注视着时钟的秒针，你也许会看到一种奇特的现象。秒针并没有一直向前走，有时它仿佛停顿了一下……然后滴答滴答继续向前。这种“时间停止”的幻觉是视觉系统的设计造成的：当你快速移动眼睛时，它就不会发生了，因为大脑会回填自以为错过的东西。但它很好地总结了我们测量时间的问题。
时间至少是一种难以捉摸的现象。它有时飞逝，有时拖延，有时似乎停滞不动。时间给我们的印象是一条传送“当下”的不可阻挡的传送带，从过去延伸至未来。但我们并不确定时间是否真的存在：它也许和空间或质量一样，是宇宙的一个基本性质，或者只是我们大脑制造出来的一种幻觉。
但这种难以捉摸并不能阻止我们试图把它搞清楚。人类发明了越来越精确的方法来确定和测量时间。
我们的祖先肯定注意到了关于“当下”的体验，以及可以预测的日、季和年的轮回。但对于人类的早期发展阶段而言，自然计时器（黎明、黄昏、月相等）已经足够精确。像巨石阵那样的古迹也许是某种日历，用于预测四季的更替，但我们在这里只能猜测。
记录时间
已知最早的创建正式计时体系的尝试要追溯到大约4000年前，当时的古埃及人已经想到把一天划分成更小的单元。在埃及国王谷发现的早期日晷表明，白天被分成了12等份，也许是为了记录工人建造陵墓的工时。如果是这样，工人们也许会觉得时间过得很慢，尤其是在盛夏时节。这种“原小时”会随着白天的长度变化而变化，盛夏的一小时会比隆冬的一小时长（现代的）16分钟。也许是为了解决这个问题，古埃及人发明了水钟，这种计时方法不依赖于太阳，并且将一天划分成24等份。
下一项重大革新是创造更精细的划分。公元前300年左右的巴比伦人第一个越过障碍，将一天的时长连续除以三次60，形成的单位分别对应24分钟、24秒和0.4秒。
秒出现
我们现在使用的时间体系是在公元1000年左右发明的，当时的波斯博学者比鲁尼借用埃及的一天24小时的概念，将小时两次除以60，创造了分和秒——秒的名称源于第二次（second）划分。
秒仍然是基本的时间单位。数个世纪以来，它一直保持着与太阳活动周期的联系，被定义为一天的1/86400。但科学家们渐渐认识到，这种定义再次遇到了古埃及人遇到的问题。每一天的长度并不完全一样。太阳和月亮的引力正在使地球的自转逐渐减慢，因此，100年前的一天要比现在短一些，100年后的一天要比现在长一些。大气和沸腾的地核所导致的不稳定性也意味着，地球的自转可能以不可预测的方式变慢或变快。
对于日常生活来说，这不是问题。但还有许多测量单位依赖于秒，所以秒的变化是不可接受的。科学家们最终找到了一个与埃及人类似的解决方案，不过要比滴水更为精致复杂。
1967年，经过多年（往往晦涩难懂的）争论，国际计量委员会给出了秒的新定义。从此有了“原子秒”，由铯原子的特定振动次数来定义。这个定义决定性地打破了天文学与时间的历史关联。
但每隔几年，天文学仍然会不定期地现身。我们尽可以用原子钟来测量时间的流逝，但一天仍然在不知不觉地变长，从而导致原子时间和地球时间逐渐分离。
跃入未知
从人类的角度看，二者每个世纪有两三分钟的差异可以忽略不计。但对科学来说，这就太不精确了。因此，1972年又出现了闰秒制。天文学家们用他们所能找到的最严苛的固定参考点（数十亿光年以外的类星体）来追踪地球的自转。每当地球的自转变化可能导致地球时间与原子时间偏离超过0.9秒时，天文学家们就会建议增加或减少1闰秒。到目前为止一直在增加闰秒，结果便是世界标准时间（UTC）。
与此同时，对越来越精细的时间划分进行测量的努力仍在继续。原子钟精确得令人吃惊：1955年发明的第一座可靠的原子钟可以精确到每300年只有1秒误差。
自那以后又有多次改进。2013年，美国科学家制造了一座原子钟，即使从5.42亿年前寒武纪生命大爆发时就开始运行，到现在也只会有0.5秒左右的误差。最新的技术承诺了更多。被称为光钟的新一代时钟很快就会做到，即使从138亿年前宇宙大爆炸时开始运行，到现在仍然会准点。
深时
在测量时间这件事上，最困难的概念突破之一是认识到时间有多么深广。从人生的角度来看，一千年勉强可以想象。但138亿年是不可思议的。“深时”与常识如此相悖，从发明计时到发现深时用了4000年左右。
在18世纪中叶之前，宇宙的年龄被认为只有几千年。后来地质学家们逐渐发现，这与实际情况差了若干个数量级。他们研究的石头看上去是永恒不变的，但这不过是幻觉罢了。事实上，地层、化石和断层线都在诉说着在长得令人难以置信的时间中展开的极其缓慢的变化。
埃及水钟是第一件与天文学无关的计时装置。
