چهار سوی علم
جدیدترین و برترین اخبار و مقالاتچهار سوی علم
جدیدترین و برترین اخبار و مقالاتمسافرت در دل زمان
آیا تا به حال شده قصد انجام کاری را داشته اما هرگز فرصت انجامش را نیافته باشید؟ آرزوی رفتن به سال ها پیش و ملاقات با شخصیت های برجسته تاریخی چطور؟ دیدن آینده و پیشرفت های بشر، وضعیت زمین و ساکنانش، در یک صد سال بعد هم جالب خواهد بود...
همه این ای کاش ها و آرزوها و اما و اگرها، بعضی اوقات ذهن آدمی را عجیب درگیر خود می کنند. "مسافرت در زمان" شاید راه حل باشد، و یا شاید از چاله به چاه افتادن. جالب اینجاست که حتی مسافرت در زمان، خود نیز اما و اگرها و ناسازگاری هایی دارد.
هیچ انگاره ای(1) مانند مسافرت در زمان اندیشه و تخیل آدمی را به جوش و خروش نمی اندازد.
توانایی سفر به هر نقطه ای در گذشته یا آینده . داخل ماشین زمان خود بنشینید به عقب برگشته و اتفاقات مهم تاریخی را از نزدیک مشاهده و با مردمی که در آنجا هستند صحبت کنید. چه کسی را می خواهید در گذشته ملاقات کنید؟ لئونادژردو داوینچی؟ فردوسی؟ می توانید برگردید و خودتان را در سنین جوان تر ملاقات کنید و به جلو رفته و ببینید که در آینده چه قیافه ای خواهد داشت... این قابلیت ها است که باعث شده مسافرت در زمان موضوع بسیاری از فیلم ها و کتاب ها شود.
در هر حال، به نوعی همه ما مسافران زمان هستیم. همان طور که در حال خواندن هستید زمان در اطرافتان در حال حرکت است. آینده پیوسته به گذشته تبدیل می شود، و هر کاری که هم اکنون در حال انجامش هستید، در چشم به هم زدنی تبدیل به گذشته ای تغییر ناپذیر شده است. این بدان معنی است که ما در حال حرکت در زمان هستیم.
تعریف زمان
ماهیت زمان با یک تعریف ساده قابل بیان نیست. افراد بسیاری می پندارند که می دانند زمان چیست، اما از توصیفش ناتوان هستند. نمی توان زمان را به طور دقیق دید یا لمس کرد، اما می توان تاثیراتش را دید. نشانه حرکت همواره ما در زمان، در همه چیز نمود پیدا می کند- سن و سالمان، گردش فصل ها، رشد گیاهان و... اما فشار زمان را وقتی بیشتر احساس می کنیم که قرار ملاقاتی داریم و باید به موقع حاضر شویم و یا هنگام سر رسید پرداخت بدهی، آخر ترم و امتحان های دانشگاه و... گاهی زندگی روزانه ما تنها پاسخی به این پرسش است:
"چه مدت زمانی لازم است که کاری را انجام دهیم؟"
وقتی از مردم در مورد زمان پرسیده شود، احتمالا بیشترشان به ساعت خود نگاه می کنند. از دید بسیاری، زمان تیک تیک عقربه های ساعت است. هر دقیقه 60 ثانیه، هر روز 24 ساعت و هر سال 365 روز. این اعداد، اسامی زمان هستند که در دبستان آنها را آموخته ایم.
توصیف دیگری از زمان وجود دارد که آن را به عنوان بعد چهار عالم در نظر می گیرد. دیگر ابعاد فضا شامل بالا- پایین، چپ- راست، جلو- عقب هستند. به عبارتی کیهان دارای ابعاد مکانی شامل طول، عرض و ارتفاع است که در بُعد زمان در حرکت هستند. "زمان" بدون وجود "مکان" و به همین شکل "مکان" بدون حضور "زمان" امکانِ وجود ندارد. رابطه دو سویه بین فضا و زمان "پیوستگی فضا- زمان"(5) نامیده می شود، بدین معنی که هر واقعه ای که در کیهان رخ می دهد، فضا و زمان، هر دو را در بر می گیرد.
طبق نظریه نسبیت خاص انیشتین، با نزدیک شدن سرعت یک جسم به سرعت نور (300 هزار کیلو متر بر ثانیه)، گذر زمان آهسته تر می شود. این موضوع باعث شده بسیاری از دانشمندان بر این باور باشند که حرکت با سرعتی بیش از سرعت نور، سفر در زمان را به گذشته و یا آینده ممکن می کند. اما سرعت نور یک ثابت کیهانی است و اعتقاد بر این است که هیچ چیز قادر به تندتر رفتن از آن نیست، بنابر این احتمال این که بتوان به گذشته سفر کرد وجود ندارد. اما سفر در زمان در جهت مخالف و رو به گذشته با توجه به فرضیه های مطرح در فیزیک کوانتومی، تا به این اندازه مشکل نیست، شاید در آینده این سفر امکان پذیر باشد...
با وجود این که نویسنده های داستان های علمی- تخیلی، انگاره های بزرگی چون ساخت ماشین زمان را برای سفر در زمان، سال ها در ذهنشان می پروراندند، بیشتر فرضیه های سفر در زمان تکیه به چنین ماشینی ندارند. به جای آن، سفر در زمان احتمالا از راه یک پدیده طبیعی انجام خواهد شد که ما را به طور همیشگی بین نقاط مختلف منتقل خواهد کرد. این پدیده های فضایی که حتی از وجود برخی از آنها مطمئن نیستیم، شامل موارد زیر می شوند:
- سیاه چاله ها و کرچاله
- کرم چاله ها
- رشته ها یا نوارهای کیهانی
سیاه چاله ها
وقتی ستاره ای با اندازه ای بیش از چهار برابر جرم خورشید به پایان عمرش می رسد و تمام سوختش را مصرف می کند و می سوزاند، زیر فشار وزن خود فرو می پاشد و می رُمبد. این رمبش و انفجار از داخل، سیاه چاله ای با گرانشی بسیار گران به وجود می آورد که حتی نور، یارای فرار از آن را ندارد. هر چیزی به محض رسیدن به کرانه فرار یا افق رویداد(6)، به داخل سیاه چاله مکیده می شود. کرانه فرار، محدوده یا افقی است در اطراف سیاه چاله که هر چیزی پس از گذر از آن، دیگر امکان فرار از گرانش بسیار زیاد سیاه چاله را نخواهد داشت.
شکل یک سیاه چاله شبیه به قیفِ بستنی قیفی است که در بالا گشاد و به سمت پایین باریک تر شده و در انتها به یک نقطه می رسد، نقطه ای که تکینگی(7) نامیده می شود. در تکینگی، قوانین فیزیک وجود ندارند و کارایی خود را از دست می دهند و ماده در آنجا به طور غیر قابل شناسایی درهم می شکند. این نوع سیاه چاله های بدون چرخش، به خاطر تلاش های دانشمند آلمانی "کارل شوارتز شیلد"(8)، به سیاه چاله های شوارتز شیلد(9) معروف هستند.
نوع دیگری از سیاه چاله ها به نام "کرچاله"(10) معروف هستند. کرچاله ها، سیاه چاله های چرخندهای هستند که می توانند گذر گاه سفر در زمان یا مسیری برای سفر به دنیاهای موازی باشند. در سال 1963، "ری کر"(11) ریاضی دان نیوزلندی، نخستین نظریه واقع گرایانه را برای سیاه چاله های چرخنده ارائه کرد. در این نظریه، ستارگان در حال مرگ به نوترون های چرخنده ای تبدیل می شوند که می توانند نیروی گرانشی کافی برای جلوگیری از تشکیل تکینگی را ایجاد کنند. وجود سیاه چاله بدون تکینگی، باعث شد که این دانشمند به این باور برسد که می توان بدون خرد شدن توسط نیروی گرانش بی نهایت در مرکزیک سیاه چاله، وارد آن شد.
اگر سیاه چاله های کر واقعا وجود داشته باشند، این امکان وجود دارد که بتوان واردش شد و از سوی دیگرش به سلامت و از یک سفید چاله(12) خارج شد. یک سفید چاله دقیقا عملکردی وارونه یک سیاه چاله دارد، یعنی به جای کشیدن همه چیز به داخل خود به واسطه نیروی گرانش، به خاطر مواد مرموز تشکیل دهند? خود با انرژی منفی، همه چیز را به بیرون می فرستد و از خود دور می کند. این سفید چاله ها راه خواهند بود برای رفتن به زمان یا دنیایی دیگر.
با توجه به اطلاعات کمی که راجع به سیا چاله ها داریم، چاله های کر امکان وجود دارند. هر چند "کیپ ثورن"(13) از موسسه فناوری کالیفرنیا(14) (یا همان کلتک معروف) معتقد است که قوانین فیزیک تشکیل چنین ساختار و شکلی را مانع می شوند. وی می گوید که چنین راهی برای وارد شدن به یک سیاه چاله و خارج شدن از آن وجود ندارد، و تلاش هر چیزی برای وارد شدن به یک سیاه چاله، منجر به نابودی اش حتی قبل از رسیدن به تکینگی خواهد بود.
کرم چاله ها
ثورن معتقد است امکان وجود نوع دیگری ساختار تونلی شکل در کیهان می رود که می توان از آن به عنوان گذرگاهی برای سفر در زمان استفاده کرد. کرم چاله ها(15) که به پل های اینشتین- روزِن(16) نیز معروف هستند، در صورت وجود، نه تنها بیشترین پتانسیل را برای سفر در زمان در خود دارند، بلکه این امکان را فراهم می آورند که در کسری از ثانیه، از زمین به نقطه ای از کیهان با فاصل? چندین سال نوری دورتر سفر کنیم.
کرم چاله ها بر اساس نظریه نسبیت عام اینشتین و از این که هر جرمی باعث خم شدن منحنی فضا- زمان می شود، نتیجه گیری شدند. برای درک این انحنا و خمیدگی، دو نفر را در نظر بگیرید که پارچه ای را از دو طرف کشیده و نگه داشته اند، طوری که پارچه مانند سطح میز بیلیارد تراز باشد. اگر توپ بیس بال را در میان? پارچه رها کنید، توپ به وسط پارچه می غلتد و وزنش باعث انحنای پارچه در آنجا می شود. حال اگر یک تیله را در گوشه پارچه قرار دهد و رهایش کنید، به سبب انحنایی که توپ بیس بال در پارچه ایجاد کرده، به سمت توپ بیس بال حرکت خواهد کرد.
در فضا، حجم هایی که بر قسمت های مختلف کیهان فشار وارد می کنند، ممکن است در نهایت به هم رسیده و تونلی را شکل دهند که همان کرم چاله است.
بنابر این ما قادر خواهم بود از زمین به کهکشانی دیگر رفته و "نسبتا" سریع هم برگردیم. برای مثال، تصور کنید که می خواهم به ستاره شباهنگ(17) واقع در صورت فلکی سگ بزرگ(18) درست زیر صورت فلکی شکارچی(19) سفر کنیم. ستاره شباهنگ در فاصل? حدود 9 سال نوری (حدود 90 تریلیون کیلومتر) از زمین قرار دارد. واضح است که این فاصله برای رفتن و برگشتن چنان دور است که مسافرانش مجال بازگو کردن آن چه دیده اند را نخواهند یافت. دورترین مکانی که انسان تا به حال به آنجا سفر کرده، "ماه" در فاصله حدودا 400 هزار کیلومتری بوده است. اگر می توانستیم کرم چاله ای را بیابیم که ما را در فضای اطراف ستاره شباهنگ مرتبط کند، می توانستیم از فاصله چندین تریلیون کیلومتری سفر معمول فضایی صرف نظر کرده و تنها در چشم بر هم زدنی، این فاصله را از میان بر کرم چاله طی کینم.
ریسمان کیهانی
نظریه دیگری که از آن برای امکان سفر در زمان استفاده شده است، انگاره ریسمان های کیهانی(20) (یا تارهای کیهانی یا نوارهای کیهانی) است که توسط "جی ریچارد گات"(21) فیزیکدان دانشگاه پرینستون(22) در سال 1991 ارائه شد. این نوارها همان طور که از اسمشان پیداست، رشته هایی هستند که در ابتدای شکل گیری کیهان به وجود آمدند. این رشته ها ممکن است در تمام طول کیهان زیر فشار بسیار زیاد به طور خطی قرار داشته باشند.
این رشته های کیهانی با اندازه ای کوچک تر از اتم، نیروی گرانشی بسیار زیادی بر روی اشیای گذرنده از نزدیکشان ایجاد می کنند. اشیای متصل شده به یک رشته کیهانی قادرند با سرعت غیر قابل باوری حرکت کند. این سرعت اعجاب آور، به خاطر نیروی گرانشی هنگفت تارها است که فضا- زمان را از شکل انداخته و به نوعی تاب می دهند. با نزدیک کردن دو رشته به هم، یا یک رشته به یک سیاه چاله، ممکن است به اندازه کافی فضا- زمان خم شود که منحنی های نزدیک از لحاظ زمانی تشکیل شوند که می توان آنها را برای سفر در زمان مورد استفاده قرار داد.
یک فضا پیما با استفاده از گرانش ایجاد شده توسط دو رشته کیهانی، یا یک رشته و یک سیاه چاله، می تواند به یک ماشین زمان برای سفر به گذشته تبدیل شود. برای این کار، فضا پیما باید به دو رشته کیهانی گردش کند. به هر حال در رابطه با عدم وجود یا وجود و شکل تارها، گمانه زنی های فراوانی وجود دارد. گات خود بر این باور است که برای رفتن به یک سال عقب تر، به حلقه های از تارهای کیهانی که نصف جرم- انرژی کل کهکشان است نیاز خواهد بود.
فیزیکِ سفر در زمان
همان طور که ذکر شد، طبق نظریه نسبیت، با نزدیک شدن سرعت جسم به سرعت نور، روند گذر زمان آهسته تر می شود. دانشمندان آشکار کردند که حتی در سرعت های یک شاتل فضایی، فضانوردان چند نانو ثانیه به آینده سفر می کنند. برای تفهیم این موضوع، دو نفر را تصور کنید؛ شخص A و شخص B. شخص A روی زمین است و شخص B با فضا پیمایی از زمین جدا می شود. در لحظه جدا شدن فضا پیما از زمین، ساعت هر دو دقیقا و بدون نقص با هم میزان و هماهنگ شده است. هر چه فضا پیمای شخص B به سرعت نور نزدیک تر می شود، به همان اندازه زمان برای شخص B آهسته تر می گذرد (نسبت به شخص A) در صورتی که شخص B برای تنها چند ساعت با سرعت 50 درصد سرعت نور حرکت کند و دوباره به زمین باز گردد، برای هر دو نفر کاملا روشن است که شخص A خیلی سریع تر از شخص B سالخورده شده است.
گذر سریع زمان برای شخص A نسبت به شخص B که نزدیک به سرعت نور سفر کرده، این تفاوت در سالخوردگی را سبب شده است. ممکن است برای شخص A سال ها سپری شده باشد، در حالی که برای شخص B تنها تجربه گذشت چندین ساعت از زمان بوده است. این موضوع به عنوان "ناسازگاری دو قلو ها"(23) در فیزیک معروف است.
ناسازگاری دو قلوها از نگره اینشتین در مورد مسطح نبودن بلکه منحنی بودن فضا- زمان نتیجه شده است. بدین معنی که شخص در حرکت در فضا- زمان و در نقاط مختلف، تجربیات متفاوتی خواهد داشت. در واقع زمان در کنار اجسام حجیم مانند زمین، به دلیل منحنی شدن فضا- زمان، آهسته تر در گذر است. اینشتین این پدیده را کشامدگی زمان(24) نامید.
گسترش بیشتر نگره منحنی بودن فضا- زمان و کشامدگی زمانی، در قالب تجربه ای فکری(25) به نام ناسازگاری دو قلوها می رسد که در سال 1911 توسط "پل لنگوین"(26) فیزیکدان فرانسوی مطرح شد. اگر یکی از دو قلوها در دامنه کوهی زندگی کند و دیگری در قله آن کوه، آن که نزدیک تر به زمین است، آهسته تر سالخورده می شود. او بعد از مدتی، هر چند ناچیز، جوان تر از دیگری به نظر خواهد رسید. اگر یکی از دو قلوها را در فضا پیمایی با شتابی نزدیک سرعت نور به سفری بفرستیم، او در زمان بازگشت، از دیگری جوان تر خواهد بود. اما توجه کنید که سرعت گذر زمان برای هر دو ، نسبت به خودشان، بدون تغییر بوده است. به همین دلیل است که از این مثال با عنوان ناسازگاری یا تناقض نما یاد می شود. در دهه 1970 با ارسال ساعتی اتمی به مدار، این نگره به اثبات رسید. در بازگشت به زمین، مشخص شد که این ساعت بسیار آهسته تر از ساعت اتمی که روی زمین قرار داشت کار کرده است.
مشکلات سفر در زمان
حتی اگر به دانش و توانایی سفر در زمان دست پیدا کنیم، این امر خود آغازی برای بروز مشکلات و ناسازگاری هایی(27) خواهد بود. حال دو مثال معمول و رایج در این مورد را بررسی می کنیم:
*فرض کنید شما قادر به سفر به گذشته و به پیش از زمان تولدتان شده باشید. امکان وجود شما در زمانی پیش از این که به دنیا بیایید، خود باعث بروز ناسازگاری می شود. اگر در سال 1358 به دنیا آمده باشید، چطور ممکن است در سال 1355 وجود داشته باشید؟
*احتمالا مشهورترین ناسازگاری، ناسازگاری پدر بزرگ(28) است. چه چیزی رخ خواهد داد اگر یک مسافر زمان به قبل برگشته و یکی از اجدادش را قبل از این که خود متولد شود، به قتل برساند؟ اگر آن شخص پدر بزرگش را کشته باشد، پس چطور ممکن است که زنده باشد و به گذشته برگشته تا پدر بزرگش را به قتل برساند؟ سفر به گذشته و ایجاد تغییر در آن، ناسازگاری های بی شماری را ایجاد خواهد کرد.
نگره ای دیگر در مورد سفر در زمان، انگاره "دنیاهای موازی"(29) یا "پیشینه های جایگزین"(30) را برای پاسخی به این تناقضات معرفی می کند. فرض کنید که به گذشته سفر کرده و پدر بزرگ خود را زمانی که یک پسر بچه بوده ملاقات کنید. در نگره دنیاهای موازی، ممکن است که به دنیایی شبیه به دنیای دیگری سفر کرده باشید، به دنیایی شبیه به دنیای خودمان، اما متفاوت در توالی و مراحل وقایع و رخدادها. برای مثال ارگ به گذشته سفر کنید و یکی از اجداد خود را به قتل برسانید، شما تنها آن شخص را در یک دنیا کشته اید، دنیایی که دیگر دنیایی نیست که شما در آن وجود دارید. و اگر دوباره تلاش کنید تا به دیگری وارد شوید و هرگز قادر به بازگشت به دنیایی که از آنجا سفر خود را شروع کردید، نشوید.
این نظریه در واقع بیان کننده این مطلب است که هرعملی باعث ایجاد یک دنیای جدید می شود و تعداد بی شماری از دنیاها وجود دارد. زمانی که جد خود را به قتل می رسانید، دنیای جدیدی می سازید، دنیایی که همانند دنیای خودتان تا زمانی است که شما توالی حوادث اصلی در آن تغییر دادید.
حتما خیلی گیج شده اید. به دنیای سفر در زمان خوش آمدید!
در هر صورت، به یاد داشته باشیم که گذشته تنها خاطراتی تغییر ناپذیر است که یادشان باعث خرسندی یا ناراحتی‌مان می شود. در مقابل آینده نامعلوم است و بدون امکان پیش بینی و ما حتی از دمی بعد آگاه نیستیم. همیشه به ما گفته شده که از گذشته عبرت بگیریم، در حال زندگی کینم و از آن لذت ببریم، و به آینده امید داشته باشیم.
وقت را غنیمت دان آن قدر که بتوانی
حاصل از حیات این دم است تا دانی
کام بخشی گردون عمر در عوض دارد
جهد کن تا از دولت داد عیش بستانی(31)
پی‌نوشت‌ها:
نویسنده: محسن علیزاده عطار
1- idea/ 2- Theory of special relativity/ 3- Albert Einstein 4- Stephen Hawking/ 5- space- time continuum/ 6- event horizon/ 7- singularity/ 8- Karl Schwarzschild/ 9- Schwarzchild black hole/ 10- Kerr hole/ 11- Roy Kerr/ 12- white hole/ 13- Kip Stephen Thorne/ 14- California Instiute of Technology
موسسه فناوری کالیفرنیا مشهور به Cal Tech دانشگاهی است خصوصی، تحقیقاتی و معتبر که در پاسادنا در ایالت کالیفرنیا قرار دارد. این دانشگاه در سال 1891 تاسیس شد. موسسه 2100 دانشجو دارد که از این تعداد 900 نفر در مقطع کارشناسی در حال تحصیل هستند. آزمایشگاه پیشرانش جت متعلق به ناسا تحت اداره این دانشگاه است.
15- Worholes/ 16- Einstein- Rosen Bridges/ 17- Sirius/ 18- شعرای یمانی Canis Major constellation/ 19- کلب اکبرOrion/ 20- Cosmic strings/ 21- J. Richard Gott/ 22- Priceton/ 23- Twin Paradox/ 24- Time dilation/ 25- /اتساع یا انبساط زمانThought experiment or Gedanken experiment/ 26-ارزیابی ذهنی از مفاهیم افرضیPaul Langevin/ 27- Paradox/ 28- Grandfather Paradox/ 29- Parallel Universes/ 30- Alternative Histories/
31- غزل حافظ
منبع:نشریه دانشمند- ش563
