ه‍.ش. ۱۳۹۵ فروردین ۲۹, یکشنبه

حقایق شگفت‌انگیز در مورد زمان

برگردان از: محسن کرمی

حقایق شگفت‌انگیز در مورد زمان



حقایق شگفت‌انگیز در مورد زمان

حقایق شگفت‌انگیز در مورد زمان

زمان بر زندگی ما حکم‌رانی می‌کند و همه‌ی ما آرزو داریم که زمان بیشتری داشتیم. کسب و کارها به‌واسطه‌ی آن پول در می‌آورند و دانشمندان می‌توانند آن را با دقت حیرت‌انگیزی اندازه‌گیری کنند. اوایل سال ۲۰۱۳ پژوهشگران آمریکایی از یک ساعت اتمی دقیق با اختلافی کمتر از یک ثانیه از زمان بیگ‌بنگ[۱] در ۱۴ میلیارد سال پیش پرده‌برداری کردند.

ماهنامه‌ی دانشمند، شماره ٦٠۱

اما واقعا زمان چیست؟ با وجود آشنا بودنش، غیر قابل توصیف بودنش حتی بزرگ‌ترین متفکران را هم به مبارزه می‌طلبد. بیش از ۱٦۰۰ سال پیش، فیلسوف آگوستین۲از شهر هیپو۳شکست را با کلماتی که هنوز هم به گوش می‌رسند پذیرفت: «اگر هیچ کس از من نپرسد می‌دانم آن چیست، اما اگر بخواهم آن را برای کسی که بپرسد توضیح دهم، نمی‌دانم.» به باور فیزیک‌دان نظری لی اسمولین۴، زمان هنوز هم با این معمای کهنه دست به گریبان است، او می‌گوید: «درک کردن ماهیت زمان، مهم‌ترین مسئله روبروی دانش است.»

به‌عنوان یکی از بنیان‌گذاران موسسه پریمتر در فیزیک نظری۵در شهر انتاریو٦ی کانادا که متخصص کار با پرسش‌های بنیادین فیزیک هستم، پروفسور اسمولین از هر کسی بیشتر زمان صرف اندیشیدن روی پرسش‌های عمیق کرده است. اما چرا او فکر می‌کند که ماهیت زمان این‌قدر مهم است؟ اسمولین می‌گوید: «زیرا مرکز موفقیت ما در جستجو برای درک هستی است.» برای بیشتر مردم شبیه ذره‌ای که به‌وسیله باد رانده شده به نظر می‌آید زیرا هستی در تمام اشکال خود، از بیگ‌بنگ تا کباب یکشنبه۷به زمان وابسته است. آیا بدیهی نیست که ما باید زمان را جدی بگیریم؟ و نباید دانشمندان معماهای آن را قرن‌ها پیش طبقه‌بندی می‌کردند؟

برای یک شوک آماده باشید. دانشمندان به‌راستی با معنای زمان گلاویز شده و به یک نتیجه مبهوت کننده رسیده‌اند. آن‌ها اصرار می‌کنند که موفق‌ترین نظریه‌های فیزیک ثابت می‌کنند که زمان وجود ندارد. اما حالا اسمولین برای این دانشمندان خبرهایی دارد، او فکر می‌کند که آن‌ها به این سوق داده می‌شوند که هستی زمان را با مخلوطی از باورهای دیرینه و عمیق و ریاضیات مبهم همراه کنند. و در کتاب جدال‌آمیز تازه‌اش «تولد دوباره زمان۸» خطرات این پافشاری بی‌خردانه را گوشزد کرده و نوید پذیرفتن اهمیت بنیادی زمان را داد. اگر او درست بگوید، به این معنی است که زمان به جای آنکه بی‌ربط باشد، برای توضیح این‌که چطور دنیا کار می‌کند بسیار با اهمیت است و حتی مسئول وجود و هستی ماست. اسمولین در مورد چیزهایی که می‌گوید دچار توهم نشده است، او می‌گوید: «اینکه وضعیت علمی زمان یک توهم باشد، ترسناک است. »

او نمی‌گوید که قوانین نادرست هستند، فقط می‌گوید که دانشمندان اصول درست خود را نمی‌فهمند. او می‌گوید: «بر طبق دیدگاه استاندارد، هر چیزی که در جهان اتفاق می‌افتد به‌وسیله‌ی قوانین تعیین می‌شوند. قوانین قطعی هستند، آن‌ها با زمان تغییر نمی‌کنند.» این خاصیت قوانین است که آن‌ها را در پیش‌بینی آینده قدرتمند می‌سازد: موقعیت امروز زمین را در قانون گرانش وارد کنید و به شما محل دقیق موقعیت آن را در میلیون‌ها سال آینده را می‌دهد. قوانین هم‌چنین به‌نظر می‌رسد که ماهیت واقعی زمان را معلوم کرده‌اند. اسمولین می‌گوید: «آن‌ها پیشنهاد می‌کنند که گردش زمان فقط یک توهم مناسب است که می‌تواند با محاسبات جایگزین شود.»

به‌عبارت دیگر، زمان تنها یک حقه است که معادلات را به پاسخ‌های درست می‌رساند. فیزیک دانان با قدرت نامحدود ظاهری قوانین‌شان و مفهوم زمان در جستجوی ویژگی‌های همه چیز از جمله کیهان به‌طور کامل، با تمام بزرگی بی‌انتهایش هستند. اما زمان، و دوباره زمانی که آن‌ها در جستجوی آن هستند به مشکلات کشیده می‌شوند. بیش از ۳۰۰ سال پیش، آیزاک نیوتون۹کوشش کرد قانون جهانی گرانش خود را در سراسر کیهان به‌کار برد، تنها برای این‌که فروپاشی آن را زمانی که با مقادیر نامحدود فضا سر و کار دارد ببیند. یک قرن پیش، آلبرت انیشتین۱۰نظریه بسیار قدرتمند‌تر گرانش خود، نسبیت عام۱۱را برای کیهان به‌کار برد، اما در مقیاس‌های بزرگ (اجسام بسیار چگال) زمانی که انفجار بزرگ را تشریح می‌کرد، در هم شکست.

در نیمه سال ۱۹٦۰، نظریه‌پرداز آمریکایی جان ویلر۱۲و دستیار او برایس دویت۱۳تصمیم گرفتند که ببینند چه چیزی ممکن است از به‌کار بستن موفق‌ترین نظریه علمی – نظریه‌ی کوانتوم – در مورد کیهان بیرون آید. نظریه کوانتوم که بیش‌تر اوقات در دنیای زیر اتمی به‌کار می‌رود، حداقل در اصول می‌تواند روی هر چیزی به‌کار رود، حتی در مقیاس‌های بزرگ کیهانی. ویلر و دویت موفق به ارائه مجموعه معادلات ترسناکی شدند که بر طبق نظریه کوانتوم ماهیت واقعی جهان را تسخیر کرده است. اما معادله یک بینش تکان‌دهنده‌ی را تولید می‌کند. از تمام کمیت‌هایی که شامل می‌شود، یکی را که هر کسی انتظار داشت حضور داشته باشد به سادگی صفر شد: t برای زمان. اسمولین می‌گوید: «بر طبق معادله ویلر – دویت، حالت کوانتومی کیهان ثابت است. جهان کوانتومی جهانی بدون تغییر است.»

برابر کردن با واقعیت آشکار به‌سختی می‌تواند کامل‌تر باشد. ستاره‌شناسان اصرار دارند که جهان در بیگ‌بنگ آغاز شده و هنوز هم در حال انبساط است. ستاره‌ها دائماً در حال تولد و مرگ هستند – همراه با خودمان. واضح است که چیزی اشتباه است. بسیاری از نظریه‌پردازان در کوشش‌اند برای یافتن راه‌هایی برای بیرون کشیدن چیزی از دنیای بی‌انتهای تشریح شده به‌وسیله معادله ویلر - دویت که ما آن را به‌صورت زمان درک کرده‌ایم. اسمولین می‌گوید: «من این رویکرد را سنجیده‌ام و هم‌چنان معتقدم هیچ‌کدام کار نمی‌کند.» او معتقد است فقط یک بازبینی بنیادی در مورد زمان می‌تواند بحران را حل کند. اگر چه، همه این را قبول ندارند. برخی اصرار دارند که معادله ویلر – دویت واقعیت در مورد زمان را آشکار می‌کند – مهم نیست چقدر ناخوشایند، آن را می‌یابیم.

پیشرو آن‌ها فیزیک دان بریتانیایی دکتر جولیان باربور۱۴، استاد پروازی۱۵دانشگاه آکسفورد است. او دهه‌ها روی کشمکش با مفهوم معادله ویلر – دویت صرف کرده است و برای اثر بزرگش در سال ۱۹۹۹، «پایان زمان۱٦» شناخته شده است. بر عکس اسمولین، باربور اصرار دارد که مفهوم معادله ویلر – دویت برای زمان نمی‌تواند نادیده گرفته شود. او استدلال می‌کند که جهان واقعا یک آرایش ایستا و بی‌کران از «حالا‌ها» است: مانند فریم‌های یک حلقه فیلم کیهانی. در هر لحظه معین، یا «حالا»، زمان نیاز ندارد که توضیح دهد جهان چطور کار می‌کند. احساس گذر زمان از پردازش ذهنی ما از هر کدام از این فریم‌ها یا آن‌گونه که باربور آن‌ها را صدا می‌کند «کپسول‌های زمان» می‌آید، به‌هر حال خود زمان وجود ندارد.

اسمولین کوشش باربور را بسیار تحسین می‌کند و می‌گوید: «این بهترین اندیشه برای نزدیک‌شدن به فهم نظام کوانتومی است.» او حتی برخی از آخرین ایده‌های باربور را در کار خود وارد کرده است اما باور دارد که آن هم از همان عیب‌های دیگر نظریه‌های جهان بی‌انتها رنج می‌برد: او پیشنهاد می‌کند که پیش‌بینی‌های قابل آزمایش انجام دهیم و آن در درجه اول نمی‌تواند توضیح دهد که قوانین بی‌انتهای فیزیک از کجا آمده‌اند. اسمولین فکر می‌کند که می‌تواند تمام این‌ها و فراتر را انجام دهد و برای این کار ویژگی‌های یکی از شگفت‌انگیزترین اشیای دنیا را نام می‌برد: سیاه چاله‌ها. سیاه‌چاله‌ها از متلاشی‌شدن ستاره‌های غول پیکر تشکیل شده و به دلیل میدان گرانشی قدرتمندشان که حتی نور نمی‌تواند از آن‌ها بگریزد بدنام هستند. این‌که دقیقاً چه اتفاقی درون آن‌ها رخ می‌دهد دقیقاً معلوم نیست اما اشاره‌هایی جزیی از نظریه کوانتوم وجود دارد که مرکز سیاه‌چاله‌ها احتمالاً مکان تولد دنیاهایی کاملاً تازه با قوانین فیزیکی متفاوت است.

اسمولین اشاره کرد که اگر این درست باشد، نوعی کیهانی از انتخاب طبیعی داروینی می‌تواند اجرا شود، که رایج‌ترین دنیاها، مناسب‌ترین آن‌ها برای تولید سیاه‌چاله‌ها هستند، او می‌گوید: «و این می‌تواند در دنیای ما مورد آزمایش قرار گیرد. بعد از بی‌شمار تکامل کیهانی جاودان، دنیای ما از این پس باید با قوانین فیزیکی که برای تولید سیاه‌چاله‌ها مناسب هستند اداره شوند. بر طبق صحبت‌های اسمولین، فیزیک دانان نجومی می‌توانند بررسی کنند که آیا این واقعا درست است یا نه و نیز بررسی تاریخی که مدارک بر آن اشاره دارند. به هر حال قابل توجه‌ترین مدرک می‌تواند وجود ما باشد. سیاه‌چاله‌ها از مرگ ستاره‌های غول‌آسا در انفجارهای ابرنواختر۱۷ی به‌وجود می‌آیند، جالب توجه است که این‌ها دقیقاً همان ستاره‌هایی هستند که کربن، اکسیژن و دیگر عناصر مورد نیاز زندگی را تولید می‌کنند. اگر ستاره‌ی غول‌پیکری نباشد، هیچ جهانی که سیاه‌چاله‌ها را تولید کند نیست و نه هیچ استنتاج قانون فیزیکی و نه ما، هیچ‌یک.

بنابراین اسمولین اظهار می‌کند که وجود فعلی ما شاید مدرکی برای تکامل کیهانی باشد و چون تکامل فقط می‌تواند در طول زمان اتفاق بیافتد، درست است اگر اظهار کنیم که زمان واقعی است. آن یک خط استدلال شگفت‌آور برای واقعیت زمان است ولی همه را متقاعد نمی‌کند. پروفسور نظریه پرداز، کلاوس کیفر۱۸از دانشگاه کلن۱۹آلمان می‌گوید: «بدون اغراق، من این ایده‌ها را قمار می‌دانم.» او حتی در مورد نقطه آغاز استدلال اسمولین برای واقعیت زمان تردید دارد: به هیچ‌وجه هیچ مدرکی نیست که دنیاهای تازه درون سیاه‌چاله‌ها متولد می‌شوند.»

به‌هر حال چیزی که همه آن را قبول دارند این است که زمان واقعی به نظر می‌رسد و هیچ بحثی روی بی‌باکی استدلال‌های اسمولین نیست. اگر حق با او باشد، دنیای ما تنها آخرین دنیا در یک رشته‌ی بی‌پایان است. در طول زمان، در سراسر دنیاهای متوالی، قوانین فیزیک باید نقطه‌ای را که شرایط نه تنها برای تشکیل سیاه چاله‌ها – محل تولد دنیاهای تازه – بلکه برای کنده ساخت۲۰های حیات هم از جمله ما مناسب باشد را استنتاج کنند. به عبارت دیگر، زمان این اتفاق آشکاری را که دنیای ما ترکیبی از شرایط مناسب است که به ما اجازه وجود می‌دهد را توضیح می‌دهد. پس این‌که در مورد همه این‌ها حق با اسمولین است یا همان طور که بیش‌تر نظریه پردازان اصرار دارند زمان واقعا یک توهم است، فقط زمان به ما می‌گوید.


تاریخچه‌ای کوتاه از تغییر درک ما از زمان

۵۰۰ سال پیش از میلاد مسیح اولین فیلسوفان یونانی روی واقعیت گذر زمان بحث می‌کنند. هراکلیتوس اصرار می‌کند که بقا یک توهم است و همه چیز پیوسته در حال تغییر است، در مقابل پارمنیدس استدلال می‌کند که هستی بدون تغییر، زمان را یک توهم می‌سازد.

۱٦۸۷ آیزاک نیوتون شاهکار علمی خود «اصول ریاضی فلسفه طبیعی» را منتشر می‌کند که در آن حالت هستی را از «زمان مطلق» ساخت. این جریان‌ها مستقل از تاثیرات، دقیقاً با همان ابعاد در سراسر کیهان هستند.

۱۹۰۵ آلبرت انیشتین نظریه نسبیت خاص خود را منتشر می‌کند که بر طبق آن زمان نسبی است، نه مطلق. او پیش‌بینی کرد زمانی که توسط یک ساعت در حال حرکت اندازه‌گیری می‌شود، زمانی که با یک ساعت ایستا مقایسه شود به نظر آرام‌تر حرکت می‌کند.

۱۹٦۷ نظریه‌پرداز آمریکایی برایس دویت، از ایده‌های پیشنهاد شده توسط جان ویلرِ نظریه‌پرداز، برای ترکیب نظریه کوانتوم با نسبیت در یک معادله استفاده کرد که حالت کل دنیا را توضیح می‌دهد، این معادله نشان می‌دهد که زمان یک توهم است.

۱۹۹۹ فیزیک‌دان و فیلسوف بریتانیایی جولیان باربور «پایان زمان» را منتشر می‌کند که کوشش می‌کند شکاف بین واقعیتِ یک دنیای بی‌انتها (همان‌طور که به‌وسیله معادله ویلر – دویت پیش‌بینی شد) و ادراک ما از گذر زمان از گذشته به آینده را به‌هم وصل کند.

۲۰۱۳ پروفسور لی اسمولین «تولد دوباره زمان» را منتشر می‌کند که حالت زمان را واقعی می‌داند، همان‌طور که گذر زمان از گذشته به آینده اجازه می‌دهد به قوانین طبیعت تا به شکلی که امروز می‌بینیم استنتاج شوند.


[] يادداشت‌ها




[] پی‌نوشت‌ها

[۱]- Big Bang
[٢]- Augustine
[٣]- Hippo
[۴]- Lee Smoli
[۵]- The Perimeter Institute for Theoretical Physics
[٦]- Ontario
[٧]- Sunday Roast
[٨]- Time Reborn
[۹]- Isaac Newton
[۱٠]- Albert Einstein
[۱۱]- General Relativity
[۱٢]- John Wheeler
[۱٣]- Bryce Dewitt
[۱۴]- Julian Barbour
[۱۵]- Visiting Professor
[۱٦]- The End of Time
[۱٧]- Supernova
[۱٨]- Claus Kiefer
[۱۹]- University of Cologne
[٢٠]- Building Block


[] جُستارهای وابسته




[] سرچشمه‌ها

حقایق شگفت‌انگیز در مورد زمان، ترجمه‌ی محسن کرمی، ماهنامه‌ی دانشمند، سال پنجاه و يكم، شماره ٨ (پياپی ٦٠۱)، آبان ۱٣۹٢، ص ۵٨. این نوشتار برگردان فارسی مقاله‌ی نشریه‌ی «Focus» است.