространства-времени, то одна из них является прошлым с точки зрения обоих тел, а другая — будущим. Хотя общая теория относительности не запрещает многократные пересечения мировых линий с нарушением порядка времени и даже самопересечение мировой линии, применимость подобных моделей пространства-времени к реальному физическому миру сомнительна.

В термодинамике подчёркивается выделенность направления времени (неравноценность прошлого и будущего). Во всех процессах существует выделенное направление, в котором процессы идут сами собой от более упорядоченного состояния к менее упорядоченному. Чем больше порядок системы, тем сложнее восстановить его из беспорядка. Несравненно проще разбить стекло, чем изготовить новое и вставить его в раму. Принципиальная однонаправленность времени является признаком, выделяющим термодинамику среди прочих разделов физики. В различных версиях теории относительности и квантовой теории поля направление времени, в принципе, ничем не выделено.