Problematikou měření času se lidstvo zabývalo odedávna, je to jedna z nejstarších fyzikálních úloh. Měření času bylo po dlouhou dobu také jednou z praktických aplikací spojených s astronomií a astronomickými pozorováními. Přestože jsou v moderní době principy měření času spojeny a navázány na fyzikální děje v mikrosvětě, jsou astronomicky definované časové standardy stále udržovány v souladu s atomovým časem. Čas je nejpřesněji měřenou fyzikální veličinou.
V průběhu dějin existovala potřeba sledovat čas z praktických i duchovních důvodů. Jedním z nejznámějších příkladů takového dvojího účelu je například stavba Stonehenge a její soulad s východem Slunce během letního slunovratu. Po celém světě existují nálezy, že ve starověku byly stavěny stavby, které byly orientovány podle planet, Slunce nebo hvězd, tedy objektů, které se pohybují po obloze v pravidelných vzorcích. Pravidelnost a spolehlivost, s jakou Slunce v průběhu roku označuje stejné krajní body na obzoru, je tak základem mnoha pozoruhodných staveb.
Čas je jednou ze základních fyzikálních veličin, která má v soustavě SI základní jednotku sekunda a odvozené jednotky minuta, hodina, den. Tyto časové jednotky, které mají přesné definice, se používají i v běžném občanském životě. Snahy o lepší pochopení pohybu Slunce a planet vedly k rozvoji Newtonovy fyziky a následně ke konstrukci mechanických hodin. Revoluční vývoj ve fyzice elektromagnetismu a kvantové mechaniky nakonec vedl k nahrazení časových standardů založených na pohybu fyzikálních objektů moderními atomovými hodinami, které počítají oscilace světla. Přesnost atomových hodin se zlepšila téměř milionkrát, přičemž nejnovější generace využívá laserem chlazené atomy k dosažení této velké přesnosti. Na této úrovni se Einsteinova teorie relativity stala běžným nástrojem pro porovnávání času atomových hodin.
Čas je dohodnutý standard. Pro jeho měření je třeba nejprve definovat jednotky časového intervalu. Tyto jednotky pak lze měřit a počítat. Zatímco rok a dny jsou zřejmými přirozenými jednotkami času, vytvoření kalendáře, nebo rozdělení dne či hodin na stejné části, je méně zřejmé. Ještě obtížnější je vytvořit přístroj, který tuto práci automatizuje. Čas může být měřen pouze událostmi, či pohybem, který v něm probíhá. Nejstarším a přitom obecně srozumitelným měřítkem času jsou pohyby Země a nebeských těles (Slunce, Měsíc, planety) a z toho také plynoucí jisté posloupnosti dějů v čase (Měsíční fáze, střídání dne a noci, roční období). Na těch je založeno měření času všech kulturních společenství.
Měření času se nedá opakovat, jako např. u měření délky, čas stále plyne a nelze jej zastavit. Tím se měření času zásadně liší od jiných měření a je náročnější, protože vyžaduje kontinuitu. Zastavené hodiny je nutné restartovat a synchronizovat s jinými hodinami, které během jejich absence pokračovaly v měření času. Čas je v principu možné měřit pouze pomocí periodicky se opakujících jevů o dostatečné stabilitě. Porovnáním počátečního a konečného okamžiku pozorovaného děje s počtem period (frekvencí) konkrétního přístroje dojde k měření času, přičemž jako základ se používají nějaké přírodní „hodiny“. Základem takových hodin je určitý periodický děj: např. rotace Země, kolem osy, kmitání setrvačky nebo kyvadla u mechanických hodin, kmity křemenného krystalu u moderních hodin či kmitání atomu v atomových hodinách. Odečítáním period příslušného chronometru lze určit dobu trvání měřené události či jevu.
Přesné měření času je také jedním z nejdůležitějších problémů každé vědy, která se zabývá procesy odehrávajícími se v prostoru a čase. Čas a prostor jsou neoddělitelně spjaty: časový signál vysílaný globálními navigačními satelitními systémy je zaměřován příručními zařízeními a používán k výpočtu polohy všeho, od tryskových letadel až po ztracené turisty. Účelem měření času musí být i shoda s přírodními zákony. V dějinách lidstva lze nalézt spoustu postupů a metod, jak měřit čas, většina z nich se však v praktickém denním životě neosvědčila.
Kromě požadavků na občanský čas existuje mnoho dalších požadavků na přesný čas, ten je potřebný například pro fyziku, navigaci, astronomii, komunikaci, geodézii a kosmonautiku. Čas je tak důležitou veličinou ve vědě obecně. Čas hraje ústřední roli také v metrologii a v definicích dalších jednotek SI. Časový interval, jeho frekvence, je veličina, kterou lze určit s nejvyšší přesností. Pomocí optických frekvenčních standardů je možné měřit časovou frekvenci s přesností lepší než 10–17 (v roce 2023). Pokud by takové hodiny běžely nepřetržitě, neztratily by ani nezískaly 1 sekundu za celou dobu existence vesmíru.
Obecně existují dva základní systémy měření času: časy rotační (dynamické): časy založené na nerovnoměrné rotaci Země, nejsou tedy vhodné pro přesné měření časových intervalů. Tyto můžeme ještě dále dělit na: časy sluneční (světové) - jsou úzce spjaté s občanským životem a kalendářem. časy hvězdné - založené také na rychlosti rotace Země, ale jsou měřeny vzhledem ke vzdáleným hvězdám, resp. ke kvasarům, nikoli ke Slunci. časy atomové: časy definované fyzikálně, založené na atomových hodinách.
Metody měření času mají obecně dvě podoby. První z nich je kalendář, matematický nástroj pro organizaci časových intervalů na Zemi pro období delší než jeden den. Druhou jsou hodiny, fyzický mechanismus, který ukazuje plynutí času a používá se pro období kratší než jeden den. Kombinované měření pak označuje konkrétní okamžik v čase od nějakého referenčního bodu nebo epochy. Problematikou měření času se zabývá také chronologie a chronometrie.
Astronomické základy měření času Chápání času nebylo ovlivněno pouze náboženskými teoriemi, vědeckými poznatky a technickými možnostmi jeho měření, ale také praktickou zkušeností jednotlivých společenských vrstev a skupin. V dávné minulosti se lidé nejprve snažili popsat plynutí času podle subjektivních pocitů, jako je např. zvyšování pocitu hladu nebo žízně. Později jej začali vztahovat k vizuálním pozorováním zjevných jevů: například změnu výšky Slunce nad obzorem během dne nebo změna vzhledu Měsíce či výskyt určitého souhvězdí na obzoru. Asi od roku 2000 si různé kultury vedly již systematické záznamy o času a začaly definovat délku dne, měsíce a roku.
Měření času bylo jednou z prvních aplikací astronomie a také mnoho základů observační astronomie souvisí s časem. Lidé na Zemi brzy rozpoznali cykly nejzákladnějších astronomických pohybů po obloze podle předvídatelných vzorců, a počasí se řídilo cyklem souvisejícím s pohybem Slunce vzhledem ke hvězdám (roční období). Po většinu existence lidstva, kdy kultury byly převážně lovecko-sběračské, kočovné a pastevecké, byl čas pouze střídáním ročních období a východem a západem Slunce. Kdy jíst, kdy spát, kdy přesouvat stáda, kdy sázet a kdy sklízet úrodu. Přesnost stanovení času odvozená z pozorování Slunce a planet převyšovala po dlouhou dobu pozemská měření času. Všechny časové jednotky, které se člověku jeví jako přirozené, vycházejí z astronomických jevů: rok je dán oběžnou dráhou Země kolem Slunce a z toho vyplývající střídání ročních období, měsíc je dán pohybem Měsíce kolem Země a změnou měsíčních fází, den je dán rotací Země a střídáním světla a tmy.
Po staletí byla základem měření času rotace Země, která se projevuje zdánlivým denním pohybem nebeských objektů po obloze. Pro delší časové intervaly (např. kalendář) pak sloužil pohyb těch nejvýraznějších těles na obloze – Měsíce, Země a Slunce. Lidé postupně vyvinuli nástroje k pozorování těchto těles nebo k měření jiných pozorovatelných jevů, jako například stín slunečních hodin pomocí gnómonu. S rozvojem lidského poznání se začaly používat stále složitější mechanismy a astrometrické přístroje pozorující hvězdy, např. pasážník, meridiánový kruh, astroláb, cirkumzenitál, až po moderní přístroje pozorující umělé družice Země, Měsíc či extragalaktické objekty.
Prakticky po celou dobu lidských dějin, a to až do posledních desetiletí dvacátého století, se měření času zakládalo na zdánlivém pohybu Slunce po obloze. „Zdánlivý“ pohyb proto, protože to není skutečný pohyb samotného Slunce, ale rotace Země kolem své osy, která každých 24 hodin „posunuje“ Slunce po obloze. Poloha Slunce na obloze se tak využívala k měření plynutí času a tím k počítání dnů. V průběhu staletí se tento základní koncept vyvinul do té míry, že úhlová míra, odpovídající místnímu hodinovému úhlu Slunce, se stala známou jako pravý sluneční čas. Tento čas závisí na zeměpisné délce daného místa a čas se měří podle toho, kde se Slunce na obloze jeví. Pravý sluneční čas je čas udávaný slunečními hodinami (gnómonem) a byl uváděn v almanaších a národních efemeridách až do počátku 19. století. Historicky byla přesnost, s jakou lze určit čas pomocí Slunce, omezena přesností slunečních pozorování.
Délka dne se v průběhu roku mění, protože dráha Slunce je nakloněna vůči rovníku a protože excentricita oběžné dráhy Země ovlivňuje rychlost, jakou se Slunce zdánlivě pohybuje po obloze. Proto astronomové zavedli pojem „střední Slunce“, což je imaginární těleso, které se pohybuje rovnoměrnou a konstantní rychlostí po rovníku – nikoli po ekliptice. Pojem středního Slunce je pouze matematický způsob, jak vyrovnat vlivy eliptické oběžné dráhy a sklonu zemské osy, a tím byl zaveden pojem „střední sluneční den“, který má vždy stejnou délku. Čas měřený podle středního Slunce se nazývá střední sluneční čas, ve kterém se Slunce pohybuje rovnoměrně, zatímco čas měřený podle skutečného Slunce (a zobrazený na slunečních hodinách) je pravý sluneční čas.
Rozdíl mezi nerovnoměrným (pravým) slunečním časem a středním slunečním časem může být v průběhu roku až 16 minut a matematicky se dá vyjádřit tzv. časovou rovnicí. Tuto časovou rovnici graficky také vyjadřuje křivka znázorňující polohu Slunce na obloze každý den ve střední poledne - tzv. analema. Z časové rovnice také plyne, že pravé Slunce i střední Slunce se čtyřikrát v roce vrátí do stejné polohy. Střední sluneční čas byl základem veškerého měření času až do posledních několika desetiletí.
Zřejmou nevýhodou měření času podle Slunce je to, že se po celém světě liší. Astronomicky přímo měřený čas je časem místním, vázaným na místní poledník (meridián), a je tedy různý pro různé zeměpisné délky, proto poledne v Praze nastává přibližně deset minut před polednem v Olomouci. To způsobovalo problémy např. při námořní navigaci, ale také při rozvoji železniční dopravy a telegrafu. Proto došlo v roce 1884 ke sjednocení lokálních časů a mezinárodnímu přijetí nultého (Greenwichského) poledníku jako de facto standardu. K němu se vztahoval Greenwichský střední čas (GMT), vztažený k tomuto poledníku a hypotetickému střednímu Slunci. GMT byl později (v roce 1928) přejmenován na čas světový (UT), v němž den pro občanské i astronomické účely začíná o půlnoci. Od něj se pak odvozuje čas pásmový, který se od UT liší zpravidla o násobek jedné hodiny.
Do počátku devadesátých let 19. století přijala pásmový čas většina hospodářsky vyspělých států v Evropě i v Americe. Některé státy se ale důsledně neřídí časovými pásmy, do nichž geograficky spadají. Od konce 19. století se tak čas ve většině zemí neřídí již přesně Sluncem, ale mezinárodními smlouvami. Ty stanovují také základní časové jednotky, většina států přijala postupně GMT, světový čas (UT) nebo středoevropský čas (SEČ). Středoevropským časem se po rozpadu Rakouska-Uherska řídila rovněž Československá republika a řídí se jím v současné době i Česká republika. V této souvislosti je třeba zmínit ještě jednu variantu středního slunečního času: zavedení tzv. letního a zimního času, kdy se standardní pásmový čas v určitém období posouvá o hodinu dopředu či dozadu.