Vuoden pituutta on selvitelty jo yli 3 000 vuotta
Vuosihan on yksikkö, jota käytetään puhuttaessa ajasta, joka maapallolta kestää kierrokseensa Auringon ympäri. Aluksi vuoden pituutena pidettiin 360 vuorokautta. Egyptin ihmiset huomasivat jo yli 2 000 vuotta sitten, että Siriuksen nousu tähtitaivaalla ja Niilin tulvahuiput toistuivat 365 ja 1/4 päivän välein. Nykyään vuoden tiedetään olevan pituudeltaan 365 vuorokautta, 5 tuntia ja 49 minuuttia.

Kuukausi oli alun perin Kuun kausi, mutta viikko on ihmisen keksimää aikaa
Jo 3 000 vuotta sitten kuukaudet tulivat taivaalla näkyvistä Kuun kierron vaiheista. Uusi kuukausi alkoi aina kun kuun sirppi ilmestyi iltataivaalle. Kuun vaiheiden tarkka jakso on oikeasti 29,5 vuorokautta, mistä syystä kuukausien pituudet vaihtelivat 29 ja 30 välillä vuorotellen. Egyptissä päätettiin 2500 vuotta sitten, että kuukausi on aina 30 päivän pituinen, mutta vuoden pituus vaihtelee 365 ja 366 päivän välillä. Vuoden loppuun lisättiin 5 tai 6 päivää, jotta vuoden pituus täsmäisi luonnonilmiöiden kanssa.

Vuorokauden vaihtuminen keskiyöllä oli kreikkalaisen tähtitieteilijä Hipparkhoksen ajatus vuodelta 200 eaa. Rooman keisari Julius Caesar puolestaan uudisti ajanlaskun 100-luvulla eaa.  Tässä yhteydessä kuukaudet saivat nykyiset pituutensa, sillä egyptiläisten vuoden loppuun lisäämät ylimääräiset vuorokaudet jaettiin nyt tasaisemmin koko vuodelle, aina kuukauden loppuun. Tuohon aikaan vuoden viimeinen kuukausi oli helmikuu ja siksi se jäi lyhyemmäksi.

Karkausvuodet otti käyttöön Julius Caesar, mutta niiden tarkemman määrittäminen tuli vasta katolisen kirkon johtajan paavi Gregorius XIII:n kalenteriin 1500-luvulla. Julius Caesar oli määrännyt, että kolmessa vuodessa oli peräkkäin 365 päivää, mutta neljännessä olikin 366 päivää. Tämä pidempi vuosi on nykyään Suomessa nimeltään karkausvuosi. Näin vuoden pituudeksi saatiin 365 ja 1/4 päivää. Caesarin kalenteria kutsutaan juliaaniseksi kalenteriksi ja se oli käytössä Euroopassa yli 1500 vuotta. 1500-luvulla ajanlaskun uudistaminen tuli ajankohtaiseksi, sillä ajanlasku oli tarkentunut. Vuodenajat poikkesivat jo kymmenen päivää oikeista kohdistaan ja virhe piti oikaista. Samalla karkausvuosien paikat tarkennettiin.

Kalenterista poistettiin kymmenen päivää niin, että torstain 4.10.1582 jälkeen tuli perjantai 15.10.1582. Karkausvuodet määritetään siten, että tavallisesti joka neljäs vuosi on karkausvuosi, kuten oli jo juliaanisessa kalenterissakin. Poikkeuksena kuitenkin ne vuosisadat, jotka ovat jaollisia 400:lla ovat ainoita täysiä vuosisatoja, jotka ovat karkausvuosia. Nykyinen ajanlasku pitää niin hyvin paikkansa, että vasta 3 000 vuoden kuluttua poikkeama oikeasta ajasta on yhden päivän luokkaa.

Vuorokaudet on johdettu suoraan Auringon liikkeistä, mutta  viikot ovat puolestaan ihmisen keksintöä. Niitä ei näe suoraan mistään luonnossa. Viikko syntyi Mesopotamiassa, jossa lukua 7 pidettiin pyhänä lukuna. Seitsemän esiintyi taivaalla kahdessa muodossa: liikkuvien valojen määrässä ja kuun kierron seitsemässä jaksossa. Taivaalla oli huomattu olevan seitsemän liikkuvaa valoa, vaikka muut olivat paikoillaan. Nämä valot olivat Auringon ja Kuun lisäksi Merkurius, Venus, Mars, Jupiter ja Saturnus. Kaikkia planeettoja ei vielä tunnettu. Kuu puolestaan muuttui seitsemän päivän jaksoissa: kuun ohuesta sirpistä kului seitsemän päivää puoleen kuuhun, siitä taas seitsemän päivän kuluttua oli täysikuu, josta jälleen seitsemän päivän kuluttua puolikuu ja tästä seitsemän päivän kuluttua kuu katosi näkyvistä. Tästä syystä Mesopotamiassa joka seitsemän päivä oli pyhä ja päivät nimettiin seitsemän liikkuvan taivaankappaleen mukaan. Monissa sanoissa on yhä takana nämä merkitykset, esimerkiksi englannin sunnuntain (sunday) taustalla on Auringon päivä. Maanantai on ollut Kuun päivä, tiistai Marsin, keskiviikko Merkuriuksen, torstai Jupiterin, perjantai Venuksen ja lauantai Saturnuksen päivä. Aikaisemmin viikko alkoi sunnuntaista, mutta vuodesta 1973 maanantai muuttui viikon ensimmäiseksi päiväksi. Vanha käytäntö näkyy yhä esimerkiksi englantilaisissa kalentereissa.

Muunkinlaisia kalentereita on kokeiltu näiden uudistusten jälkeen, mutta nämä kokeilut ovat jääneet lyhyiksi ja on palattu takaisin entiseen järjestelmään. Esimerkiksi Ranskan vallankumouksen jälkeen kun haluttiin muuttaa kaikki entisestä muistuttava, kokeiltiin kymmenpäiväistä viikkoa ja Venäjän vallankumouksessa 1918 päätettiin viisipäiväisestä viikosta, jossa jokaisella päivällä olisi oma värinsä.

Milloin vuosituhat oikeasti vaihtui
Tämä on kysymys, joka herättää yhä kiistelyä ihmisten keskuudessa ja varsinkin vuosituhannen vaihteessa 2 000 ajanlaskun ihmeellisyyttä pohdittiin monessa ruokapöytäkeskustelussa. Vai oliko vuosi 2 000 sittenkään vuosituhannen vaihde? Koko ongelma syntyi siitä, kun apotti Dionysius 500-luvulla aloitti ajanlaskun oletetusta Kristuksen syntymäajasta. Hän ei tuntenut vuotta 0, joka tarkoittaa tyhjää tai ei-mitään ja sen olemassaolo ei sopinut silloiseen ajatusmaailmaan. Siksi Kristuksen syntymä sijoitettiin vuoteen 1, mikä tarkoittaa sitä, että Kristus olisi täyttänyt vuonna 3 vasta kaksi vuotta. Ajassa eteenpäin kulkiessamme tulemmekin sitten vuoteen 1999, jolloin Kristus olisi täyttänyt 1998 vuotta. Toisin sanoen siis Kristus olisi täyttänyt 2 000 vuotta vasta vuoden 2001 alusta. Kysymys siitä, koska vuosituhat vaihtui, saa siis eri vastauksen riippuen siitä laskemmeko paljonko on kulunut aikaa Kristuksen syntymästä vai ajanlaskun alusta. 

Ajanlasku ei ole kaikille yhteinen
Vain suunnilleen puolet maapallon ihmisistä käyttää gregoriaanista eli meidän kalenteriamme. Juutalaisten ajanlasku alkaa maailman luomisesta, jonka ennen uskottiin tapahtuneen runsaat 5 000 vuotta sitten. Tämä vastaa meidän kalenterissamme vuotta 3 763 eaa. Juutalaisten kalenterissa kuukaudet noudattavat yhä tiukasti Kuun liikkeitä, mutta karkausvuosina kalenteriin lisätään kolmastoista kuukausi, jotta vuodenvaihde pysyisi suunnilleen samassa kohdassa vuotta. Juutalaisten vuodessa on 354 päivää, mutta karkausvuodessa on 384 päivää.

Islamin uskonnossa ajanlasku alkaa siitä, kun profeetta Muhammed matkasi Mekasta Medinaan, mikä tapahtui meidän ajanlaskussamme vuonna 579 jaa. Kuukaudet puolestaan noudattavat todellisia kuun vaiheita eli samoin kuin yli 3 000 vuotta sitten Mesopotamiassa. Vuodessa on islamilaisessa kalenterissa 354 päivää ja vuodenaika, jolloin vuosi vaihtuu siirtyy koko ajan. Vuorokausi vaihtuu islamilaisilla illalla auringon laskiessa ja viikon pyhä päivä on perjantai, joka siis kestää meidän kalenterimme mukaan torstai-illasta perjantai-iltaan.

Vanha kiinalainen kalenteri ei tunne lainkaan vuosilukuja, vaan vuodet ovat eläinten mukaan nimettyjä. saman niminen vuosi toistuu aina 12 vuoden välein. Kalenterin eläimiä ovat jänis, lohikäärme, käärme, hevonen, lammas, apina, lintu, koira, porsas, rotta, härkä ja tiikeri. Arkielämään on kuitenkin Kiinassakin vakiintunut meikäläinen, gregoriaaninen kalenteri.

Aika kulkee kohti kaaosta
Aikaa pidetään liikkeenä, joka kulkee järjestyksestä kohti kaaosta samaan suuntaa kuin koko maailmankaikkeus. Ajanlaskunsuuntaa ohjaa sama laki, jonka mukaisesti särkyvä lasi hajoaa palasiksi, mutta palaset eivät mene takaisin yhteen ehjäksi lasiksi. Koska tapahtumilla on vain yksi luonnollinen suunta, on ajallakin sama suunta. Samoin pihalle suojasäällä tehty lumiukko sulaa ajan myötä pois, mutta itsestään se ei palaa takaisin alkuperäiseen muotoonsa. Luonnonlakien mukainen tapahtumien kulku on helppo ymmärtää. Mikäli videota kelaa takaisinpäin niin, että televisioruudulla näkyy kuinka rikkoutunut esine muotoutuu takaisin ehjäksi tai kuinka lentopallo palaa takaisin heittäjänsä käteen, ymmärtää pieni lapsikin tapahtuman luonnonvastaiseksi.

Kuitenkin tapahtumien suunnan selittäminen on vienyt fyysikoilta vuosisatoja, koska ei ole ollut tunnettuja luonnonlakeja, jotka selittäisivät tapahtumien kulun ainoaksi mahdolliseksi. Uusimpien teorioiden mukaan aika voi kulkea vain yhteen suuntaan, koska universumissa kaikki luonnostaan tapahtuu kohti epäjärjestystä. Sama suunta on havaittavissa myös ihmisten soluissa, jotka muuttuvat vanhenemisen myötä solujen pyrkiessä hajaantumaan kohti kaaosta. Epäjärjestys näyttää siis syntyvän itsestään, mutta järjestyksen aikaansaaminen vaatii työtä.

Vasta teollistumisen myötä 1800-luvun alkupuolella saatiin ensimmäiset selitykset tapahtumien yhdensuuntaisuudelle. Koneista piti saada mahdollisimman tehokkaita eli polttoaineestaan mahdollisimman suuren voiman irtisaavia ja tätä tehokkuutta laskettaessa syntyi käsite entropia. Entropia mittasi epäjärjestyksen ja energian muuntumista. Toisin sanoen mitä suurempi on entropia, sitä enemmän tietyssä järjestelmässä on epäjärjestystä ja sitä vaikeammin energia muuttuu toiseen muotoon.

Saksalais-itävaltalainen fyysikko Ludwig Boltzmann selitti 1800-luvun lopulla muun muassa entropian atomeiden olemassaololla. Hän selitti teoriassa, että entropia johtuu atomien epäjärjestyksestä. Vielä 1900-luvulle tultaessa monet eivät uskoneet Boltzmannin atomiteoriaan.

Boltzmannin teorioiden mukaan maailmankaikkeus oli matkalla kohti tuhoutumistaan, koska se pyrki koko ajan kohti epäjärjestystä. Kuitenkin maailmankaikkeuden ajateltiin olevan äärettömän vanha, joten epäjärjestystä olisi kaiken järjen mukaan tullut olla jo enemmän näkyvissä. Boltzmann selitti, että äärettömän pitkän ajan kuluessa myös järjestys voi syntyä itsestään, vaikkakin tapahtuma on epätodennäköinen. Tätä teoriaa ei kannatettu, koska silloin aika kulkisi eri paikoissa eri suuntaan sen mukaisesti, onko siellä entropia vähenemässä vai lisääntymässä. Silloiset tähtitieteilijät olivat tulleet siihen tulokseen, että aika on vakio eli sillä on sama suunta ja nopeus joka paikassa.  

Aika ei ole sittenkään vakio
Aika on hyvin kiinnostava ilmiö, mutta vaikea ymmärrettävä. Kaikkia aikaan liittyviä kysymyksiä voidaan tuskin koskaan aukottomasti ratkaista, vaan kysymysten tilalle näyttää tulevan uusia kysymyksiä. Ihmiset ajattelevat usein aikaa vakionopeudella eteenpäin kulkevaksi asiaksi. Ajan kulkua ei voi muuttaa, nopeuttaa tai hidastaa eikä ainakaan sen suuntaa voi kääntää. Vai voiko sittenkin?

Albert Einstein esitti 1900-luvun alussa teoriansa, jonka mukaan aika hidastuu, kun kappaleen vauhti alkaa lähestyä valon nopeutta. Suhteellisuusteorian mukaan aika voi hidastua kahdessa tapauksessa: kun matkustetaan todella suurella nopeudella ja kun ollaan voimakkaassa painovoimakentässä. Ensimmäisessä tapauksessa hidastuminen voimistuu vasta lähellä valon nopeutta (300 000 km/s), jota nopeampaa liikettä ei olekaan.

Voimakkaita painovoimakenttiä voi olla pienten ja raskaiden taivaankappaleiden läheisyydessä. Voimakkain painovoima on ns. mustien aukkojen lähellä, joissa ajan hidastuminen voi olla jo tuhansia vuosia. Ajan hidastuminen on myös todistettu kokeella vuonna 1971. Jolloin tarkka atomikello lennätettiin suihkukoneella maapallon ympäri. Koneen nopeus poikkesi maapallon pyörimisliikkeen nopeudesta ja koneessa olleeseen kelloon kohdistui pienempi painovoima kuin maapalloon, koska kone lensi suunnilleen kymmenen kilometrin korkeudessa. Kellon palatessa lennoltaan maapallon pinnalle, se näytti eri aikaa kuin muut kellot. Aika siis kulkee eri paikoissa eri nopeudella. Sama ilmiö on todistettu myös kiihdyttämällä radioaktiivisia atominytimiä lähelle valon nopeutta, jolloin niiden radioaktiivisuuden puoliintumisaika piteni.

Painovoimakenttä muuttaa ajan kulkua. Coloradossa Yhdysvalloissa erään tutkimuskeskuksen atomikello edistää viisi mikrosekuntia vuodessa verrattuna Greenwichissä Englannissa olevaan atomikelloon, koska Coloradon kello on 1650 metriä Greenwichin kelloa korkeammalla merenpinnan tasosta ja sen painovoimakenttä on näin ollen heikompi. Teoriassa siis Marsissa aika kulkee nopeammin kuin Maassa heikomman painovoimakentän ansiosta ja lähes valon nopeudella liikuttaessa aika kuluisi paljon hitaammin kuin Maan pinnalla. 

Nykytutkijat ajan mysteerin äärellä
Nykykäsityksen mukaan alkuräjähdyksessä itse asiassa oli kyse suuren järjestyksen tilasta. Maailmankaikkeutta voisi kuvata jouseksi joka alkuräjähdyksessä jännittyi äärimmilleen, ja joka siitä eteenpäin on ollut löystymässä eli pyrkimässä kohti kaaosta. Sitä tutkijat eivät ole vielä pystyneet selittämään, mistä alkuräjähdyksen järjestys johtui. Todennäköisyysteorioiden mukaan kaikki mikä on mahdollista, tapahtuu, jos vain tarpeeksi aikaa kuluu. Alkuräjähdyksenkin tapahtumisen todennäköisyys on hyvin pieni, mutta mikäli tarpeeksi aikaa on kulunut, se tapahtuu ennen pitkää, kun tarpeeksi suuri järjestys syntyy. Kaikkia maailmankaikkeuden muutoksia ohjaa energian muuttuminen muista muodoista lämmöksi, joka on suurin epäjärjestyksen tila, sillä se syntyy atomien kaoottisesta liikkeestä. Lämpö ei itsestään muutu muiksi energiamuodoiksi termodynamiikan mukaan.    

Lähde:  Suomen kellomuseo