امکان مسافرت در زمان

گاهی اظهار می شود که امکان مسافرت به زمانهای ماقبل و مابعد وجود دارد. در صورت انجام چنین مسافرتهایی اتفاقات عجیبی رخ می دهد ، مثلا ً نوه می تواند پدر بزرگ خود را در ایام جوانی او ملاقات نماید و در سرنوشت بعدی او تغییر بوجود آورد. در این مقاله سعی بر آنست که این موضوع را از نظر علم فیزیک مورد بررسی قرار دهیم و ببینیم امکان چنین اتفاقی از نظر علم مدرن چگونه است و چنین اتفاقی آیا امکان پذیر است ؟

قبل از نظریه نسبیت خاص ، زمان یک ماهیت مطلق داشت. زمان ِ یک واقعه ـ و به دنبال آن ترتیب زمانی واقعه ـ برای تمامی ناظران یکسان بود ، بعد از تکمیل نظریه نسبیت ؛ زمان ماهیت مطلق خود را از دست می دهد. زمانهای مشاهده شده توسط ناظرهایی که نسبت به همدیگر در حال حرکت هستند بر هم منطبق نیستند. اما همه ناظرین در مورد ترتیب وقایع توافق خواهند داشت. اگر بپذیریم که امکان سرعتهای بالاتر از سرعت نور نیز وجود دارد ، در اینصورت تعدادی از ناظرین چنان مشاهده می کنند که واقعه ای قبل از دیگری اتفاق می افتد ، تعدادی آنها را همزمان درک می کنند و دسته سومی ممکن است ترتیب آنها را معکوس دریابند. ترتیب زمانی موقعی تغییر ناپذیر است که فقط وقایع توسط سیگنالهایی که با سرعتی کمتر یا مساوی با سرعت نور سیر می کنند به هم مرتبط شده باشند.

بر طبق نظریه نسبیت خاص اینشتین اگر شخص با سرعت معینی حرکت کند ، زمانی را که احساس می کند کمتر از شخصی است که ساکن مانده است. به گونه ای که هر چه سرعت حرکت بیشتر باشد ، کند شدن زمان نیز بیشتر خواهد شد تا لحظه ای که سرعت شخص به سرعت نور نزدیک یا برابر آن شود که در این صورت زمان تقریبا ً متوقف خواهد شد ؛ و این تصور به وجود می آید که آیا بازگشت به زمانهای ماقبل امکان پذیر است ؟ توجیه این مسئله بر طبق نظریه نسبیت خاص کار مشکلی است ، چرا که طبق این نظریه ذرات نمی توانند سریعتر از نور حرکت کنند ، در نتیجه نمی توان پس از یک مسافرت سریع به زمانی ماقبل به زمان مبدا حرکت بازگشت. پس مسافرت در زمان در چارچوب نسبیت خاص قابل توجیه نیست. واما با توسل به نظریه نسبیت عام که تعمیم یافته نظریه نسبیت خاص به حرکتهای شتابدار منجمله حرکت در میدانهای گرانشی که در آنها شتاب جاذبه بر اجسام اثر می کند می توان توضیح بهتری داد. مطابق نظریه نسبیت عام قوانین حاکم بر حرکت شتابدار متفاوت از قوانین حاکم بر حرکت یکنواخت و یا بدون شتاب است و اجسامی که تحت نفوذ منفرد یک میدان گرانشی قرار دارند شتابی پیدا می کنند که به هیچ وجه به جنس فیزیکی آن اجسام بستگی ندارد ، در این نظریه خواص هندسی فضا مستقل از ماده نبوده و به وسیله آن تعیین می شود. بدین ترتیب فقط موقعی می توان در مورد ساختار هندسی فضا به نتیجه رسید که وضعیت ماده آن برای ما شناخته شده باشد. به تجربه می دانیم که اگر دستگاه مختصات مناسبی اختیار کنیم سرعت ستارگان در مقایسه با سرعت انتقال نور کوچک می باشد ؛ پس اگر ماده را ساکن فرض کنیم می توانیم به تقریبی (نه چندان نزدیک به واقعیت) در باب ماهیت جهان بعنوان یک کل به نتیجه ای برسیم.

طبق نظریه نسبیت عام طول و زمان تحت تاثیر و نفوذ میدانهای جاذبه ای قرار می گیرند ، و اندازه این نفوذ با تونزیع ماده مطابقت دارد. اگر قرار براین باشد که در جهان چگالی متوسطی از ماده داشته باشیم که این چگالی صفر نباشد ، هر چقدر هم که این چگالی کم باشد ، دیگر جهان نمی تواند شبه اقلیدسی باشد. برعکس ، نتایج محاسبات دلالت بر این دارد که اگر ماده بطور یکنواخت توزیع شده باشد ، جهان می باید لزوما ً کروی (یا بیضوی) باشد. اما چون عملا ً توزیع ماده یکنواخت نیست ، جهان واقعی در تک تک اجزایش از کروی بودن منحرف می گردد. یعنی جهان شبه کروی می گردد. ولی لزوما ً باید دارای نهایتی باشد. در واقع این نظریه اتصال و ارتباط ساده بین انبساط فضای جهان و چگالی متوسط ماده دورن آنرا برای ما بیان می دارد. (در چنین فضای هندسه حاکم برجهان دیگر کوتاهترین مسیر مابین دونقطه نمی تواند یک خط راست باشد.) برای مسافرت در خلال زمان باید تونل یا حفره ای ایجاد کرد که نواحی جدا افتاده از نظر زمان وفضا را بهم ربط دهد. عبور از این حفره به ما این اجازه را میدهد که به گذشته سفر نماییم. اما آیا ایجاد حفره ای با ابعاد ماکروسکوپی که انسان یا سفینه بتواند از آن عبور کند ، امکان پذیر است ؟ به اعتقاد برخی فیزیکدانان تئوری ، مانند استیون هاوکینگ حتی با وجود چنین حفره ای قوانین طبیعت به ما اجازه نمی دهند آنرا تبدیل به ماشین زمان نموده و در خلال زمان مسافرت نماییم. زیرا این عمل موجب آشفتگی در تاریخ می شود و مثلا ً نوه می تواند سرنوشت بعدی پدربزرگ و نسل او را تغییر دهد. اما این در حد یک حدس و گمان است و اثبات نشده است. ولی اگر خمیدگی فضا وزمان را در نظر بگیریم با استفاده از نسبیت عام ، ذرات می توانند در مسرهایی طی طریق نمایند که آنها را به زمانهای قبل پیوند دهد.

آیا نواحی از فضا ـ زمان که اجازه سفر در خلال زمان را بدهند وجود دارد ؟

فضا ـ زمان از حفره میکروسکوپیک یا ماشین های زمانی میکروسکوپیک پر شده است. بر اساس مکانیک کوانتومی برای ایجاد ماشین زمانی انرژی منفی مورد نیاز است. و اما برای ایجاد حرفه های ماکروسکوپیک نبروهای بزرگی لازم است.

حال با توجه به تئوریهای فیزیکی جاری ، آیا برای انسان ممکن است در خلال زمان سفر نماید؟

همانطور که اشاره شد ، بر طبق نظریه های فیزیکی جدید مسیرهایی برای ذرات وجود دارد که به آنها امکان بازگشت به زمانهای ماقبل را می دهد. «پس چرا به نظر می رسد که هیچ ماشین زمانی وجود ندارد ؟» اولین جواب آنست که تئوری کلاسیک یا تئوری کامل را برای جاذبه و فضا ـ زمان تقریب نمی زند. اما دومین جواب بر اساس نتایج اخیر که موسوم به بازدارنده ترتیب زمانی هستند ، عبارتست از اینکه : جاذبه کوانتومی فقط به ساختارهای میکروسکوپی اجازه میدهد تا از اصل علت و معلولی تخلف نمایند ، و میتوان نشان داد که ماهیت ماکروسکوپیک ماده وجود نواحی با حلقه های زمانی ماکروسکوپیک را منع می کند ، برای ایجاد ماشین زمان انرژی منفی مورد نیاز است ، و مکانیک کوانتومی به نظر می رسد فقط به نواحی فوق العاده کوچک اجازه داشتن انرژی منفی را می دهد. و نیروهای مورد نیاز برای ایجاد نواحی با اندازه متعارف با حلقه های زمانی می بایستی فوق العاده بزرگ بزرگ باشند.

نتیجه آنکه : قوانین فیزیک ماشینهای ماکروسکوپیک را رد می کند ، ولی فضا ـ زمان با حلقه های زمانی میکروسکوپیک پر شده است.

چگونه میتوان ماشین زمان ساخت ؟

ساده ترین طریقی که امروزه در مورد آن صحبت می شود این است که حفره ای (تونلی که نواحی جدا افتاده فضا ـ زمان را به طور تصادفی به یکدیگر پیوند دهد) ایجاد نموده و با استفادها ز سرعت نور ، یک سر این حفره را به سر دیگر آن پیوند زد. عبور از این حفره به ما اجازه خواهد داد تا به گذشته سفر کنیم. هر چند در دهه گذشته خصوصیات تئوریکی چنین حفره هایی به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند ، اما اطلاعات کمی در مورد اینکه چگونه میتوان حفره ای ماکروسکوپیک با وسعتی که انسان یا سفینه ای فضایی از آن بتواند عبور کند ساخت ، به دست آمده است. هر چند نظریه های متقارن جاذبه کوانتومی بیان می کند که فضا ـ زمان ساختاری پیچیده و متخلخل با حفره هایی به ابعاد 10^-33 سانتیمتر ، یعنی چندین میلیارد مرتبه کوچکتر از الکترون دارند. بعضی از فیزیکدانان معتقدند شاید بتوان یکی از این حفره های واقعا ً میکروسکوپیک را گرفته و آنرا تا یک اندازه قابل استفاده بزرگ نمود ، اما در حال حاضر این اظهار نظرها تخیلی اند.

حتی اگر یکی از این حفره ها را داشته باشیم ، آیا طبیعت اجازه تبدیل آنرا به یک ماشین زمان می دهد ؟

یک حدس که به «ترتیب زمانی بازدارنده» موسوم است ، بیان می کند که قوانین طبیعت از ایجاد ماشین زمان جلوگیری می کنند. فیزیکدانان جنبه های مختلفی از فیزیک را مورد مطالعه قرار داده اند تا دریابند که چطور این قانون «ترتیب زمانی بازدارنده» می تواند مانع ساختن یک ماشین زمان شود. اما در تمامی این تحقیقات فقط یک بخش فوق العاده کوچکی از فیزیک را دریافته اند که ممکن است استفاده از حفره ها را برای سفر در زمان منع کند. معلوم شده است که اگر ماشین زمان شروع به کار نماید ممکن است انرژی در حالت خلاء یک میدان کوانتیزه بدون جرم بدون حد افزایش یابد ، و در نتیجه استفاده از آن را نا ممکن می کند.

مطالعات اخیر نشان داده اند چگونگی تغییر سریع هندسه فضا ـ زمان در اثر افزایش انرژی د رجلوگیری از عمل ماشین زمان ، چندان روشن نیست. همینطور نشان داده شده که انرژی در حالت خلاء یک میدان دارای جرم به طور نامحدود افزایش نمی یابد. این یافته ها نشان میدهند احتمالا ً راهی برای بکار انداختن ماشین زمان با مهندسی فیزیک ذرات وجود داشته باشد. شاید اعجاب انگیزترین قسمت تحقیقات دهه اخیر آن باشد که هنوز روشن نیست قوانین فیزیک سفر زمانی را منع می کنند ، یا نه ؟ به طور روز افزونی روشن شده است که ممکن است این سئوال همچنان باقی بماند تا اینکه دانشمندان یک نظریه جامع کوانتومی را تکمیل کنند. براساس مطالعات نجومی ، اغلب اظهار نظر می شود که دو نقطه بسیار دور از هم سریعتراز سرعت نور از همدیگر فاصله می گیرند. آیا این موضوع مغایرتی با اظهارات فوق ندارد ؟ گذر زمان در چنین موردی چگونه است ؟

جهان انبساط یابنده بایستی در چهار چوب تئوری نسبیت عام مورد بررسی قرار گیرد. در نسبیت عام حرکت نسبت به سرعت نور به طور موضعی تعریف شده است. فاصله مابین دونقطه دور از هم را می توان به عنوان نتیجه ای از انبساط فضا ـ زمان در هم فرو رفته ، سریعتر از نور افزایش داد. هیچ چیز نمی تواند از فضا سریعتر از سرعت نور عبور کند ، اما فضا خودش می تواند اشیایی را سریعتر از سرعت نور حمل کند. مطابق نسبیت خاص ، ذرات نمی توانند سریعتر از نور حرکت نمایند ، این موضوع موجب می شود که نتوان پس از یک مسافرت بسیار سریع به زمانی قبل از زمان مبدا حرکت بازگشت. اما اگر جاذبه را نیز در نظر بگیریم ، آنگاه فضا ـ زمان انحنا خواهد داشت ، بنابراین جوابهایی برای معادلات نسبیت عام بوجود می آیند که بر طبق آنها ذرات می توانند در مسیرهایی طی طریق نمایند که آنها را به زمانهای ماقبل بازگرداند. جنبه های دیگر هندسه هایی که معادلات نسبیت عام را حل می کنند منجر به لنزهای جاذبه ای ، امواج جاذبه ای و سیاهچاله ها می شوند. کشف انفجارهای بزرگ در ستاره شناسی ناحیه رادیویی و اشعه ایکس در خلال دو دهه گذشته منجر به رصد لنزهایی جاذبه ای ، امواج جاذبه ای شده اند ، و همینطور شواهد آشکاری که وجود سیاهچاله های عظیم الجثه در مراکز کهکشانها و سیاهچاله هایی در اندازه ستاره ایی که از فروریختن ستاره های در حال مرگ به وجود می آیند ، به دست داده است. اما به نظر نمی رسد نواحی از فضا ـ زمان که اجازه سفر زمانی را می دهد ، وجود داشته باشد. سئوال اساسی که به ذهن می رسد این است که چه عاملی مانع آنهاست ؟ و یا اینکه آیا واقعا ً  چنین چیزی امکان پذیر است ؟

منبع : www.scientificAmerican.com

امتیاز شما به این مطلب