thumb|upright|Hiekka valuu tiimalasin kupista toiseen aina samassa ajassa maapallon pinnalla. pienoiskuva|Ajan suureen numeerinen arvo määritetään erilaisilla kelloilla. Oheessa on käsiajanottoon soveltuva kello. Aika on olemassaolon ja tapahtumien jatkuvaa ilmeisen peruuttamatonta etenemistä menneisyydestä tulevaisuuteen nykyhetken kautta. Aika on fysiikan perussuure ja sen yksikkö on sekuntiInternational Bureau of Weights and Measures: SI-sekunti.
Ajan yksiköt Ajan perusyksikkö on SI-järjestelmän mukaisesti sekunti. Sen lisäyksiköitä ovat minuutti (60 sekuntia) ja tunti (60 minuuttia eli 3 600 sekuntia). Muita perusyksikön kerrannaisia ovat vuorokausi (24 tuntia) ja viikko (7 vuorokautta). Maan kiertoliikkeeseen auringon ympäri perustuva yksikkö on vuosi (noin 365,25 vuorokautta), joka jakautuu kahteentoista, kestoltaan vaihtelevaan kuukauteen.
Sekunti jaetaan edelleen pienempiin aikayksikköihin, kuten millisekunteihin (1/1000 sekuntia). Planckin aika on lyhyin mahdollinen aikayksikkö, jolla on merkitystä Einsteinin suhteellisuusteoriaan perustuvassa maailmankaikkeuden teoreettisessa mallissa. Planckin aika on noin 10−43 sekuntia.Hart-Davis 2012, s. 250–251.
Ajan yksiköiden historiaa Vuosi, Kuun vaiheisiin perustuva kuukausi ja vuorokausi on tunnettu aikayksikköinä jo kauan. Muut aikayksiköt perustuvat sopimukseen. Eri kulttuureissa on ollut eri pituisia viikkoja, joiden pituus on vaihdellut viidestä kymmeneen päivään.Oja 2013, s. 36. Babylonialaiset jakoivat vuorokauden 12 osaan, mutta egyptiläiset ja kiinalaiset jakoivat 12 osaan vain päivän. Kun egyptiläiset ryhtyivät pitämään aikaa myös yöllä, heidän vuorokauteensa tuli yhteensä 24 tuntia, ja tavan ottivat käyttöön myös babylonialaiset. Tunnit olivat tuolloin vielä eripituisia päivän valoisan ajan pituudesta riippuen. Vakiomittaisiin tunteihin siirryttiin vasta 1300–1400-luvuilla. Minuutteja ja sekunteja opittiin mittaamaan kellolla 1600-luvulla. Niitä oli käytetty jo paljon aikaisemmin tähtitieteessä, mihin niiden kantaluku 60 oli otettu babylonialaisilta. Sekuntia lyhyemmistä ajoista alettiin käyttää sekunnin desimaaliosia.Oja 2013, s. 69–77.
Aika fysiikassa Fysiikassa perussuure aika (, tunnus t) määritellään tapahtumien välisenä etäisyytenä aika-avaruuden neljännellä akselilla. Einsteinin erityisen suhteellisuusteorian mukaan aikaa ei voi esittää muuten kuin aika-avaruuden osana. Tapahtumien välinen etäisyys riippuu tapahtumia tarkkailevien havainnoitsijoiden suhteellisesta nopeudesta tapahtumaan nähden. Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria muutti ajan määritelmää vielä enemmän esittämällä kaareutuneen aika-avaruuden käsitteen. Eristetyssä järjestelmässä ajan kuluessa eteenpäin entropia eli haje aina kasvaa, joten hajeen kasvusta voidaan päätellä ajan suunta. Normaalisti syy-seuraussuhteen mukaisesti syy on myös aina ennen seurausta.
Ajan voi käsittää myös nopeudeksi, jolla eri ilmiöt tapahtuvat. Esimerkiksi suuressa painovoimakentässä aika kuluu suhteellisuusteorian mukaan hitaammin kuin pienessä painovoimakentässä, mikä näkyy esimerkiksi kemiallisten reaktioiden ja kellojen käynnin hidastumisena. Ihmiset eivät kuitenkaan itse huomaa ajan kulumisessa tapahtuvia muutoksia lähiympäristössään, sillä aivot ja havainnot toimivat samalla aikaan sidotulla nopeudella.
Suhteellisuusteoria tarjoaa välineet aika-avaruudessa gravitaation vaikutuspiirissä liikkuvien havainnoijien ajankulkujen selvittelyyn, se ei tarjoa yleistä aikaviitekehikkoa jossa etäisilläkin havainnoijilla voisi todeta olevan jonkun yhteisen nyt hetken.
Aika maailmankaikkeudessa Teorian mukaan maailmankaikkeus syntyi noin 13,8 miljardia vuotta sitten. Maailmankaikkeuden oletetaan olevan suuressa mittakaavassa samankaltainen kaikkialla, homogeeninen ja isotrooppinen. Maailmankaikkeuden ajankulkua ilmentää taustasäteilyn keskimääräisen lämpötilan tai aallopituuden muutos joka ei riipu minkään havainnoijan liike- ja gravitaatiotilasta. Maailmankaikkeuden aika ei ole kulkenut tasaisena läpi koko maailmankaikkeuden iän mutta muodostaa yhtenäisen kosmisen aikareferenssin. Vastaavasti myöskään maan ajanmäärityksissä käytetyt ilmiöt, maan pyörimis- ja kiertoliikkeet auringon ympäri ja kuun kiertoliike eivät ole pysyneet aikojen saatossa vakioina.
Maailmankaikkeuden ikä on kaikkialla sama, tässä mielessä kaikki havainnoijat elävät hetki hetkeltä samaa yhteistä universaalia nyt hetkeä. Yhteismitallisella tavalla maailmankaikkeuden aikaa mittaavien kellolaitteiden tulisi olla vapaita gravitaatiovaikutuksista ja taustasäteilyn suhteen 0-polaarisessa liiketilassa. Muussa liiketilassa tai gravitaation vaikutuksessa olevien havainnoijien tulee korjata nämä vaikutukset vastaavasti kuin GPS satelliittien ajat korjataan maan ajankulkua vastaaviksi.
Ajanlasku thumb|Asteekkien kalenterikivi
Ajanlasku tarkoittaa pitkien ajanjaksojen määrittämistä kalentereilla.
Ihminen on jo esihistoriallisina aikoina osannut tunnistaa vuoden pisimmän ja lyhimmän päivän, ja niiden merkitsemiseksi on pystyttänyt suuria monumentteja, jotka osoittavat auringonnousun sijainnin tai auringonvalon suunnan avulla tarkan päivämäärän.Hart-Davis 2012, s. 114–118.
Muinaiset kansat ovat jakaneet vuoden 365 päivää eri tavoin kuukausiin. Kuukalenteri on ollut helppo ja yleinen tapa ryhmitellä päivät samanmittaisiin jaksoihin jo ennen kuin vuoden pituus tunnettiin. Kuukalenterin kuukaudet ja auringon mukaan lasketut vuodet voidaan yhdistää 19 vuoden mittaisella niin sanotulla Metonin jaksolla, jossa on lähes tasan 235 kuukautta. Muinaisessa Egyptissä vuotta jaksotti useimmille ihmisille Niilin säännöllinen tulviminen, mutta papisto kehitti myös 12 kuukauden ja 30 vuorokauden kalenterin, johon lisättiin viisi ylimääräistä juhlapäivää.Hart-Davis 2012, s. 122–129. Omat kalenterinsa ovat olleet esimerkiksi muslimeilla, juutalaisilla, mesoamerikkalaisilla ja kiinalaisilla. Islamilaista kuukalenteria käytetään yhä monessa islamilaisessa maassa.Hart-Davis 2012, s. 141–147.
Rooman hallitsija Julius Caesar laaditutti aiempaa kalenteria tarkemman juliaanisen kalenterin vuonna 46 eaa. Siitä kehitettiin vuonna 1582 vielä tarkempi gregoriaaninen kalenteri, joka on nykyisinkin laajalti käytössä.Hart-Davis 2012, s. 132–141.
Maailmassa käytettiin paikallisaikoja vielä gregoriaanisen kalenterin käyttöönoton jälkeenkin, sillä ennen nopeaa viestintää oman kylän aika riitti ihmisille. Kun ajan yhdenmukaistaminen alettiin 1800-luvulla vihdoin nähdä välttämättömänä, maailma jaettiin aikavyöhykkeisiin, joiden sisällä aika oli aina sama. Kesäaika otettiin useissa maissa käyttöön 1900-luvun aikana. Vuonna 1972 otettiin käyttöön virallisesti koordinoitu yleisaika (UTC), jossa otetaan huomioon myös maapallon epätasainen pyörimisliike.Hart-Davis 2012, s. 150–160.
Ajan mittaaminen thumb|Taskukello. Ajan mittaaminen tarkoittaa lyhyiden aikojen mittaamista erilaisilla kelloilla ja elektronisilla ajanottajilla.Hart-Davis 2012, s. 114. Kellon kolme perustekijää ovat voimanlähde, näytön laskinjärjestelmä sekä käynninsäätelijä, joka yhdistää kaksi muuta osaa.Hart-Davis 2012, s. 180. Kellonaika annetaan tunteina, minuutteina ja sekunteina vuorokauden vaihtumisesta. Tunnit voidaan laskea yhdessä 24 tunnin jaksossa tai kahdessa 12 tunnin jaksossa.
Varhaisia kelloja ovat esimerkiksi aurinkokello, vesikello, tiimalasi ja kynttiläkello. Aurinkokello näyttää ajan Auringon luomasta varjosta silloin kun Aurinko paistaa. Vesikellossa vesi valuu astian reiästä ulos tietyssä ajassa, tiimalasissa hiekka. Kynttiläkellossa ajan kulumisen näkee palavan kynttilän korkeudesta.Hart-Davis 2012, s. 168–175.
Mekaaninen kello keksittiin 1200- tai 1300-luvulla. Varhaisissa mekaanisissa kelloissa virranlähteenä käytettiin putoavia painoja. Euroopan katedraaleihin sijoitettiin keskiajalta alkaen valtavia tornikelloja. 1500-luvulla kehitetyssä taskukellossa käynninsäätiminä olivat lipottimet. Galileo Galilei oivalsi 1580-luvulla, että heilurista saataisiin mekaaniseen kelloon hyvä käynninsäädin. Ensimmäisen heilurikellon suunnitteli ja rakennutti Galileon työn pohjalta vuonna 1657 Christiaan Huygens. Hänen jälkeensä kellojen mekanismin tekniikkaa kehitettiin edelleen, ja kelloista tuli tarkempia ja pienempiä. Itsensä vetävä automaattikello keksittiin vuonna 1770.Hart-Davis 2012, s. 176–189.
Englantilainen John Harrison kehitti 1700-luvulla laivakronometrin. Se pystyi pitämään hyvin tarkkaa aikaa myös merillä, mikä teki merenkululle tärkeän pituusasteen määrittämisen mahdolliseksi.Hart-Davis 2012, s. 190–197.
Sähkökello keksittiin 1800-luvulla. Sähkökello kääntää vaihtovirran taajuuden sekunneiksi, minkä ansiosta kaikki kellot samassa virtapiirissä näyttivät saman ajan. 1900-luvulla on kehitetty entistä tarkemmat kvartsikello ja atomikello.Hart-Davis 2012, s. 198–205.
Käsityksiä ajan olemuksesta Filosofien ja tieteilijöiden aikakäsitykset
Ajan olemuksesta, eli "Mitä aika on?", on väitelty jo antiikin Kreikan ajoista lähtien, ja filosofit ovat esittäneet siitä keskenään vastakkaisia käsityksiä. Kiistelyä on herättänyt se, onko aikaa olemassa ihmisten kellojen ulkopuolellakin vai onko se puhtaasti ihmisen luoma käsite, ja siitä, onko aika liikettä ja muutosta vai peräkkäisten hetkien sarja.Hart-Davis 2012, s. 9.
thumb|Khronos oli kreikkalaisille ajan henkilöitymä. Kreikkalaisen filosofi Parmenidesin mukaan (n. 450 eaa.) aika ja liike olivat harhaa. Hänen oppilaansa Zenon Elealainen kehitti väitteiden todistamiseksi kaksi kuuluisaa paradoksia, ”Akhilleus ja kilpikonna” ja ”lentävän nuolen paradoksi”. Pari sukupolvea myöhemmin elänyt Platon uskoi, että aika oli luotu yhdessä maailmankaikkeuden kanssa ja oli olemassa itsenäisesti. Hän piti aikaa tyhjänä säiliönä, joka voitiin täyttää siinä liikkuvilla asioilla ja tapahtumilla. Hänen oppilaansa Aristoteleen mukaan aikaa ei kuitenkaan ole olemassa tapahtumista riippumatta, vaan aika on muutosta ja liikettä. Aristoteles päätteli, että aika ei koostu peräkkäisistä jakamattomista ”nyt”-hetkistä, kuten Zenon nuoliparadoksinsa kautta oli pyrkinyt sanomaan. Aristoteleen mukaan nyt-hetkien sarjaa ei ole olemassa, koska sellaiset hetket eivät ole voineet kadota oman kestonsa aikana tai seuraavassa nyt-hetkessä.Hart-Davis 2012, s. 10–13.
Kirkkoisä Augustinus pohti 300-luvun lopulla teoksessaan Tunnustukset paljon ajan olemusta sekä menneisyyden ja tulevaisuuden paradokseja.Hart-Davis 2012, s. 14.
Tiedemies Isaac Newton (1642–1726) tarvitsi aikaa yhtälöidensä muuttujaksi ja ryhtyi pohtimaan aikaa tieteellisesti. Newton kannatti Platonin ajatusta ajan itsenäisyydestä. Hän jakoi ajan absoluuttiseen (matemaattiseen) aikaan ja suhteelliseen (tavalliseen) aikaan. Absoluuttinen aika eli kesto on todellista ja matemaattista, ja se virtaa tasaisesti ilman suhdetta mihinkään ulkopuoliseen. Suhteellinen aika on näennäistä ja on liikkeen avulla aistein havaittava ulkoinen keston mittari, joka voi olla tarkka tai epätarkka.Hart-Davis 2012, s. 16–18.
Gottfried Leibniz (1646–1716) oli Aristoteleen kannalla ja ajatteli, että ilman tapahtumia ja muutosta ei olisi aikaa. Filosofi Immanuel Kantin mukaan aika on perusintuitio, jonka avulla me ymmärrämme aistien kokemuksen. Filosofi J. M. E. McTaggartin (1866–1925) mukaan aikaa ei ole olemassa. Hän jakoi ajalliset suhteet "suoraan A-sarjaan" ja "epäsuorasti järjestettyyn B-sarjaan", ja koska A-sarja on itsessään ristiriitainen, ajan täytyy olla epätodellista.Hart-Davis 2012, s. 17–20.
Psykologi William Jamesin (1842–1910) mukaan ihminen tuntee kokemuksen virrassa noin 12 sekuntia kestävän ”näennäisen nykyhetken”.Hart-Davis 2012, s. 23–24. Filosofi René Descartes taas piti aikaa välittömien nykyhetkien sarjana.Hart-Davis 2012, s. 24.
Teoreettinen fyysikko Lee Smolin kirjoitti vuonna 2010, että kvanttipainovoiman tutkimus vahvistaa, että neliulotteisessa aika-avaruudessa on järkeä vain, jos aika on todellista, perusluonteinen ja jopa ainoa suoraan kokemamme todellisuuden aspekti.Hart-Davis 2012, s. 20–21.
Kulttuurien aikakäsitykset