آیا زمان وجود دارد یا یک توهم است؟

با گذشت چندین قرن‌ هنوز هم معمای زمان، حل نشده و همچنان برای فلاسفه، دانشمندان و فیزیکدانان درک آن چالش‌برانگیز است، اما جالب‌تر آنکه برخی از دانشمندان مطمئن نیستند که آیا زمان وجود دارد یا نه. تنها چیزی که واقعی به نظر می‌رسد و هر لحظه تجربه می‌کنیم زمان حال است. زمانی که به چشم به هم‌زدنی به صندوق عدم می‌رود و به گذشته تبدیل می‌شود. برای شما و من زمان فقط در جهت رو به جلو حرکت می‌کند که به «پیکان زمان» معروف است، در واقع چیزی به نام زمان وجود ندارد و ساخته آکاهی ذهن ما است. با گجت نیوز همراه شوید.

ما توسط زمان تغییراتی را که به طور پیوسته در جهان اتفاق می‌افتد ردیابی می‌کنیم. زمان ناشی از پویایی جهان می‌باشد یا می‌توان گفت، که پویایی امکان‌پذیر است، چرا که زمان وجود دارد. در واقع می‌توان گفت که زمان بایست ابداع شده باشد تا فضا و مکان ساخته شود و همه چیز در یک موقعیت اتفاق نیفتد! منظور ما از زمان مجموعه‌ای از تغییرات و حوادثی است که به وقوع می‌پیوندد. از رویدادهایی که به صورت دوره‌ای رخ می‌دهند، مانند طلوع و غروب آفتاب، چرخش زمین به دور خورشید برای درجه‌بندی و اندازه‌‌گیری زمان استفاده می‌شود. ساعتهای ما برای پیگیری زمان با این رویدادها که به صورت دوره‌ای تکرار می‌شوند هماهنگ شده است. پس می‌توان گفت که زمان را تنها با تغییراتی که در جهان مادی رخ می‌دهد حس می‌کنیم و می‌فهمیم. به بیان ساده‌تر، زمان تغییر است.

توهم زمان

مشکل زمان تقریبا از یک قرن قبل آغاز شد، وقتی نظریه‌های نسبیت خاص و نسبیت عاماینشتین، تصور معمول از زمان را به عنوان یک ثابت جهانی درهم ریخت. یکی از پیامدهایش آن بود که گذشته، حال و‌ آینده مطلق نیستند. نظریه‌های اینشتین همچنین چالشی جدی در فیزیک به‌وجود آورد، زیرا قوانین نسبیت عام (که گرانش و ساختار بزرگ مقیاس جهان را توصیف می‌کند) با قوانین فیزیک کوانتومی (که بر جهان خرد حکومت می‌کند) ناسازگار به‌نظر می‌رسد.

حدود چهار دهه پیش دو فیزیکدان مشهور یعنی جان ویلر که در آن زمان در دانشگاه پرینستون بود و برایس دویت از دانشگاه کارولینای‌شمالی، معادله‌ای عجیب و خارق‌العاده ارائه دادند که چارچوبی ممکن برای سازگاری بخشیدن به نسبیت و مکانیک کوانتومی فراهم می‌کرد. اما معادله ویلر-دویت همواره مناقشه‌برانگیز بوده است، زیرا به سهم خودش پیچیدگی عجیب‌تری از فهم ما نسبت به زمان به نظریه نسبیت اضافه کرده است. کارلو روولی، فیزیکدانی از دانشگاه مارسی در فرانسه می‌گوید: زمان ناگهان از معادله ویلر-دویت ناپدید می‌شود و این موضوعی است که برای بسیاری از نظریه‌پردازان معما شده است.

شاید بهترین راه برای فکر کردن درباره واقعیت کوانتومی کنار گذاشتن زمان باشد. به این ترتیب توصیف بنیادی از جهان باید بی‌زمان باشد. تا به حال هیچ‌کس در استفاده از معادله ویلر-دویت برای یکی‌کردن نظریه کوانتوم و نسبیت عام موفق نشده است. با این حال اقلیت قابل‌توجهی از فیزیکدان‌ها شامل روولی معتقدند هر نظریه موفقی از تلفیق دو شاهکار فیزیک قرن بیستم نهایتا جهانی را توصیف خواهد کرد که در آن زمان به‌طور اجتناب‌ناپذیری وجود ندارد.

فیزیکدان و فیلسوف دانشگاه آکسفورد «جولیان باربور» در کتاب خود «پایان زمان» که در سال ۱۹۹۹ انتشار یافت، پاسخ جالبی را برای این معما مطرح کرده است. بنا به اعتقاد او، تمام جهان را می‌توان به مانند فریم‌های فیلم سینمایی تشبیه کرد. همانطور که در کل فریم‌های یک فیلم چیزی بنام زمان وجود ندارد در تمام کیهان هم مفهومی به نام زمان وجود ندارد و جهان همیشه مثل فریم‌های فیلم سینمایی کیهانی فقط در زمان حال حضور دارد. یعنی به جای مفهوم زمان، تغییرات جهان را می‌توان صرفا با مجموعه‌ای از لحظات زمان حال کیهان وصف کرد.

کارلو روولی «carlo rovelli» فیزیکدان ایتالیایی

فیزیکدان ایتالیایی «کارلو روولی» می‌گوید: گرچه ما در ظاهر تغییر زمان را حس می‌کنیم، اما این حس درواقع توهمی بیش نیست. روولی به همراه آلن کان، ریاضیدان مشهور فرانسوی تلاش می‌کنند تا بطور دقیق‌تر چگونگی حقیقت بی زمان، که می‌تواند تصور گذشت زمان را برای ما به وجود آورد را، درک کند. طبق ایده‌ی آنها که «زمان گرمایی» نام گرفته است، همانطور که دما نتیجه‌ی رفتار آماری توده‌ی عظیمی از مولکول‌هاست، زمان نتیجه‌ی رفتار آماری جهان است.

البته برای آنکه بتوان فرضیه‌ی زمان گرمایی را روی کل جهان اعمال کرد، لازم است ابتدا نظریه‌ی کوانتومی گرانش را در اختیار داشته باشیم؛ نظریه‌ای که به رغم تلاش گسترده فیزیکدانان هنوز حاصل نشده است. با این وجود، همین که یک مدل ساده از تابش پس زمینه‌ی کیهانی هم توانسته براساس فرضیه زمان گرمایی به نتایج واقعی بیانجامد، بسیار امید‌بخش است. روولی می‌گوید: در نظریه‌ی گرانش کوانتومی، مفهوم زمان اساسا نقش می‌بازد. همین نکته همواره یکی از مسائل اساسی مطرح در ارتباط با این نظریه بوده است، اکنون ما مدل ساده خود را براساس فرضیه زمان گرمایی عملا نشان داده‌ایم که در حین اینکه مفهوم زمان در آن جایی ندارد، اما در عین حال می‌تواند رفتار جهانی شبیه جهان ما را بخوبی توصیف کند.

آنچه بعد زمان را منحصر‌به‌فرد می‌کند این است که در این بعد شما تنها می‌توانید به جلو سفر کنید. این امر پیامدهای عمیقی با خود دارد. این قضیه از قانون علیت، که در واقع همان قانون علت و معلول است، حمایت می‌کند. بدین ترتیب علت قبل از معلول به وقوع می‌پیوندد و این اتفاق برعکس نمی‌افتد. این برگشت‌ناپذیری زمان از مفهوم آنتروپی ناشی شده است. اگر علم ترمودینامیک را مطالعه کرده باشید به این قانون برخواهید خورد که آنتروپی یا اختلال در جهان همواره افزایش می‌یابد، و هرگز نمی‌توان آن را کاهش داد. می‌توانید قانون آنتروپی را تنها با مشاهده ماهیت غیر قابل‌ برگشت پدیده‌های طبیعی درک کنید. به این معنا که اگر فنجانی بیفتد و بشکند هرگز نمی‌توان همه اتم‌های آن را دو باره سرجای خود قرار داد و آن را به همان شرایط قبلی برگرداند.

در هر نظامی همواره بی‌نظمی افزایش می‌یابد. افزایش آنتروپی یک طرفه است، درست مثل زمان که یک طرفه است. بنابراین تصادفی نیست که پیکان ترمودینامیکی زمان و پیکان گذر زمان در یک جهت هستند و هر دو قانون علیت را حمایت می‌کنند. در نتیجه عقب بردن زمان و سفر به گذشته غیر ممکن است چرا که با قانون علیت و آنتروپی مطابقت نداشته و آنها را نقض می‌کند. با این وجود نسبیت خاص امکان سفر در زمان را در آینده محتمل می‌داند.

پیکان زمان بیشتر به جهت زمان می‌پردازد به اعتقاد بسیار از دانشمندان وقتی ذرات ریز یا یکدیگر برخورد کرده و واکنش می‌دهند که رفتارهای آنها قابل توجیه با فیزیک کلاسیک باشد، زمان شکل می‌گیرد. کل عالم و تمام اجزای آن نمی‌توانند توسط گرانش فقط در جهت گذشته، آینده و حال دنبال شوند. این به یکی از بزرگ‌ترین مشکلات فیزیک یعنی ایجاد ارتباط بین مکانیک کوانتوم و کلاسیک برمی‌گردد. در مکانیک کوانتوم ذره‌ها می‌توانند برهم‌نهی داشته باشند. یعنی یک الکترون می‌تواند در لحظه‌، در یکی از دو مکان‌ها قرار داشته باشد، و هیچ‌کس نمی‌تواند بگوید در کدام مکان قرار دارد تا اینکه الکترون مشاهده شود.

همانطور که روولی توضیح می‌دهد، در مکانیک کوانتومی تمام ذرات ماده و همچنین انرژی را می‌توان به صورت موج توصیف کرد. موج نیز یک ویژگی غیرعادی دارد، تعداد نامحدودی از آن می‌تواند در یک مکان وجود داشته باشد. اگر روزی نشان داده شود که زمان و مکان از کوانتا تشکیل یافته‌اند، تمام آنها می‌توانند در یک نقطه بدون بعد روی هم تلنبار شوند.

روولی می‌گوید:

به معنایی فضا و زمان در این تصویر ذوب می‌شوند. دیگر فضا وجود ندارد، تنها کوانتاهایی وجود دارند که روی کوانتاهای دیگر بدون اینکه در فضا غرق شوند. روولی به همراه یکی از مهمترین ریاضیدانان دنیا یعنی آلن کونس از کالج فرانسه در پاریس روی این موضوع کار کرده است.

آنها همراه هم چارچوبی را ارائه داده‌اند که نشان می‌دهد، چگونه آنچه ما به عنوان زمان تجربه می‌کنیم ممکن است از یک واقعیت بی‌زمان و بنیادی‌تر ظهور یافته باشد. همان‌گونه که روولی توصیف می‌کند، زمان احتمالا یک مفهوم تقریبی است که در ابعاد بزرگ ظاهر می‌شود. کمی شبیه مفهوم سطح آب که از لحاظ ماکروسکوپی معنا دارد اما در ابعاد اتمی معنای خود را از دست می‌دهد.

روولی با فهمیدن اینکه توضیحاتش ممکن است راز زمان را عمیق‌تر کند، می‌گوید:

بیشتر دانش فعلی ما روزی گیج‌کننده به نظر می‌رسید. من فهمیده‌ام که این تصویر مشهودی نیست. اما این موضوع فیزیک بنیادی است یافتن روش‌های جدید فکر کردن درباره جهان و دیدن اینکه آیا این روش‌ها کار می‌کنند یا نه. من فکر می‌کنم وقتی گالیله گفت زمین می‌چرخد، به همین شکل غیرقابل فهم بود. فضا برای کوپرنیک شبیه فضا برای نیوتن نبود و فضا برای نیوتن مانند فضا برای اینشتین نبود. ما همیشه کمی بیشتر می‌آموزیم.

روولی احساس می‌کند که یک انقلاب دیگر در مفهوم زمان به همین زودی اتفاق می‌افتد. وقتی مقاله ۱۹۰۵ اینشتین منتشر شد، تفکر مردم درباره فضا-زمان را تغییر داد. ما دوباره در آستانه‌ واقعه‌ای شبیه آن هستیم. وقتی گردوخاک‌ها فرو نشینند، زمان هرچه که باشد می‌تواند حتی عجیب‌تر و وهم‌انگیزتر از چیزی باشد که اینشتین می‌توانست تصور کند.