آيا واقعا زمان وجود دارد؟

آيا واقعا زمان وجود دارد؟

مجموعه: چرا ، زيرا و چگونه

ماجراي حذف پارامتر زمان از معادلات فيزيك به اواسط ۱۹۶۰ ميلادي باز مي گردد

آيا براستي زمان وجود دارد؟
زمان، پديده اي است نامرئي كه بر جهان ما حمكراني مي كند و همه جا همچون سايه اي پيوسته همراه ماست. مي توان حضورش را در ضربان قلب خود، در طلوع و غروب خورشيد يا در لحظات انتظار براي سر رسيدن يك موعد خاص حس كرد. هر چند زمان كاملا با زندگي ما عجين شده اما شگفتا كه هر وقت به تفكر درباره ي آن مي نشينيم تنها چيزي كه عايدمان مي شود، انبوهي از سوالات بي پاسخ است، اينكه ماهيت زمان چيست؟ چرا به نظر مي رسد كه زمان جريان دارد؟ آيا مي توان در بُعد زمان به آينده و گذشته سفر كرد؟ آيا مي توان گذشت زمان را متوقف كرد؟ آيا زمان زاييده ذهن ماست يا در جهان بيروني هم واقعا مفهومي به نام زمان وجود دارد؟ و ده ها سوال ديگر.

جالب اينجاست كه امروز پس از گذشت قرن ها هنوز هم معماي زمان، حل نشده و همچنان براي فلاسفه، دانشمندان و فيزيكدانان درك آن چالش انگيز است، اما جالب تر آنكه برخي از دانشمندان مطمئن نيستند كه اساسا زمان وجود دارد يا نه. ماجراي حذف پارامتر زمان از معادلات فيزيك به اواسط ۱۹۶۰ ميلادي باز مي گردد. در آن دوران جان ويلر، فيزيكدان برجسته ي آمريكايي- كه يكي از آخرين همكاران اينشتين محسوب مي شد – با همكاري فيزيكداني بنام برايش دوويت تصميم گرفتند معادلات نظريه كوانتومي را روي كل جهان اعمال كنند. احتمالا مي دانيد كه بكارگيري نظريه ي كوانتومي براي تبيين مسائلي كه در آنها با ابعاد بسيار كوچك- در حد ابعاد اتمي- سر و كار داريم، الزامي است اما شايد از خود بپرسيد چه ربطي مابين معادلات كوانتومي و كيهان به اين عظمت وجود دارد؟

در پاسخ بايد گفت كه از آنجايي كه براساس مدل متعارف بيگ بنگ، كل جهان از نقطه اي با چگالي انرژي فوق العاده بالا متولد شده و شروع به انبساط كرده است، بنابراين در نخستين لحظات پس از تولد آن، به كارگيري معادلات نظريه ي كوانتومي الزامي است.

بر اين اساس؛ ويلر و دوويت تلاش براي اعمال نظريه ي كوانتومي را بر كل جهان آغاز كردند. با توجه به آنكه در فيزيك كوانتومي، رفتار سيستم مورد مطالعه با يك تابع رياضي بنام « تابع موج سيستم» مشخص مي شود، بنابراين ويلر و دوويت در جست و جوي معادله اي بودند كه بتواند تابع موج كوانتومي كل جهان را توصيف كند.

زمان، پديده اي است نامرئي كه بر جهان ما حمكراني مي كند

اين دو فيزيكدان سرانجام در تابستان سال ۱۹۶۷ موفق شدند معادله ي مورد نظر خود را بيابند. اما در اين معادله كه « معادله اساسي كيهان شناسي كوانتومي » محسوب مي شد و بعدها به معادله ي ويلر- دوويت شهرت يافت، يك نكته عجيب و راز آميز وجود داشت: در اين معادله پارامتر زمان بطور خود به خود كلا از معادله حذف شده بود و اين به آن معنا بود كه از نگاه نظريه ي كوانتومي در كل كيهان، اساسا زمان وجود ندارد! اگر به راستي مفهوم زمان در كل جهان وجود ندارد، پس چه عاملي است كه سبب مي شود ما ظاهرا تصور كنيم زمان در حال گذر است؟

جوليان باربور، فيزيكدان و فيلسوف دانشگاه آكسفورد انگلستان در كتاب خود با عنوان « پايان زمان» كه در سال ۱۹۹۹ ميلادي منتشر شد، پاسخ جالبي را براي اين معما مطرح كرده است. بنابر نظر باربور، كل جهان را مي توان به فريم هاي يك فيلم سينمايي تشبيه كرد. همان طور كه در تك تك فريم هاي يك فيلم چيزي بنام زمان وجود ندارد در كل كيهان هم مفهومي به نام زمان وجود ندارد و جهان همواره همانند فريم هاي يك فيلم سينمايي كيهاني صرفا در «لحظه حال» حضور دارد. به عبارتي تغييرات و تحولات جهان را به جاي مفهوم زمان مي توان صرفا با مجموعه يا شبكه اي از لحظات حال كيهاني توصيف كرد.

فرمول بندي فيزيك بدون زمان
اما اگر آن طور كه فيزيكداناني نظير جوليان باربور براساس معادله ويلر- دوويت به اين نتيجه رسيده اند كه واقعا مفهومي بنام زمان در كل كيهان وجود ندارد، پس بايد راهي را براي فرمول بندي فيزيك كوانتومي بدون استفاده از پارامتر زمان پيدا كرد. اين دقيقا همان كاري است كه كارلو روولي(Carlo Rovelli)، فيزيكدان دانشگاه مارسي فرانسه انجام داد. حدود ۱۰ سال پيش ، روولي و همكارانش روشي را بسط دادند كه به كمك آن مي توان رويدادهاي كوانتومي متوالي را در قالب يك رويداد واحد و بدون نياز به استفاده از پارامتر زمان تبيين كرد.

در واقع در اين رهيافت جديد، مساله چگونگي همبستگي ميان تمامي حالات محتمل آن كميت تبديل مي شود. روولي براي فهم بهتر اين تبديل، مثالي مي زند. او مي گويد:« اگر بگويم در سفر زميني خود از بوستون به لس آنجلس ، ابتدا از شيگاگو و سپس از شهر دنور گذشتيم در واقع از نحوه ي توالي زماني رويدادها براي توضيح دادن نحوه ي سفرم به شما استفاده كرده ام. اما اگر بجاي اين كار ، مسير سفرم را از بوستون به لس آنجلس روي نقشه به شما نشان دهم، در واقع اطلاعات مربوط به نحوه ي توالي زماني اندازه گيري ها را با نحوه ي همبستگي ميان مشاهده پذيرها جايگزين كرده ام.»

كارلو روولي – فيزيكدان ايتاليايي

با توجه به آنكه به كمك اين رهيافت روولي، مي توان احتمالات مكانيك كوانتومي را با همان دقت رهيافت متعارف قبلي محاسبه كرد، بنابراين همان طور كه روولي مي گويد، ممكن است بتوان ديناميك جهان را به جاي تحولات زماني صرفا با شبكه اي از همبستگي ها توصيف كرد. دين ريكلز، پژوهشگر فلسفه فيزيك در دانشگاه سيدني مي گويد:« رهيافت روولي، ديدگاه بي زماني جهان را با ديدگاه حاكم در فيزيك متعارف هم راستا مي كند.» به اين ترتيب و براساس رهيافت روولي، اگرچه ما در ظاهر گذشت زمان را احساس مي كنيم، اما اين احساس در واقع صرفا يك توهم است و همانطور كه جوليان باربور هم توضيح داده بود، حقيقت ماجرا به گونه اي ديگر است.

طي تقريبا يك دهه ي گذشته، روولي به همراه آلن كان، رياضيدان مشهور فرانسوي در تلاش هستند تا بطور دقيق تر بفهمند چگونه يك حقيقت بي زمان مي تواند پندار گذشت زمان را براي ما به وجود آورد. براساس ايده ي آنها كه فرضيه « زمان گرمايي» نام گرفته است. زمان نتيجه ي رفتار آماري جهان است؛ دقيقا همان طور كه دما نتيجه ي رفتار آماري توده ي عظيمي از مولكول هاست.

كارلو روولي: « حقيقت جهان، فاقد گذشت زمان است، اما شناخت ناكامل ما از اين حقيقت است كه مفهوم زمان را شكل مي دهد. بنابراين زمان از جهل ما شكل مي گيرد. »

براي فهم بهتر اين مطلب، توده اي از گاز را در محفظه اي بسته در نظر بگيريد. براي توصيف رفتار اين گاز، دو راه مختلف وجود دارد. يك راه اين است كه تمامي اطلاعات مربوط به مكان و تكانه تك تك مولكول هاي گاز را بطور مستمر زير نظر داشته باشيم. در اين رويكرد، مفهومي بنام دما اصلا وجود ندارد و به جاي آن با تغيير مسمر چيدمان مولكول ها مواجه هستيم. اما از آنجايي كه زير نظر گرفتن تمامي اين اطلاعات به لحاظ عملي غير ممكن است، بنابراين بجاي آن مي توان از متوسط آماري رفتار مولكول ها براي توصيف رفتار « بزرگ مقياس» (ماكروسكوپيك) كل گاز درون ظرف بهره گرفت. در اين روش تمامي اطلاعات مربوط به تكانه ي همه ي مولكول هاي گاز را در قالب يك كميت متوسط آماري بنام دما فشرده مي كنيم. كان و روولي معتقدند كه دقيقا همين موضوع در مورد كل جهان هم صدق مي كند.

كارلو روولي، حقيقت جهان، فاقد گذشت زمان است

توهم زمان كيهاني
ايده روولي روي كاغذ، ايده ي بسيار جالبي به نظر مي رسد، اما آيا مدركي دال بر صحت آن نيز وجود دارد؟ براي يافتن پاسخ، روولي و كان، فرضيه خود را با مدل هاي ساده به محك آزمون گذاشته اند. براي اين كار، آنها به سراغ تابش زمينه ي كيهاني رفته اند. اين تابش كه در تمامي پهنه ي كيهان حضور دارد، يادگاري باقي مانده از زمان بيگ بنگ است و در واقع نمونه ي خوبي از يك رفتار آماري را در خود دارد كه با گرفت ميانگين از ويژگي هاي آن مي توان گفت كه اين تابش، عملا تابشي يكنواخت با دماي اندكي كمتر از سه درجه كلوين است. اين دانشمندان مي خواستند ببينند چنانچه اطلاعاتي نظير شعاع جهان قابل مشاهده را در اين مدل آماري وارد كنند آيا مي توان جريان ظاهري زمان را از آن استنتاج كرد يا خير؟

نتيجه اي كه آنها بدست آورند، توالي حالت هايي بود كه انبساط كيهان را دقيقا همانطور كه از معادلات متعارف كيهان شناسي استنتاج مي شود، توصيف مي كنند. به عبارت ديگر، اين توالي حالت ها رفتاري دقيقا مطابق با رفتار حاصل از يك « زمان كيهاني» را از خود بروز مي دهند. البته براي آنكه بتوان فرضيه ي زمان گرمايي را روي كل جهان اعمال كرد، لازم است ابتدا نظريه ي كوانتومي گرانش را در اختيار داشته باشيم؛ نظريه اي كه به رغم تلاش گسترده فيزيكدانان هنوز حاصل نشده است.

با اين وجود، همين كه يك مدل ساده از تابش پس زمينه ي كيهاني هم توانسته براساس فرضيه زمان گرمايي به نتايج واقعي بيانجامد، بسيار اميد بخش است. روولي مي گويد: « در نظريه ي گرانش كوانتومي، مفهوم زمان اساسا نقش مي بازد. همين نكته هموازه يكي از مسائل اساسي مطرح در ارتباط با اين نظريه بوده است، بعنوان يك نظريه ي واقعي پذيرفت. اكنون ما مدل ساده خود را براساس فرضيه زمان گرمايي عملا نشان داده ايم كه در حين اينكه مفهوم زمان در آن جايي ندارد، اما در عين حال مي تواند رفتار جهاني شبيه جهان ما را بخوبي توصيف كند.»

تابلوي نقاشي “تداوم حافظه” اثر سالوادور دالي

واقعا شگفت انگيز است. شايد در عميق ترين سطوح واقعيت، زمان همانند تابلوي نقاشي مشهور “تداوم حافظه” سالوادور دالي، ذوب شده و محو شود. شايد همان طور كه روولي و برخي فيزيكدان هاي ديگر مي گويند، زمان صرفا نتيجه ي نوع نگاه ما به جهان باشد. شايد زمان، نه بخشي از حقيقت جهان بلكه ناشي از آگاهي ناكامل ما از حقيقت جهان باشد. بنابراين اگر قرن ها انديشيدن به زمان، معماي آن را همچنان لاينحل باقي گذاشته است، جاي تعجب نيست، چرا كه شايد اگر حقيقت را مي دانستيم، ديگر اصلا زماني وجود نداشت.
منبع : bigbangpage.com