سفر در زمان؛ آیا چنین چیزی ممکن است؟

به این فکر کنید که آیا میتوانید زمان را در کنترل خود درآورید و اصلا سفر در زمان ممکن است؟ به عنوان پاسخ کوتاه باید گفت بله و همین حالا هم دارید این کار را انجام میدهید و با سرعت چشمگیر یک ثانیه در ثانیه به آینده سفر میکنید!
به این فکر کنید که آیا میتوانید زمان را در کنترل خود درآورید و اصلا سفر در زمان ممکن است؟ به عنوان پاسخ کوتاه باید گفت بله و همین حالا هم دارید این کار را انجام میدهید و با سرعت چشمگیر یک ثانیه در ثانیه به آینده سفر میکنید!
در حقیقت تقریبا همیشه با یک سرعت در زمان حرکت میکنید؛ چه در حال تماشای خشک شدن رنگ روی یک سطح باشید و چه آرزو کنید که ساعتهای بیشتری را برای ملاقات با یک دوست در اختیار داشته باشید. اما این نوع سفر در زمان چیزی نیست که همه به ویژه نویسندگان علمی-تخیلی بسیاری را مجذوب خودش کرده باشد یا چنان ژانر گستردهای را در فیلمسازی به خود اختصاص داده باشد که بیش از 400 عنوان فیلم درباره سفر در زمان در ویکیپدیا فهرست شده باشد.
میتوان گفت سفر در زمان مفهومی است که از دیرباز ذهن بشر را به خودش مشغول کرده و در منابع مختلف از افسانهها و داستانهای علمی-تخیلی گرفته تا نظریههای پیشرفتهی فیزیکی به آن پرداخته است. اما آیا واقعا چنین چیزی ممکن است؟ و در صورت امکان چگونه انجام میشود؟
با وجود اینکه بسیاری از مردم مجذوب ایدهی تغییر گذشته یا دیدن آینده هستند، اما هیچ کس تا کنون این نوع سفر در زمان به عقب یا جلو را نشان نداده یا روشی قابل دستیابی برای آن پیشنهاد نکرده است. با این حال، علم از مقداری خمیدگی زمان پشتیبانی میکند. برای نمونه نظریه نسبیت خاص «آلبرت اینشتین» (Albert Einstein) پیشنهاد میکند که زمان یک توهم است که نسبت به یک ناظر حرکت میکند. ناظری که با سرعتی نزدیک به سرعت نور سفر میکند، زمان را با تمام عواقب آن (خستگی، پیری و …) بسیار کندتر از یک ناظر ساکن تجربه خواهد کرد. به همین دلیل است که فضانورد اسکات کلی در طول یک سال حضور خود در ایستگاه فضایی بینالمللی در مدار زمین، نسبت به برادر دوقلویش روی زمین حضور داشت، کمی کمتر پیر شد.
نظریههای علمی دیگری هم دربارهی سفر در زمان وجود دارد، از جمله نظریههای فیزیکی عجیبی که پیرامون کرمچالهها، سیاهچالهها و نظریه ریسمان مطرح میشوند. با این حال، سفر در زمان در بیشتر موارد، همچنان حوزهی مورد توجهی در کتابهای علمی-تخیلی، فیلمها، برنامههای تلویزیونی، کمیکها، بازیهای ویدیویی و موارد دیگر است.
سفر در زمان چیست؟
چنان که در واژهنامههای معتبر مانند کمبریج هم بیان شده است، «سفر در زمان» (Time Travel) به معنای حرکت به گذشته یا آینده فراتر از جریان عادی زمان است. در حقیقت سفر در زمان به ایدهی حرکت با سرعت فراتر از روند عادی، میان نقاط مختلف زمان به عقب یا جلو اشاره دارد.
چنین کاری معمولا با تفاوت میان زمان سپری شده برای مسافر و زمانی که در دنیای بیرون از سفر او در جریان است، تعریف میشود. برای نمونه اگر در یک فضاپیمای در حال حرکت 1 ساعت را سپری کنید و روی زمین 2 ساعت بگذرد، عملا نسبت به زمین به آینده سفر کردهاید و این سفر در زمان بر اثر سرعت یا اثرات گرانش است.
مفهوم سفر در زمان
سفر در زمان
Credit: raggio5, Pixabay
نسبی بودن زمان
اینشتین نظریه نسبیت خاص خود را در سال 1905 ارائه کرد. این نظریه همراه با دنبالهی آن یعنی نسبیت عام، از اصول بنیادی فیزیک مدرن است. نسبیت خاص رابطهی میان فضا و زمان را برای اجرامی که با سرعت ثابت در یک خط مستقیم حرکت میکنند، توصیف میکند و نشان میدهد که زمان برای افراد مختلف دارای سرعتهای مختلف، متفاوت میگذرد.
نسخه خلاصه شدهی این نظریه به طرز فریبندهای ساده است. نخست اینکه همه چیز، نسبت به چیز دیگری اندازهگیری میشود و این یعنی هیچ چارچوب مرجع مطلق در جهان وجود ندارد. دوم اینکه سرعت نور ثابت است و صرف نظر از هر چیز و از هر کجا که اندازهگیری شود، ثابت باقی میماند. سوم هیچ چیز نمیتواند سریعتر از سرعت نور حرکت کند.
بر پایهی این اصول ساده، موضوع سفر در زمان آشکار میشود. ناظری که با سرعت بسیار زیاد سفر میکند، زمان را با سرعت کمتری نسبت به ناظری که در فضا حرکت نمیکند، تجربه خواهد کرد. هرچند بشر هنوز نتوانسته است به سرعت نزدیک به نور دست یابد اما به کسرهای بسیار کمی از آن رسیده است. فضانوردان در ایستگاه فضایی با سرعت 28 هزار و 160 کیلومتر بر ساعت دور سیاره میچرخند و این سرعت باعث کندتر سپری شدن زمان برای آنها میشود.
فضانورد «اسکات کلی» (Scott Kelly)، پس از برادر دوقلو و فضانورد دیگر، مارک کلی، متولد شد. اسکات 520 روز را در مدار زمین گذراند، در حالی که مارک 54 روز را در فضا سپری کرد و تفاوت سرعتی که آنها در طول زندگی خود تجربه کردند، در حقیقت شکاف سنی میان آنها را افزایش داده است. چنانکه مارک کلی در یک میزگرد در سال 2020 گفت: «در حالی که من قبلا فقط 6 دقیقه بزرگتر بودم، حالا 6 دقیقه و 5 میلی ثانیه بزرگترم!»
از راست: اسکات و مارک کلی
از راست: اسکات و مارک کلی
Credit: Gett
نظریه نسبیت و GPS
هرچند تفاوتی که مدار پایین زمین در طول عمر یک فضانورد ایجاد میکند، ممکن است ناچیز باشد اما مفهوم کش آمدن و اتساع زمان، واقعا بین افراد روی زمین و ماهوارههای GPS که در فضا حرکت میکنند، تفاوت ایجاد میکند.
سیستم موقعیتیابی جهانی یا GPS با برقراری ارتباط با شبکهای از چند ده ماهوارهی مستقر در مدار بالای زمین، به ما کمک میکند تا دقیقا بدانیم کجا هستیم. این ماهوارهها از فاصلهی 20 هزار و 100 کیلومتری و با سرعت 14 هزار کیلومتر در ساعت به دور سیاره میچرخند.
طبق نسبیت خاص از نگاه مرجع یکسان، هرچه یک جسم نسبت به جسم دیگر سریعتر حرکت کند، جسم اول زمان را کندتر تجربه میکند. طبق اعلام نشریه انجمن فیزیک آمریکا، برای ماهوارههای GPS با ساعت اتمی، این اثر 7 میکروثانیه یا 7 میلیونیم ثانیه از هر روز را کم میکند. اگر این کار انجام نمیشد گوگل مپ برای تشخیص موقعیت مکانی، حدود 10 کیلومتر (6 مایل) در روز اشتباه میکرد.
طرحی گرافیکی از ماهواره های جی پی اس
طرحی خارج مقیاس از ماهوارههای GPS
Credit: Gett
از طرفی بر اساس نسبیت عام، ساعتهایی که به مرکز یک جرم گرانشی بزرگ مانند زمین نزدیکترند، کندتر از ساعتهایی که دورتر هستند، حرکت میکنند. بنابراین، چون ماهوارههای GPS در مقایسه با ساعتهای روی سطح زمین، از مرکز سیاره بسیار دورتر هستند، این روند هر روز 45 میکروثانیه دیگر به ساعتهای ماهوارههای GPS اضافه میکند. بدین ترتیب با در نظر گرفتن منفی 7 میکروثانیه طبق نسبیت خاص، نتیجهی نهایی 38 میکروثانیه اضافه شده است.
این یعنی برای حفظ دقت مورد نیاز برای تعیین دقیق موقعیت مکانی، مهندسان باید 38 میکروثانیه اضافی را در روز هر ماهواره در نظر بگیرند. بنابراین ساعتهای اتمی موجود در ماهواره تا زمانی که این 38 میکروثانیه بیشتر از ساعتهای مشابه روی زمین کار نکرده باشند، به روز بعد جابهجا نمیشوند.
با توجه به این اعداد، میتوان تخمین زد که بیش از هفت سال طول میکشد تا ساعت اتمی در یک ماهواره GPS بیش از یک چشم به هم زدن با ساعت زمینی همگامسازی خود را از دست بدهد. شاید این نوع سفر در زمان به اندازهی اختلاف سنی برادران کلی ناچیز به نظر برسد، اما با توجه به دقت فوقالعاده فناوری GPS مدرن، اهمیت زیادی دارد. اگر گوشی شما بتواند با ماهوارههای بالای سرتان ارتباط برقرار کند، میتواند موقعیت مکانی شما را در فضا و زمان با دقت باورنکردنی تعیین کند.
سفر به آینده: پدیدهای امکانپذیر
در میان جهتهای سفر در زمان، سفر به آینده فقط یک موضوع علمی-تخیلی نیست و این پدیده از نظر علمی هم تأیید شده است که ریشه در نظریههای نسبیت اینشتین دارد. همانطور که گفته شد طبق نسبیت خاص، با حرکت سریعتر، زمان برای شما نسبت به کسی که در حالت سکون قرار دارد، کندتر میگذرد. بنابراین با حرکت با سرعتی نزدیک به سرعت نور، سفر میتواند برای شما کوتاه به نظر برسد، اما برای افرادی که ساکن هستند، معادل سالها یا قرنها خواهد گذشت. برای نمونه از نظر تئوری، اگر یک فضاپیما به سرعتی نزدیک به سرعت نور برسد و تنها یک سال در آن بگذرد، روی زمین میتواند دههها گذشته باشد.
علاوه بر این، نسبیت عام یک لایهی دیگر هم اضافه میکند؛ اینکه گرانش هم بر زمان اثر میگذارد. در حضور میدان گرانشی قویتر، زمان به طور نسبی کندتر میگذرد. این موضوع هم به صورت تجربی تأیید شده است و ساعتهای هواپیماهای جت یا ماهوارههای GPS به دلیل ارتفاع و سرعت با سرعت متفاوتی نسبت به ساعتهای روی زمین پیش میروند. بنابراین در سناریوهای نظری، مانند دور زدن لبهی یک سیاهچاله یا استفاده از میدانهای گرانشی قدرتمند، این اعوجاجهای زمانی در اصل میتوانند شما را به آینده سوق دهند.
بدین ترتیب هرچند ما با فناوری فعلی محدود هستیم و نمیتوانیم به سرعتهای نزدیک به نور برسیم یا گرانش سیاهچاله را مهار کنیم اما فیزیک سفر به زمان آینده واقعی و امکانپذیر است.
سفر به گذشته: چالشهای نظری و فیزیکی
سفر به زمان گذشته اما همچنان یک تلاش عمدتا نظری، بدون پشتوانهی تجربی و با چالشهای دشوار زیاد است. از نظر نسبیت عام اینشتین، هندسههای خاص فضا-زمان مانند جهانهای چرخان، استوانههای تیپلر، کرمچالههای قابل پیمایش یا ساختارهای وارپ-رانش که هر کدام منحنیهای زمان-مانند بستهای (CTC) را شکل میدهند، میتوانند امکان سفر در زمان به عقب را فراهم کنند.
برای نمونه یک کرمچاله با یک دهانه که دچار اتساع زمان شده است، میتواند این امکان را فراهم کند که نسبت به نقطهی ورود، در زمان گذشته از آن خارج شوید. با این حال حتی در جایی که نظریه اجازه میدهد، به نظر میرسد که فیزیک عمیقتر در برابر سفر در زمان به عقب مقاومت میکند.
سفر به گذشته
سفر به گذشته؟
Credit: Getty
برای مثال حدس «حفاظت از گاهشماری» (Chronology Protection) استیون هاوکینگ پیشنهاد میکند که قوانین طبیعی مانند اثرات کوانتومی پیش از بروز پارادوکسها، برای نابودی یا بیثبات کردن هر ماشین زمان احتمالی، دست به دست هم میدهند. یا اصل خودسازگاری نوویکوف نشان میدهد که هر عملی که باعث ایجاد پارادوکس شود، به سادگی نمیتواند رخ دهد و طبیعت خود را اصلاح میکند.
بنابراین بسیاری از فیزیکدانان استدلال میکنند که گذشته مقصدی نیست که بتوانید به آن بازگردید و جهان، حالتهای گذشته را به روشی قابل ردیابی به یاد نمیآورد. میتوان گفت که هرجند روزنههای ریاضی جذابی برای سفر به گذشته وجود دارد اما در واقعیت فیزیکی به سازوکارهای عجیبی متکی هستند که هم فناوری امکان بروز آنها را نمیدهد و هم با قوانین کوانتومی عمیقتر یا ناسازگاریهای منطقی مسدود میشوند.
کرمچاله و سفر در زمان
کرمچالهها تونلهای نظری در تار و پود فضا-زمان هستند که میتوانند لحظات یا مکانهای مختلف در واقعیت را به یکدیگر متصل کنند. این ساختارها که به عنوان پلهای اینشتین-روزن با ورودی سفیدچالهها هم شناخته میشوند، برخلاف سیاهچالهها، گمانهزنیها دربارهی آنها زیاد است و با وجود آنکه در داستانهای علمی-تخیلی بسیار مطرح میشوند، در واقعیت هیچ نوع کرمچالهای شناسایی نشده است.
طرحی گرافیکی از یک کرمچاله
کرمچاله
Credit: ktsdesign/Shutterstock
اما این پدیدهها از دیدگاه تئوری شاید بتوانند به عنوان میانبرهای کارآمد برای فضا-زمان عمل کنند. برخی از پژوهشگران پیشنهاد دادهاند که با دستکاری یک کرمچاله میتوان یکی از دهانههای آن را به گذشته برد، اما طبق نظریهی بیشتر مورد قبول، پایداری چنین ساختاری به مادهای با جرم منفی نیاز دارد که هنوز وجود آن در مقیاس بزرگ اثبات نشده است. هرچند پژوهشهایی هم نشان دادهاند که امکان پایدار بودن کرمچالهها بدون این مادهی عجیب هست.
منحنیهای زمانی بسته
نظریه نسبیت عام اجازهی وجود ساختارهایی را که در آنها زمان به شکل یک حلقهی بسته درآید، میدهد. در چنین «منحنیهای زمانمانند بسته» (Closed Timelike Curve) یک ناظر میتواند به نقطهای در گذشته بازگردد. مثالهای نظری مانند سیلندر تیپلر از جمله این ساختارها هستند، اما وجود آنها در طبیعت تأیید نشده است.
طرحی از منحنی بسته زمانی (Closed Timelike Curve)
طرحی از CTC
در مدل مشابه دیگر فیزیکدان نظری «آموس اوری» (Amos Ori) یک خلاء دونات-شکل را که توسط کُرهای از ماده معمولی دربر گرفته شده است، به عنوان ماشین زمان ساخته شده از خمیدگی فضا-زمان پیشنهاد داده است. به گفتهی او اگر منطقهای با چنین انحنایی در فضا بسازیم که خطوط زمانی بتوانند روی خودشان بسته شوند، ممکن است نسلهای آینده بتوانند برای بازدید از زمان ما، به عقب بازگردند.
اما در مورد ماشین زمان اوری هم چند چالش وجود دارد. نخست اینکه بازدیدکنندگان گذشته نمیتوانند به زمانهای پیش از اختراع و ساخت دونات زمانی سفر کنند و مورد دوم و مهمتر اینکه اختراع و ساخت این ماشین به توانایی ما در دستکاری دلخواه میدانهای گرانشی بستگی دارد که هرچند از نظر تئوری ممکن است اما فراتر از فناوری در دسترس ماست.
نظریه استوانه بینهایت
ستارهشناس «فرانک تیپلر» (Frank Tipler) سازوکاری را که گاهی به عنوان «استوانه تیپلر» هم شناخته میشود، پیشنهاد کرده است. در این روش میتوان مادهای با جرم 10 برابر خورشید را به شکل یک استوانهی بسیار طولانی اما بسیار چگال درآورد. چیزی که تحت عنوان «سیاهچالهی اسپاگتی شده» توصیف میشود.
استوانه تیپلر
طرحی گرافیکی از استوانه تیپلر
Credit: What If
پس از چرخاندن این اسپاگتیِ سیاهچالهای تا چند میلیارد دور در دقیقه، یک فضاپیما در نزدیکی آن با دنبال کردن یک مارپیچ بسیار دقیق در اطراف استوانه میتواند بر روی یک منحنی زمانسان بسته، به گذشته سفر کند. اما مشکل اصلی این است که برای واقعی شدن استوانه تیپلر، باید بینهایت طولانی باشد یا از نوع ناشناختهای از ماده ساخته شده باشد. بنابراین حداقل برای آیندهای قابل پیشبینی، پاستای سیاهچالهای بیپایان فراتر از فناوری بشر است.
در حالی که به نظر میرسد بر اساس نظریههای اینشتین سفر در زمان دشوار است، راهکارهای دیگر از آن فراتر میروند اما یک نقص عمدهی دیگر هم دارند: هنوز هیچ راهی وجود ندارد که شخصی از کشش و رانش گرانشی شدیدی که این راهکارها به آن نیاز دارند جان سالم به در ببرد.
تناقضهای زمانی
همانطور که اشاره شد، سفر به گذشته با چالشهای منطقی مواجه است و باعث ایجاد پارادوکسهایی میشود که در اینجا به برخی از آنها اشاره میکنیم.
پارادوکس پدربزرگ
معروفترین تناقض، پارادوکس پدربزرگ است. اگر فردی به گذشته برود و مانع از تولد پدربزرگش شود، پس خودش هم هرگز به دنیا نمیآید که بتواند به گذشته برگردد. برای حل این مسئله، اصل خودسازگاری نوفیکوف مطرح شده که میگوید وقایع گذشته به گونهای رقم میخورند که هیچگونه تناقضی رخ ندهد؛ یعنی اگر اقدامی (مانند از بین بردن پدربزرگ) امکانپذیر نیست، پس احتمال وقوع آن صفر است.
میهمانی هاوکینگ
«استیون هاوکینگ» (Stephen Hawking) فیزیکدان مشهور، با برگزاری یک مهمانی شام که در آن دعوتنامههایی با ذکر تاریخ، زمان و مختصات تا پس از وقوع آن ارسال نمیشد، امکان سفر در زمان را آزمایش کرد. او امیدوار بود که دعوتنامهاش توسط کسی که در آینده زندگی میکند و توانایی سفر در زمان را دارد، خوانده شود. اما هیچ کس حاضر نشد.
همانطور که استیون هاوکینگ در کتاب «سیاهچالهها و جهانهای نوزاد» در سال 1994 اشاره کرده است، احتمالا بهترین مدرک برای اینکه سفر در زمان امکانپذیر نیست و هرگز نخواهد بود، این است که انبوهی از مسافران از آینده به ما هجوم نیاوردهاند.
دیدگاه فیزیک کوانتوم
در فیزیک کوانتومی هم ایدههایی جذاب اما بسیار تئوری دربارهی سفر در زمان مطرح شده است. در مکانیک کوانتومی، منحنیهای زمان-مانند بسته را میتوان به گونهای مدیریت کرد که از پارادوکسهای کلاسیک جلوگیری کند. از جمله این موارد میتوان به ماتریسهای چگالی، پسگزینش یا جهانهای موازی اشاره کرد.
همچنین «اثر کازیمیر» (Casimir Effect) به عنوان یک پدیدهی کوانتومی واقعی که میان دو صفحهی نزدیک به هم انرژی منفی تولید میکند، به عنوان یک منبع بالقوهی هرچند کوچک از انرژی عجیب مورد نیاز برای تثبیت ماشینهای زمان مانند کرمچالهها، مطرح شده است. با این وجود در حالی که مکانیک کوانتومی امکان بررسیهای ریاضی سازگار از سفر در زمان را با استفاده از نظریههای مختلف فراهم میکند، این موارد همچنان در سطح تئوری باقی میمانند و هیچ مدرک تجربی از پیمایش زمانی واقعی برای اشیاء ماکروسکوپی پشتیبانی نمیکند.
سفر در زمان و فرهنگ عامه
سفر در زمان همیشه جایگاه مهمی در داستانهای علمی-تخیلی داشته است. از زمان اشعار حماسی «مهاباراتا» که حدود 500 سال پیش از میلاد مسیح سروده شده است، یا شاهنامه که به آگاهی از آینده در خواب اشاره دارد، انسانها فراتر رفتن از قید زمان را در سر میپروراندهاند. به عبارتی میتوان گفت که هر اثر داستانی سفر در زمان، نسخهی خاص خود را از فضا-زمان خلق میکند و برای رسیدن به الزامات طرح خود، یک یا چند مانع و پارادوکس علمی را نادیده میگیرد.
برخی داستانها مانند فیلم «میانستارهای» اشارههایی به پژوهشها و فیزیک هم دارند. از جمله شخصیت این فیلم چند ساعت را در سیارهای که به دور یک سیاهچالهی غولپیکر میچرخد، میگذراند، اما به دلیل «اتساع زمان» (Time Dialation) این ساعتها برای ساکنان زمین به صورت چند دهه گذشته است.
فیلمهای شبیه تلماسه: بخش دو میانستارهای
صحنهای از فیلم میانستارهای
برخی دیگر مانند سریال تلویزیونی «دکتر هو» (Doctor Who) رویکرد عجیبتری دارند. در این سریال یک «ارباب زمان» فرازمینی نشان داده شده است که در یک سفینهی فضایی سفر میکند. برنامههای قدیمی مانند «پیشتازان فضا» (Star Trek) و جهانهای کمیک مانند دیسی و مارول هم بارها به ایدهی سفر در زمان پرداختهاند.
در مجموع میتوان گفت که سفر در زمان مفهومی است که همیشه در فرهنگ عامه از کتابها و طراحیها گرفته تا فیلمها و نمایشها مورد توجه بوده و خواهد بود.
جمعبندی
با درک فعلی ما از جهان سفر در زمان امکانپذیر است. اما در حال حاضر هرچند بسیار نامحسوس، تنها میتوانیم به آینده سفر کنیم، که ارتباطی به تلهپورت یا موارد جادویی ندارد، بلکه به تجربهی زمان به شکلی متفاوت مرتبط است. سفر به گذشته اما شاید کاملا غیرممکن باشد. تنها راه گریز باقی مانده این است که نظریههایی که این موضوع بر اساس آنهاست، ناقص باشند.
در این زمینه دو مفهوم اساسی نسبیت و مکانیک کوانتومی نقش پررنگی دارند. دو مفهومی که هرچند به صورت جداگانه برای جنبههای خاصی از کیهان بسیار خوب عمل میکنند، اما با هم سازگار نیستند. این نشان میدهد که ما به یک نظریهی عمیقتر نیاز داریم که این دو را متحد و درک تازهای ایجاد کند که شاید در آینده، افقهای تازهای را برای سفر در زمان بگشاید.
آنچه اکنون میدانیم این است که سفر در زمان هنوز در مرز میان علم و تخیل قرار دارد و همچنان الهامبخش فیزیکدانان، ریاضیدانان، نویسندگان و فیلمسازان است؛ اما شاید روزی فراتر از فرضیه و تخیل به واقعیت تبدیل شود. حالا شاید زمان آن رسیده باشد که با دید جامعتری این مقاله را از ابتدا مرور نمایید و به این فکر کنید که آیا میتوانید زمان را در کنترل خود درآورید؟
عکس کاور: طرحی از سفر در زمان
Credit: DKosig, Getty
منبع: خبرآنلاین