راهنمای کاربردی سفر در زمان

سال 1915 در اوج جنگ جهانی اول، آلبرت اینشتین که آن زمان مقیم برلین (پایتخت آلمان) بود، نظریه انقلابی جدیدی را برای توصیف گرانش ارائه داد که نظریه نسبیت عام نام گرفت. از وقتی این نظریه آزمون های رصدی را پشت سر گذاشته و پدیده هایی کیهانی مثل تاب برداشتن بافتار فضا – زمان، سیاهچاله ها و امواج گرانشی را پیش بینی کرده، به یکی از موفق ترین نظریه های دنیای علم تبدیل شده است. البته این نظریه دانشمندان را به خوابی کشانده است. چرا که می تواند ابزار نسبتاً غیر ممکنی را در اختیار ما قرار دهد که بشر از گذشته رویای آن را در سر می پروراند: ماشین زمان.

ماجرا در این حقیقت خلاصه می شود که در نظریه اینشتین، زمان موجودی مطلق و بدون چون و چرا نیست که در قالب ساعتی جهانی که همه مردم بر سر آن اتفاق نظر دارند؛ بلکه به جای آن، بعد چهارم دنیای ما و چیزی کاملاً نسبی است. همانطور که داستانسرای انگلیسی گراهام گرین (Henry Graham Greene) اینطور نوشته است: «من نمی توانم با شما درباره دوره های زمان صحبت کنم. زمان شما با زمان من با یکدیگر تفاوت دارند.»

بر اساس نظریه نسبیت اینشتین، آهنگ و سرعت گذر زمان برای یک فرد به دو عامل بستگی دارد، نخست اینکه او با چه سرعتی نسبت به شما حرکت می کند و دوم، اینکه چه شتاب جاذبه ای را تجربه می کند. اگر بتوانید راهی برای پرش از منطقه ای که زمان در آن با آهنگ مشخصی می گذرد به منطقه دیگری پیدا کنید که در آن آهنگ گذر زمان کندتر است، می توانید در زمان به عقب برگردید و بدین ترتیب، ماشین زمان بسازید.

در این مقاله شما می توانید با راهکارهای نظری سفر در زمان آشنا شوید.

شگفتی های خاص

تشخیص این قضیه که زمان، آن چیز ثابت و یکسانی نیست که همه فکر می کنند، به نظریه نسبیت خاص بر می گردد که اینشتین آن را در سال 1905 منتشر کرد. نسبی بودن زمان تمام و کمال به خواص منحصر به فرد سرعت نور بستگی دارد. تا پیش از اینشتین، دانشمندان زیادی مانند هندریک لورنتس (Hendrik Antoon Lorentz) و آنری پوآنکاره (Henri Poincaré) با بررسی ناسازگاری مکانیک نیوتنی با نظریه الکترومغناطیسی ماکسول، حدس زده بودند که حدی برای بیشترین سرعت اجسام در عالم وجود دارد، اما نتوانسته بودند آن را تعیین کنند.

اینشتین در اقدامی شجاعانه، این حد را سرعت نور در خلاء قرار داد و در کمال شگفتی توانست مشکلات متعددی را که فیزیکدانان با آن مواجه بودند، حل کند. البته هنوز هم نمی دانیم که چرا هیچ چیز نمی تواند سریع تر از نور سفر کند و 299,792,458 متر بر ثانیه، نهایت سرعت در پهنه کیهان ما است. جالب تر اینکه بر اساس معادلات نسبیت خاص، چه ساکن باشید و چه با سرعت 90 درصد سرعت نور در حرکت باشید، همیشه سرعت نور را همان 300 هزار کیلومتر بر ثانیه اندازه گیری خواهد کرد؛ این بدان معنی است که هیچ چیز نمی تواند به سرعت نور برسد.

اگر بخواهیم دقیق تر باشیم، باید بگوییم که ساعت های متحرک، کند می شوند. پس اگر کسی با سرعتی نزدیک به سرعت نور (300 هزار کیلومتر بر ثانیه) از کنار شما بگذرد، ساعت او در مقایسه با ساعت شما کندتر می گذرد. اگر او بتواند به سرعت نور دست یابد که برای هر چیزی با جرم سکون غیر صفر، ناممکن و برای ذره ای با جرم سکون صفر مانند ذرات نور (فوتون ها) امکان پذیر است، زمان به ایستایی کامل می رسد. به همین دلیل است که فوتون ها نیمه عمر ندارند و هرگز واپاشیده نمی شوند، زیرا گذر زمان برای آنها متوقف شده است.

چند روش نظری برای سفر به گذشته

1) سریع تر از نور سفر کن.

چه می شود اگر بتوانید سریع تر از نور حرکت کنید؟ در آن صورت می توان ادعا کرد قبل از زمانی که سفرتان را شروع کنید، به مقصدتان می رسید. از آنجا که نقض شدن قانون علیت به این روش، معادل با سفر در زمان است، بسیاری از دانشمندان برای دستیابی به سرعت فراتر از نور، گرفتار بی خوابی های شبانه شده اند. برای مثال اگر شما زمین را سریع تر از نور به مقصد نزدیکترین منظومه ستاره ای همسایه یعنی آلفا قنطورس ترک کنید، هنگامی که به مقصد رسیدید، پرتوهای نور متناظر با ماموریت شما هنوز در سفر هستند، لذا این امکان برای شما فراهم است که به سمت زمین بنگرید و فضاپیمایتان را که در حال پرتاب شدن است، ببینید؛ به بیان دیگر می توانید شاهد گذشته خودتان باشید.

اما اگر هیچ ماده ای نمی تواند به سرعت نور برسد، چگونه می توان سریع تر از نور حرکت کرد؟ فیزیکدان ها حل این مشکل را در ذراتی خیالی به نام تاکیون می دانند. تاکیون ها ذاتاً سریع تر از نور حرکت می کنند، درست مانند فوتون ها (ذرات نور) که ذاتاً با سرعت نور جابجا می شوند. اگر ما بتوانیم اتم های بدنمان را به تاکیون بدل کنیم، آنها را به فضا شلیک کنیم و در مقصد به اتم تبدیل شان کنیم، می توانیم سریع تر از نور حرکت کنیم و از نگاه بعضی از ناظرین، به گذشته سفر کنیم. البته این روش سفر در زمان هم محدودیت های خودش را دارد.

سال 1974، فیزیکدان آمریکایی به نام ریچارد گات (John Richard Gott) از دانشگاه پرینستون کشف کرد که تاکیون، مخروطی از امواج گرانشی (نوسان هایی که در بافتار فضا – زمان منتشر می شوند) در مسیر حرکت خود باقی می گذارد، درست مانند غرش صوتی مهیبی که هواپیما با گذر از مرز سرعت صوت ایجاد می کند. به لطف خواص غیر معمول تاکیون ها، این مخروط باعث از دست رفتن انرژی تاکیون و افزایش سرعت آن می شود، درست برعکس چیزی که انتظارش را دارید؛ اما در نهایت تاکیون با پادتاکیونی (ضد ماده تاکیون) که دقیقاً با همان سرعت در حرکت است، برخورد می کند و به انرژی تبدیل می شود.

اگرچه برخورد در سرعت بی نهایت اتفاق می افتد، اما یافته های گات نشان داد که تاکیون بیشتر عمر خود را با سرعتی سپری کرده که به میزان ناچیزی بیشتر از سرعت نور است؛ به بیان دیگر، میزان سفر در زمان با این روش به شدت ناچیز است.

در یک کلام سفر در زمان ممکن است، اما شما باید به ذرات فرضی تاکیون تبدیل شوید؛ کاری که احتمالاً شدنی نیست.

2) جهان را بچرخان.

سال 1949 کورت گودل (Kurt Gödel)، دوست و همکار اینشتین در پرینستون، راهکاری را پیدا کرد که به موجب آن، جهان می توانست ماشین های زمان از پیش آماده ای داشته باشد. برای این کار، کافی بود که جهان در حال چرخیدن باشد. جهان گودل حلقه ای بسته ای دارد که به معنای واقعی کلمه مثل ماشین های زمان عمل می کنند. کافی است گرداگرد یکی از آنها سفر کنید و به دیروز برسید، دوباره چرخی در آن بزنید تا به روز قبل از آن بروید.

در جهان گودل بواسطه چرخش کیهانی، مسیر حرکت پرتوهای نور درون قالب موزی شکلی خم شده است، بنابراین با حرکت روی یک خط مستقیم از یک سر موز به سر دیگر آن، همواره راهی برای پیشی گرفتن از پرتوهای نور و سفر در زمان وجود دارد. عموم دانشمندان، از جمله خود اینشتین، آنقدر از کشف گودل نگران نشدند، زیرا به نظر نمی رسید که عالم ما ارتباطی به جهان چرخان گودل داشته باشد. ادوین هابل (Edwin Powell Hubble)، منجم پُر آوازه آمریکایی در دهه 1920 کشف کرده بود که ما در جهانی منبسط شونده زندگی می کنیم، جایی که کهکشان ها همانند ترکش های بر جا مانده انفجاری عظیم در حال دور شدن از یکدیگر هستند. این انفجار بزرگ که حدود 14 میلیارد سال پیش به تولد عالم ما انجامید، مهبانگ نام دارد.

در یک کلام جهانی که در حال چرخش باشد، ماشین های زمان حاضر و آماده ای را به همراه دارد. با عرض تاسف، جهان ما نمی چرخد.

3) جهان را تقسیم کنید.

از اینکه همه این ماشین های زمان، غیر واقعی و به شدت غیر عملی به نظر می رسند، تعجب نکنید، زیرا واقعاً همینطور است. اما مسئله اصلی کاربردی، نبودن روش های سفر در زمان نیست، مسئله این است که سفر در زمان دست کم روی کاغذ ممکن است و این، به شکل گیری پارادوکس های کابوس واری منتهی می شود که دانشمندان از فکر کردن به آنها سرسام می گیرند. برای مثال فرض کنید شما با استفاده از ماشین زمان، در زمان به عقب بر می گردید و پدربزرگتان را قبل از اینکه مادرتان متولد شود، به قتل می رسانید. حال این سوال پیش می آید که چطور در شرایطی که هرگز به دنیا نیامده اید، توانسته اید پدربزرگتان را بکشید؟

برای دور زدن پارادوکس پدربزرگ، استیون هاوکینگ (Stephen Hawking) ایده حدس حراست از تاریخ (Chronology Protection Conjecture) را مطرح کرد که عملاً، روشی محترمانه برای بیان این حقیقت بود که سفر در زمان غیر ممکن است. هاوکینگ متقاعد شده بود که برخی قوانین کشف نشده فیزیک هنگام سفر در زمان مداخله می کنند و نمی گذارند که چنین سفری اصلاً اتفاق بیفتد.

اما راه دیگری هم برای دور زدن پارادوکس پدربزرگ وجود دارد و آن، نظریه کوانتومی است که بهترین توصیف را از جهان میکروسکوپی اتم ها و ذرات تشکیل دهنده آنها ارائه می دهد. نظریه کوانتومی می گوید که ذرات بنیادی می توانند چیزهای زیادی را همزمان انجام دهند؛ مشابه اینکه شما در یک زمان هم در حال خرید کردن باشید و هم در حال کوتاه کردن چمن ها. بر اساس یکی از تفسیرهای نظریه کوانتومی که به تقسیر جهان های متعدد معروف شده، هر وقت پدیده ای کوانتومی اتفاق می افتد، برای نمونه فوتونی از یک اتم منتشر شود یا منتشر نشود، در واقع هر دو حالت در جهان هایی موازی اتفاق می افتند.

در این دیدگاه، عالم همواره در حال تقسیم شدن به نسخه های متفاوتی است که تمام رویدادهای تاریخی ممکن در آنها اتفاق می افتند و واقعیت های موازی بی شماری مانند صفحات کتابی بی پایان روی هم انباشته می شوند. در سناریوی جهان های متعدد، اگر شما در زمان به عقب برگردید و پدربزرگتان را بکشید، در واقع پدربزرگی موازی را در جهانی موازی کشته اید، نه پدربزرگ خودتان را. به همین سادگی می توان بدون نگرانی از هیچ پارادوکسی در زمان سفر کرد.

در یک کلام اگر عالم شامل واقعیت های موازی باشد، می توان از پارادوکس های سفر در زمان پیشگیری کرد.

4) بین ریسمان های کیهانی بپر.

همین ابتدا بگوییم که ریسمان های کیهانی ارتباطی با نظریه ریسمان ندارند. ریسمان های کیهانی، گسل هایی تک بعدی در فضا – زمان هستند که وضعیت بسیار پُر انرژی عالم را در نخستین لحظات پیدایش حفظ کرده اند. ریسمان های کیهانی مشابه ترک هایی هستند که با منجمد شدن آب و تشکیل یخ ایجاد می شوند و از نیمی از نظریاتی که برای وحدت بخشیدن بین نیروهای بنیادی طبیعت مطرح شده اند، سر در آورده اند. آنها آغاز و پایانی ندارند و در عالم بیکران، یا گستره ای نامحدود دارند یا به شکل حلقه هایی بسته پدیدار می شوند.

ریسمان های کیهانی تحت تنش هایی چنان عظیم قرار دارند که باعث می شوند آنها با زمان کش بیایند و با سرعتی که معمولاً از نصف سرعت نور فراتر می رود، رها شوند. در نسبیت عام چنین تنشی به شکل گیری دافعه گرانشی منتهی می شود. به همین دلیل است که ریسمان های کیهانی با وجود جرم های بسیار بزرگی که به ده میلیون میلیارد تن بر سانتیمتر بالغ می شود، بر اجرام نزدیک خود اثر نمی گذارند، زیرا گرانش آنها خنثی می شود.

پژوهشگران با بررسی تاثیر ریسمان کیهانی بر فضا – زمان اطراف خود، حدس زده اند که ممکن است بتوان از آن برای سفر در زمان استفاده کرد. تصور کنید ریسمانی از درون این صفحه بالا بیاید و قرص مدوری از فضا – زمان، آن را در سطح همین صفحه احاطه کند. این فضا – زمان معمولی است، اما ریسمان کیهانی کار عجیب تری با فضا – زمان می کند و تکه ای از آن را شبیه به یک برش پیتزا می برد. فضا – زمان در دو طرف برش گمشده به هم می پیوندند؛ بنابراین فضا – زمان حول ریسمان به جای آنکه مسطح بماند، به مخروطی پهن و کم ارتفاع تبدیل می شود اینجا است که می توان سریع تر از نور حرکت کرد.

حرکت حول یک ریسمان عملاً مسیری میانبر در فضا – زمان است، زیرا می توان دایره را در سفری کمتر از 360 درجه دور زد. البته نباید فراموش کرد برش پیتزایی که از فضا – زمان جدا شده، بسیار ناچیز و در حد یک هزارم درجه است؛ پس ریسمان کیهانی تنها شکافی کوچک روی زره فضا – زمان ایجاد می کند و برای اینکه با استفاده از آن در زمان سفر کنید، به نبوغ فراوان و دانش مافوق تصوری نیاز خواهید داشت.

سال 1991 ریچارد گات، سناریوی عجیبی را ترسیم کرد که در آن، دو ریسمان کیهانی بی نهایت بلند با 99.999999996 درصد سرعت نور در مسیرهای مخالف از یکدیگر می گذرند و فضا – زمان را به شکلی باور نکردنی پیچ و تاب می دهند. به عقیده گات، فضا – زمان در این سناریو به اندازه کافی پیچ می خورد تا بتوان حول دور ریسمان کیهانی متحرک به صورت پادساعت گرد سفر کرد، بدین ترتیب در حالی که پیوسته به سوی آینده در حرکتیم، همیشه به خانه اول و لحظه شروع سفر بازخواهیم گشت. گات این راه حل را به یکی از طراحی های اشر تشبیه می کند که حرکت راهبان را روی راه پله ای پادساعت گرد و همواره در جهت بالاتر رفتن نشان می دهد؛ اما بعد از گردش به دور صحن، آنها را همان جایی که در ابتدا بودند، می یابید.

در یک کلام ریسمان های کیهانی فضا – زمان را پیچ و تاب می دهند، بنابراین اگر حول آنها به سرعت حرکت کنیم، سفر در زمان می تواند امکانپذیر شود.

5) در کرم چاله میانبر بزنید.

طبق نسبیت عام، زمان در میدان های گرانشی مختلف با سرعت های متفاوتی می گذرد، پس برای ساختن ماشین زمان، کافی است که دو ناحیه این چنینی را به هم متصل کنیم و بین آنها سفر نماییم.

فرض کنید یکی از آنها، جایی روی زمین است که زمان در آن با آهنگ معمول می گذرد و مکان دیگر، جایی نزدیک به یک سیاهچاله است که به لطف گرانش بسیار شَدید، زمان در آن به کندی می گذرد. اگر دو دستگاه ساعت یکسان، همزمان در روز دوشنبه شروع به کار کنند (یکی روی زمین و دیگری نزدیک به سیاهچاله)، وقتی روی زمین جمعه باشد، در نزدیکی سیاهچاله تازه روز چهاشنبه فرا رسیده است. به بیان دیگر، در شرایطی که روی زمین چهار روز از آغاز زمان سنجی ساعت گذشته است، در سیاهچاله تنها دو روز گذشته است. با این حساب اگر بتوانید در لحظه از زمین به سیاهچاله سفر کنید، در واقع توانسته اید از جمعه به چهارشنبه بازگردید. دو فیزیکدان نظری به نام های مایکل موریس (Mike Morris) و کیپ ثورن (Kip Stephen Thorne) برای چنین سفری، استفاده از کرم چاله را پیشنهاد کرده اند.

کرم چاله، میانبری درون فضا – زمان است که ابتدا اینشتین آن را پیش بینی کرده بود. دو نقطه A و B را روی تکه ای کاغذ تصور کنید. اگر کاغذ را تا کنیم، A و B بسیار به یکدیگر نزدیکتر می شوند. اگر آنها می توانستند به نحوی به یکدیگر متصل شوند، شما می توانستید بسیار سریع تر از اینکه بخواهید روی سطح کاغذ جابجا شوید، بین آن دو سفر کنید. این مسیر میانبر مشابه یک کرم چاله است. اگر زمین و سیاهچاله با چنین کرم چاله ای به هم وصل شوند، ما یک ماشین زمان خواهیم داشت.

مشکل کرم چاله ها آن است که در چشم برهم زدنی بسته می شوند و برای آنکه بتوانیم از درون آنها سفر کنیم، باید با استفاده از دافعه گرانشی آنها را باز نگاه داریم. جالب اینجا است که بخش اعظم محتوای ماده – انرژی در عالم یعنی انرژی تاریک، ضد نیروی گرانش عمل می کند و عملاً این دافعه گرانشی را در اختیار ما قرار می دهد، اما به مراتب ضعیف تر از آن است که بتوانیم کرم چاله ای را باز نگه دارد. گذشته از این، برای باز کردن ورودی یک کرم چاله، بطوریکه انسانی بتواند چهار دست و پا از آن بگذرد، به چنان انرژی عظیمی نیاز خواهیم داشت که با مجموع انرژی ستارگان کهکشانمان در همه عمرشان قابل مقایسه است.

در یک کلام کرم چاله ها روشی برای سفر در فضا و سر در آوردن از مناطقی که در آن زمان با آهنگ متفاوتی می گذرد، فراهم می کنند. مشکل اصلی، باز کردن و باز نگه داشتن کرم چاله است.

به آینده سفر می کنید؟

سفر در زمان، سفری یک طرفه است و هرگز نمی توان بلیط برگشت برای آن پیدا کرد. جالب تر اینکه این سفر یک طرفه فقط رو به آینده است و هر جور که فکرش را بکنید، بازگشت به گذشته جز در عالم خیال امکان ندارد. البته سفر به آینده لزوماً به تجهیزات عجیب و غریب و فضاپیماهای مافوق تصور نیاز ندارد! کافی است به خواب عمیقی فرو بروید (شبیه به خواب زمستانی برخی پستانداران) و هر وقت مایل بودید، از خواب بیدار شوید. از آنجایی که بدن شما زمان قابل توجهی را تجربه نکرده و از آن مهم تر، خودآگاه شما گذر زمان را درک نکرده است، در مقایسه با دیگران که زندگی معمولی خود را در آن دوران سپری کرده اند، می توان گفت که شما به آینده سفر کرده اید.

با توجه به چشم اندازی که از فناوری های آینده در ذهن داریم، می توان گفت که این روش، در دسترس ترین و محتمل ترین روش برای سفر به آینده است. روش دیگر، تکیه بر پیش بینی های نسبیت خاص و عام از سفر با سرعت های بسیار بالا یا حضور در میدان های گرانشی بسیار شَدید است.

با استفاده از ساعت های اتمی بسیار دقیق، فیزیکدانان توانسته اند نشان دهند که گذر زمان برای اجسام ساکن، متحرک و تحت شتاب با آهنگ متفاوتی اتفاق می افتد؛ اما دستیابی به اثرات ملموس در زندگی روزمره به شرایطی جدید نیاز دارد که از دسترس ما خارج است.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «راهنمای کاربردی سفر در زمان»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله BBC Focus جولای 2018 ترجمه مریم فرحناکی از مجله دانستنیها، به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.