Aeg on kõigile tuttav, kuid seda on raske määratleda ja mõista. Teadusel, filosoofial, religioonil ja kunstidel on erinevad aja määratlused, kuid selle mõõtmissüsteem on suhteliselt järjekindel.
Kellad põhinevad sekunditel, minutitel ja tundidel. Ehkki nende üksuste alus on ajaloo jooksul muutunud, leiavad nad oma juured iidse Sumeria juurte juurest. Kaasaegne rahvusvaheline ajaühik, teine, on defineeritud tseesiumi aatom. Kuid mis täpselt on aeg?
Füüsikud määratlevad aega kui sündmuste kulgemist minevikust olevikku tulevikku. Põhimõtteliselt, kui süsteem ei muutu, on see ajatu. Aega võib pidada reaalsuse neljandaks mõõtmeks, seda kasutatakse sündmuste kirjeldamiseks kolmemõõtmelises ruumis. See ei ole midagi, mida me näeme, katsume või maitsme, kuid saame selle läbimist mõõta.
Füüsika võrrandid töötavad võrdselt hästi ka siis, kui aeg liigub tulevikku (positiivne aeg) või tagasi minevikku (negatiivne aeg.) Loodusmaailmas on aga aeg ühes suunas, nn aja nool. Küsimus, miks aeg on pöördumatu, on teaduses üks suurimaid lahendamata küsimusi.
Üks seletus on see, et loodusmaailm järgib termodünaamika seadusi. termodünaamika teine seadus väidab, et suletud süsteemis süsteemi entroopia jääb samaks või suureneb. Kui universumit peetakse suletud süsteemiks, ei saa selle entroopia (häire tase) kunagi väheneda. Teisisõnu, universum ei saa naasta täpselt samasse olekusse, milles ta oli varasemas punktis. Aeg ei saa tagasi liikuda.
Klassikalises mehaanikas on aeg kõikjal ühesugune. Sünkroniseeritud kellad jäävad kokkuleppele. Kuid Einsteini eri- ja üldrelatiivsusteooriast teame, et aeg on suhteline. See sõltub vaatleja tugiraamistikust. Selle tulemuseks võib olla aja laienemine, kus sündmuste vaheline aeg muutub pikemaks (laieneb), seda lähemale jõuab valguse kiirus. Liikuvad kellad töötavad aeglasemalt kui statsionaarsed kellad, mille mõju muutub liikuva kella lähenedes selgemaks valguskiirus. Düüsides või orbiidil olevad kellad registreerivad aeglasemalt kui Maa peal, müoniosakesed kukkudes lagunevad aeglasemalt ja Michelson-Morley eksperiment kinnitatud pikkuse kokkutõmbumine ja aja laienemine.
Ajarännak tähendab liikumist edasi või tagasi erinevatesse ajapunktidesse, sarnaselt sellele, nagu võiksite liikuda ruumis erinevate punktide vahel. Ajaliselt edasi liikumine toimub looduses. Rahvusvahelise kosmosejaama astronaudid hüppavad Maale naasmise ajal õigeaegselt edasi, kuna see jaama suhtes aeglasemalt liigub.
Idee ajas tagasi rännatesaga tekitab probleeme. Üks probleem on põhjuslikkus või põhjus ja tagajärg. Ajaliselt tagasi liikumine võib põhjustada ajalikku paradoksi. "Vanaisa paradoks" on klassikaline näide. Paradoksi kohaselt saaksite omaenda sündimise ära hoida, kui rändate ajas tagasi ja tapate oma vanaisa enne ema või isa sündi. Paljud füüsikud usuvad, et aeg minevikku minevikku on võimatu, kuid ajalikule paradoksile on lahendusi, näiteks paralleelsed universumid või harupunktid.
Inimese aju on varustatud aja jälgimiseks. Aju suprakiasmaatilised tuumad on piirkond, mis vastutab igapäevaste või ööpäevaste rütmide eest. Kuid neurotransmitterid ja ravimid mõjutavad aja taju. Kemikaalid, mis ergastavad neuroneid, nii et need väljuvad tavapärasest kiiremini, kiirendavad aega, samal ajal kui vähenenud neuronite tulistamine aeglustab aja tajumist. Põhimõtteliselt, kui aeg näib kiirenevat, eristab aju teatud ajavahemiku jooksul rohkem sündmusi. Selles osas tundub aeg tõesti lendavat, kui inimesel on lõbus.
Aeg näib hädaolukordade või ohuolukordades aeglustuvat. Houstoni Baylori meditsiinikolledži teadlased väidavad, et aju tegelikult ei kiirenda, kuid amügdala muutub aktiivsemaks. Amügdala on aju piirkond, mis loob mälestusi. Mida rohkem mälestusi moodustab, näib aeg ammenduvat.
Sama nähtus selgitab, miks näivad vanemad inimesed, et aeg liigub kiiremini kui siis, kui nad olid nooremad. Psühholoogid usuvad, et aju moodustab rohkem kogemusi kui tuttavate mälestusi. Kuna hilisemas elus ehitatakse vähem uusi mälestusi, näib aeg kiiremini mööduvat.
Universumi osas oli aeg algus. Lähtepunkt oli 13,799 miljardit aastat tagasi, kui Suur pauk toimunud. Kosmilist taustakiirgust saame mõõta Suure Paugu mikrolainetena, kuid varasema päritoluga kiirgust pole. Üks aja päritolu argument on see, et kui see pikeneks lõpmatuseni tagasi, oleks öine taevas täidetud vanemate tähtede valgusega.
Kas aeg saab otsa? Vastus sellele küsimusele pole teada. Kui universum laieneks igavesti, jätkuks aega. Kui ilmneb uus Suur Pauk, lõpeks meie ajatelg ja algaks uus. Osakeste füüsika katsetes tekivad juhuslikud osakesed vaakumist, nii et ei tundu tõenäoline, et universum muutuks staatiliseks või ajatuks. Näitab ainult aeg.