همه چیز درباره سفر به آینده و سفر به گذشته و نظریه های علمی سفر در زمان

مدت‌هاست که سفر در زمان، رویای انسان است و برای دستیابی به این رویا، نظریه‌ها و طرح‌هایی ارائه شده است. همچنان داستان‌ها، فیلم‌های سینمایی و تلویزیونی علمی-تخیلی در این باره تولید می‌شود. اما زمان چیست؟ و برای سفردر زمان ، آیا نیازی به ماشین زمان یا یک کِرمچاله خیال انگیز است؟ در واقع، همه ما دائم در حال سفر در زمان هستیم. اگر سطحی ترین تعریف را برای زمان در نظر بگیریم، زمان به معنی نرخ تغییر در جهان است.چه خوشتان بیاید یا نه، جهان ما دائم در حال تغییر است. ما پیر می‌شویم، سیارات دور خورشید می‌چرخند و اشیاء، قدیمی و کهنه می‌شوند. ما گذر زمان را بر حسب ثانیه، دقیقه، ساعت و سال اندازه می‌گیریم. اما به این معنی نیست که زمان با نرخ ثابتی تغییر می‌کند. همان طور که سرعت آب در رودخانه بسته به اندازه کانال عبور آب، کم و زیاد می‌شود، زمان هم در مکان‌های مختلف با نرخ متفاوتی تغییر می‌کند! به عبارت دیگر، زمان نسبی است.اما چه چیزی باعث این تغییرات از زمان تولد تا مرگ در ما می‌شود؟ همه این تغییرات از ارتباط بین فضا و زمان می‌آید. انسان در سه بعد فضایی طول، عرض و ارتفاع زندگی می‌کند. مدت‌هاست که از زمان نظریه نسبیت انیشتین، دانشمندان می‌دانند که زمان، بعد چهارم این مجموعه است. زمان بدون فضا وجود ندارد و فضا بدون زمان نمی‌تواند وجود داشته باشد. هر دو یک چیز واحد هستند: «فضا زمان». هر رویدادی که در عالم رخ می‌دهد، هم فضا دارد و هم زمان که به هم مربوط هستند.

در این نوشتار ما به بررسی شیوه‌های روزمره زندگی واقعی سفر در زمان در دنیای خود خواهیم پرداخت. همچنین به برخی روش‌های نظری مطرح شده سفر از طریق بعد چهارم یعنی زمان، می‌پردازیم.

اگر می‌خواهید کمی سریعتر از دیگران سال را به پایان برسانید باید از فضا زمان بهره گیرید. ماهواره‌های موقعیت یابی جهانی هر روز این کار را می‌کنند. این ماهواره‌ها هر روز سه میلیاردم ثانیه را ذخیره می‌کنند. زمان در مدار زمین سریعتر از سطح آن می‌گذرد زیرا ماهواره‌ها دورتر از جرم زمین هستند. روی سطح سیاره، جرم روی زمان اثر می‌گذارد و باعث کند شدن زمان در اندازه‌های کوچک می‌شود. این اثر را «اتساع (تاخیر) زمان گرانشی» می‌نامند.

بر اساس نظریه نسبیت عام انیشتین، گرانش، یک انحنا در فضا زمان است. ستاره شناسان همواره این پدیده را وقتی عبور نور از کنار یک جرم بسیار بزرگ را بررسی می‌کنند، مشاهده می‌کنند. برای مثال، خورشید می‌تواند نور مستقیم را خم کند که به این پدیده، اثر همگرایی گرانشی می‌گویند.

این پدیده چه اثری بر زمان دارد؟‌ باید یادآوری کرد که هر رویدادی در عالم، مختصه فضایی و زمانی دارد. در واقع، گرانش نه تنها فضا را خم می‌کند بلکه زمان را هم خم می‌کند. شما نمی‌توانید تغییرات جزئی را در گذر زمان حس کنید. اما یک جسم بسیار پر جرم می‌تواند تفاوت زیادی ایجاد کند که قابل درک باشد. به طور مثال، سیاهچاله بسیار پر جرمی به نام «کمان اِی» (Sagittarius A) در مرکز کهکشان ما قرار دارد. جرم 4 میلیون برابر جرم خورشید این سیاهچاله، آن را به یک نقطه بی‌نهایت متراکم تبدیل کرده است که به عنوان یک تکینگی در نظر گرفته می‌شود. با دور زدن این سیاهچاله (البته اگر امکان داشته باشد که در آن سقوط نکنید!) زمانی نصف مقدار زمانی که زمین را دور می‌زنید بر شما خواهد گذشت. در واقع، اگر زمین را در ده سال دور بزنید، سیاهچاله را در 5 سال دور می‌زنید.

سرعت نیز در تجربه ما از زمان نقش دارد. در سرعت‌های نزدیک به سرعت نور که حد بالای سرعت درکیهان می‌باشد و ثابت است، زمان آهسته تر می‌گذرد. یعنی ساعت کسی که با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند از ساعت فرد دیگر که با سرعت خیلی کمتر حرکت می‌کند یا ساکن است، کندتر کار می‌کند! برای مثال، ساعت آویزان درون یک قطار در حال حرکت از ساعت ساکن کندتر کار می‌کند. البته فردی که سفر می‌کند، این تفاوت را احساس نمی‌کند ولی در پایان سفر، ساعت در حرکت، تقریبا یک میلیاردم ثانیه عقب‌تر از ساعت ساکن است. اگر قطار با سرعت 99.999 درصد سرعت نور حرکت کند (که برای سرعت یک قطار باورنکردنی است) و بعد از یک سال به ایستگاه برسد، 223 سال در ایستگاه گذشته است!

این سفر فرضی مربوط به گذر زمان در آینده است اما سفر به گذشته چه می‌شود؟ آیا سریعترین فضاپیماهای قابل تصور می‌توانند ساعت‌ها را به عقب برگردانند؟

سفر به زمان گذشته

ما نشان دادیم که سفر به زمان آینده همیشه در حال رخ دادن است. دانشمندان آن را در آزمایشات ثابت کرده‌اند و این ایده یک جنبه اساسی از نظریه نسبیت انیشتین است. تنها سؤال در مورد چنین سفری، این است که با چه سرعتی انجام می‌شود؟ اما سفر به گذشته چطور؟ نگاهی به آسمان، جواب این سؤال را خواهد داد!

کهکشان راه شیری تقریبا به اندازه 100000 سال نوری بزرگ و گسترده است. بنابراین، هزاران سال طول می‌کشد تا نور از دورترین ستاره‌ها در کهکشان راه شیری به زمین برسد. همین طور ستاره شناسان با اندازه گیری تابش زمینه میکروموج کیهانی، وضعیت کیهان را در دوره‌ای بیش از 10 میلیارد سال پیش بررسی می‌کنند. در واقع، وقتی به نوری که از این فواصل بسیار دور به شما می‌رسد نگاه می‌کنید انگار که سال‌های بسیار زیادی به زمان گذشته سفر کرده‌اید! اما می‌توان بیشتر از این هم پیش رفت؟

هیچ چیزی در نظریه انیشتین وجود ندارد که سفر به گذشته را ناممکن کند اما فرضیه بازگشت به گذشته، قانون علیت یا همان قانون علت و معلول را نقض می‌کند. وقوع یک رویداد در جهان باعث رخ دادن یک مجموعه پایان ناپذیر از رویدادهای یک طرفه است. در همه این رویدادها، علت قبل از معلول رخ می‌دهد. برای درک مسئله، تصور کنید که یک مقتول که با گلوله تفنگی به قتل رسیده است، قبل از شلیک گلوله می‌میرد. این اتفاق، همان طور که می‌دانیم علیت را نقض می‌کند. بنابراین، بسیاری از دانشمندان، امکان سفر به زمان گذشته را منتفی می‌دانند.

برخی از دانشمندان هم ایده استفاده از سرعت بیشتر از سرعت نور را برای سفر به زمان گذشته پیشنهاد داده‌اند. آیا اگر زمان با نزدیک شدن سرعت جسم به سرعت نور، کند شود، آن وقت تجاوز از آن سرعت می‌تواند باعث جریان یافتن زمان به عقب شود؟ البته با نزدیک شدن سرعت یک جسم به سرعت نور، جرم نسبیتی آن افزایش می‌یابد تا جایی که در سرعت نور به جرم بینهایت می‌رسد. حرکت یک جسم با جرم بینهایت سریعتر از سرعتی که دارد، امکان ناپذیر است. تکنولوژی سرعت وارپ (Warp) می‌تواند از لحاظ نظری با پیش بردن یک حباب فضازمانی در عالم، از سرعت نور فراتر رود. اما حتی این ایده هم با هزینه‌های عظیم و انرژی دست نیافتنی همراه است.

اما آیا سفر به گذشته و آینده، بیشتر از آنکه به فناوری علمی تخیلی فضایی بستگی داشته باشد، می‌تواند از طریق پدیده‌های کیهانی موجود در عالم امکان داشته باشد؟ برای جواب به این سؤال، به سراغ سیاهچاله می‌رویم.

سفر در زمان و سیاهچاله‌ها و حلقه‌های کِر

دور زدن یک سیاهچاله به حد کافی با بهره گیری از اتساع زمان گرانشی، شما را به آینده خواهد برد. اما چه اتفاقی می‌افتد اگر که شما به درون این جرم غول پیکر کیهانی پرواز کنید؟ اکثر دانشمندان معتقدند که سیاهچاله شما را مچاله و نابود می‌کند. اما ممکن است نوع منحصربفردی از سیاهچاله باشد که این اتفاق در آن نمی‌افتد: سیاهچاله کر یا حلقه کر.

در سال 1963 ریاضیدان نیوزیلندی، روی کر (Roy Kerr)، اولین نظریه واقع گرایانه را برای سیاهچاله چرخشی پیشنهاد کرد. این مفهوم به ستاره‌های نوترونی عظیم در حال فروریزی به بزرگی منهتن ولی با جرمی برابر جرم خورشید ما، مربوط است. کر معتقد است که اگر ستاره‌های در حال مرگ به یک حلقه در حال چرخش از ستاره‌های نوترونی فرو بریزند، نیروی گریز از مرکز مانع تبدیل آن‌ها به تکینگی می‌شود و از آنجا که این سیاهچاله دارای تکینگی نیست پس بدون ترس از نیروی گرانشی بینهایت در مرکز آن می‌توان داخل آن شد.

اگر سیاهچاله کر وجود داشته باشد،‌ ممکن است بتوان از میان آن عبور کرد و از یک سوراخ سفید در انتهای آن که می‌توان آن را به عنوان اگزوز سیاهچاله تصور کرد، خارج شد. سیاهچاله کر به جای اینکه همه چیز را به درون نیروی گرانشی خود بکشاند، سوراخ سفید همه چیز را به بیرون و دور از سیاهچاله پرتاب خواهد کرد و شاید به زمان دیگر یا حتی به جهان دیگری بفرستد.

سیاه چاله‌های کر صرفا یک ایده نظری هستند، اما اگر آنها وجود داشته باشند، مسافران ماجراجوی زمان را به یک سفر یک طرفه به گذشته یا آینده می‌برند. در حالی که یک تمدن فوق‌العاده پیشرفته برای دستیابی به چنین روشی برای سفر در زمان لازم است، هیچ حدسی نمی‌توان زد که این سیاهچاله، مسافرش را به کجا و یا چه زمانی خواهد برد!

سفر در زمان با کرمچاله‌ها

نظریه سیاهچاله کر، تنها راه میانبر کیهانی و ممکن برای سفر به گذشته یا آینده نیست. پل انیشتین-روزن (Einstein-Rosen) که عموم مردم آن را با نام کرمچاله می‌شناسند یکی از راه‌های مطرح در نظریه‌های فیزیکدانان است، همان طور که در فیلم‌های علمی تخیلی مانند پیشتازان فضا راه‌هایی پیش بینی شده است.

طبق نظریه نسبیت عام انیشتین، وجود کرمچاله مجاز است و با آن تناقضی ندارد زیرا طبق این نظریه؛ هر جرمی، فضا زمان را خم می‌کند. برای درک انحنای فضا زمان، دو نفر را تصور کنید که دو طرف ملحفه‌ای را محکم گرفته و می‌کشند. اگر یک توپ بیسبال را روی این ملحفه بیندازید، توپ به وسط آن می‌غلتد و باعث انحنای ملحفه در آن نقطه می‌شود. حالا اگر یک تیله را در لبه ملحفه رها کنید به خاطر وجود انحنا و جم شدگی وسط ملحفه، به سمت توپ بیسبال حرکت می‌کند.

در این مثال ساده، فضا را بجای یک صفحه چهار بعدی یک صفحه دو بعدی در نظر بگیرید. تصور کنید که این ورقه دو بعدی تا شده است به طوری که فاصله‌ای بین قسمت بالا و پایین آن وجود دارد. قرار گرفتن یک توپ بیسبال در طرف بالایی سبب ایجاد یک انحنا خواهد شد. اگر جسمی با جرم برابر توپ بیسبال در طرف پایینی و در همان نقطه  زیر محل توپ بیسبال، قرار داشته باشد، این جرم دوم در نهایت با توپ تماس خواهد داشت. این در واقع مشابه چگونگی گستردگی کرمچاله‌ها است.

در فضا، جرم‌هایی که فشار زیادی به برخی نقاط می‌آورند در نهایت منجر به ایجاد یک تونل می‌شوند. این تونل در نظریه، دو زمان جداگانه را به هم وصل می‌کند و اجازه عبور از بین آن‌ها را فراهم می‌کند. البته ممکن است که برخی عوامل فیزیکی یا کوانتومی پیش بینی نشده از بوجود آمدن چنین کرمچاله‌هایی جلوگیری کنند. حتی اگر وجود هم داشته باشند، ممکن است خیلی ناپایدار باشند.

کرمچاله‌ها ممکن است که در کف کوانتومی، کوچکترین محیط در عالم، وجود داشته باشند. در آن‌ها، مدام تونل‌های کوچک در داخل و خارج بوجود می‌آید و به صورت موقت بین مکان زمان‌های متفاوت ارتباط برقرار می‌کند. چیزی شبیه به بازی مار و پله.

ممکن است که این کرمچاله‌ها برای سفر در زمان خیلی کوتاه و کوچک باشند. اما شاید روزی بتوان آن‌ها را تسخیر و گسترده کرد و پایدار کنیم. اگر به طور مصنوعی، عمر یک تونل فشرده فضا زمانی را طولانی‌تر کنیم، ممکن است که یک حلقه بازخورد تابشی رخ دهد و تونل زمان را از بین ببرد همان طور که بازخورد صوتی می‌تواند یک بلندگو را خراب کند.

سفر در زمان با رشته کیهانی

ایده دیگری که شاید شامل روشی باشد که از طریق پدیده‌های کیهانی سفر در زمان ممکن است، رشته کیهانی است. ایده رشته کیهانی را فیزیکدانی به نام جی. ریچارد گوت در سال 1991 مطرح کرد. همان طور که از اسم این اجسام مشخص است، اجسام رشته‌ای هستند که به عقیده دانشمندان، در جهان اولیه تشکیل شده‌اند.

این رشته‌ها ممکن است در کل جهان بافته شود و نازک‌تر از یک اتم و تحت فشار بسیار زیاد باشد. به طور طبیعی، این بدان معناست که گرانش زیاد آنها باعث می‌شود که هرچیزی که از نزدیکی آن‌ها عبور می‌کند را به سمت خود بکشند. اجسام متصل به رشته کیهانی با سرعتی باورنکردنی سفر می‌کنند و دچار اتساع زمان می‌شوند. با نزدیک شدن دو رشته کیهانی به هم یا یک رشته کیهانی به سیاهچاله، امکان پیچ و تاب خوردن فضا زمان وجود دارد به قدری که چیزی به نام منحنی زمان گونه بسته ایجاد شود.

پس با استفاده از گرانش تولید شده توسط دو رشته کیهانی یا یک رشته و سیاهچاله، از لحاظ نظری یک سفینه فضایی می‌تواند به گذشته سفر کند. برای انجام این کار، سقینه باید دور رشته‌های کیهانی حلقه بزند.

البته سفر در زمان با این رشته‌های کیهانی بسیار ذهنی و دور از دسترس به نظر می‌آید زیرا برای سفر به یک سال گذشته با این روش باید حلقه ای از رشته کیهانی که نیمی از جرم-انرژی کل یک کهکشان را دارد برای راه اندازی سفینه به کار برد. به عبارت دیگر باید نیمی از اتم‌های یک کهکشان را شکافت تا موتور ماشین زمان را راه انداخت.

پارادوکس‌های سفر در زمان

همان طور که قبل‌تر هم اشاره شد، امکان سفر در زمان دچار تناقضاتی است که آن را با چالش‌هایی مواجه می‌کند. سفر به زمان گذشته با قانون علیت در تناقض است. به این معنی که اگر فردی به 200 سال گذشته سفر کند، به زمانی خواهد رفت که هنوز به دنیا نیامده است! یک لحظه به این فکر کنید؛ در گذر زمان، معلول (فرد) قبل از علتش (تولد) وجود خواهد داشت!

برای درک بهتر این مشکل، پارادوکس معروف پدربزرگ را مطرح می‌کنیم. فرض کنید که یک قاتل هستید که به سفر در زمان می‌پردازید و هدف شما فقط کشتن پدربزرگ خودتان است. فرض کنید به زمانی در گذشته می‌روید که پدربزرگ شما خیلی جوان است و فرزندی ندارد. اگر شما با شلیک گلوله او را بکشید چه اتفاقی خواهد افتاد؟

در آن زمان، شما هنوز متولد نشده‌اید و اگر پدربزرگ خود را بکشید، پدر شما هم وجود نخواهد داشت و او هم فرزندی که در واقع شما باشید نخواهد داشت. یعنی شما وجود نخواهید داشت و سفر شما به گذشته و کشتن پدربزرگ هم ممکن نخواهد بود! شما نمی‌توانید ماشه را بکشید. بنابراین تمام این سلسله رویدادها نفی می‌شود. این را حلقه متناقض علیتی می‌گویند.

از سویی دیگر، ما باید یک حلقه منطقی علمی را در نظر بگیریم که دارای تناقض نباشد. طبق نظر پل دیویس فیزیکدان، چنین حلقه‌ای می‌تواند اینگونه باشد: یک استاد ریاضی به زمان آینده سفر می‌کند و یک قضیه مهم و پیشگویانه ریاضی را می‌دزدد. سپس به زمان خود برمی‌گردد و قضیه ریاضی را به دانش‌آموز با استعدادی می‌دهد. بعد از آن این دانش‌آموز بزرگ می‌شود و شخصی خواهد بود که استاد، قضیه را از او ربوده است!

دسته دیگری از مدل‌های سفر در زمان، آن‌هایی هستند که شامل احتمال انحرافی غیر منتظره در لحظه وقوع موقعیت متناقض می‌شوند. خود را دوباره به جای شخص قاتل در تناقض پدربزرگ فرض کنید؛ در این مدل پدربزرگ به مرگ طبیعی خواهد مرد به طوری که شما ماشه را می‌کشید اما تفنگ به درستی کار نکند و یا امثال چنین اتفاقاتی رخ دهد. اما در واقع باید یک سری از نوسانات کوانتومی رخ دهد تا از وضعیت متناقض جلوگیری کند.

احتمال دیگری هم وجود دارد. ممکن است سفر در زمان فقط به جهان یا جهان‌های موازی با جهان ما امکان پذیر باشد. در این صورت، پدربزرگ در زمان گذشته در جهانی موازی و توسط شما کشته می‌شود اما تاثیری بر آینده در جهان اصلی ندارد. البته این به این معنی می‌تواند باشد که هر بار سفر در زمان، شما را به یک جهان موازی جدید خواهد برد و هرگز نمی‌توانید به جهان اول و موقعیت اصلی بازگردید!

خوب، سفر در زمان چطور بود؟ گیج کننده، مهیج یا ترسناک؟