سفر با سرعت نور؛ رمز جاودانگی در زمان

سمیرا مصطفی‌نژاد

درباره زمان چه می‌دانیم؟ زبان می‌گوید «می‌گذرد»، مانند رودی بزرگ جاری است و ما را بی‌وقفه به‌دنبال خود می‌کشاند و در نهایت، به نقطه‌ای از ساحل می‌راند و همچنان بدون توقف به راهش ادامه می‌دهد. زمان مفهومی آشناست که حتی بزرگ‌ترین متفکران جهان نیز از تعریف دقیق آن بازمانده‌اند: آگوستین مقدس، فیلسوفی که 1600سال پیش زندگی می‌کرد، این ناتوانی را تأیید کرده‌است؛ «اگر کسی از من درباره‌اش نپرسد، می‌دانم چیست اما اگر کسی بخواهد آن را برایش توضیح دهم، هیچ نمی‌دانم.» لی سمولین -فیزیک‌دان نظری- نیز درک طبیعت زمان را تنها مسئله بزرگی می‌داند که دانش با آن مواجه است.

شاید ادعا داشته‌باشید که تعریف درستی از زمان می‌دانید، اما واقعیت این است که هنوز کسی نمی‌تواند به درستی بگوید مفهوم دقیق گذر زمان چیست. مانند بسیاری از پدیده‌های مرموز جهان، مثل ماده یا انرژی تاریک، زمان نیز قابل مشاهده و لمس نیست و تأثیر آن بر محیط اطراف و تغییراتی که به واسطه وجودش ایجاد می‌شود، حضورش را به اثبات می‌رساند؛ تغییراتی مانند حرکات چرخشی ‌ماه یا دیگر سیاره‌ها به دور زمین. از این‌رو است که مفهوم گذر زمان ارتباطی بسیار نزدیک با مفهوم فضا دارد.

دانشمندان تا امروز نظریه‌های فراوانی برای توضیح چیستی زمان و چگونگی گذر آن ارائه داده‌اند، با این‌همه امروز در نقطه‌ای ایستاده‌اند که حتی نمی‌توانند تشخیص دهند از افشاسازی هویت واقعی زمان و گذر زمان دورتر شده‌اند یا نزدیک‌تر. فیزیک‌دانان تعاریف متفاوت و مختلفی از زمان ارائه می‌دهند، عده‌ای باور دارند زمان یک توهم است، به این معنی که مفهومی که انسان با ذهن خود درک می‌کند به‌شدت با عملکردی که زمان در مقیاس کیهانی دارد، متفاوت است.

گروهی دیگر زمان را خصلتی مستقل و بنیادین می‌دانند؛ مثلا در دیدگاه نیوتنی، زمان یک تفسیر محض یا تحت‌تأثیر فاکتورهای خارجی نیست. بعضی سفر در زمان را ممکن می‌دانند و بعضی غیرممکن. جدا از فرضیه‌ها، تأثیر رویداد‌های طبیعی بر سرعت گذر زمان در سال‌های اخیر به موضوعی قابل بحث در مجامع علمی تبدیل شده‌است. همچنین گروهی از فیزیک‌دانان باور دارند از آنجا که تا پیش از انفجار بزرگ، چیزی به نام زمان وجود نداشت، نمی‌توان آنچه پیش از این رویداد لحظه صفر رخ داده را درک کرد و عده‌ای دیگر، به جهان بلوکی اعتقاد دارند؛ جهانی که گذشته، حال و آینده در آن هیچ تفاوتی با هم ندارد و تقدم و تاخر در این جهان بی‌معنی است.

فیزیک‌دانان و مفهوم زمان

آلبرت اینشتین، دانشمندی که تنها ثابت حقیقی جهان را سرعت نور می‌دانست، معتقد بود تمایز میان گذشته، حال و آینده توهمی لجوجانه است؛ توصیفی که لزوما به معنی رد کردن موجودیت زمان از سوی او نیست. او درواقع زمان را درنظریه نسبیت خاص خود، بُعد چهارم می‌نامید که با تاروپود فضای سه‌بعدی درهم تنیده شده‌است تا پدیده‌ای به نام «فضازمان» را خلق کند؛ نظریه‌ای که امروزه کاملا پذیرفته شده‌است. این نظریه اینشتین همچنین میان سرعت و زمان ارتباطی کاملا مستقیم ایجاد کرد که به «اتساع زمان» شهرت دارد؛ اصلی که نشان می‌دهدگذر زمان به نسبت اشیای در حرکت کندتر می‌شود: هرچه شئ سریع‌تر حرکت کند، زمان برای آن کندتر می‌گذرد.

آزمایش‌های زیادی این نظریه را تأیید کرده‌اند: عقربه ساعت‌هایی که درون یک هواپیما به سرعت حرکت داده شدند، کندتر از عقربه ساعت‌هایی که در زمین ثابت مانده‌اند حرکت می‌کنند. از آنجا که این اثر در مقیاس سرعت انسانی قابل ردیابی نیست، اتساع زمان را در سفرهای فضایی می‌توان به‌خوبی درک کرد. در حقیقت، اگر انسانی با سرعت نور به‌مدت 2سال سفر کند، زمانی که برای خانواده او روی زمین سپری می‌شود برابر 30سال خواهد بود. براین اساس، شاید سرچشمه جاودانگی انسان نه یک مکان، یک سفر فضایی باشد. دقیق‌ترین ساعت اتمی جهان نیز بُعد دیگری از اتساع زمان را ثابت کرد:‌ هرچه ارتفاع قرارگیری فرد یا جسمی بیشتر باشد، زمان برای آن سریع‌تر می‌گذرد. ‌در ازای هر 30سانتی‌متر افزایش ارتفاع در طول عمری 79ساله، فرد 90میلیاردم یک ثانیه پیرتر می‌شود.

دوقلوهایی که ناهمسان شدند

در سال 2016 نظریه نسبیت اینشتین در ابعادی بزرگ‌تر و واقع‌گرایانه‌تر مورد آزمایش قرار گرفت: فضانوردان دوقلو، مارک و اسکات کلی در یکی از آزمایش‌های ناسا مشارکت کردند. مارک روی زمین ماند و اسکات برای مدتی طولانی به ایستگاه فضایی بین‌المللی سفر کرد. اگرچه اسکات درون ایستگاه اقامت داشت اما ایستگاه به شکلی ثابت با سرعت بیش از 28هزار کیلومتر برساعت به دور زمین در گردش بود و این تفاوت سرعت باعث شد مارک که در سال1964 نزدیک به 6 ثانیه قبل از اسکات متولد شده بود، اکنون به لطف اصل اتساع زمان، 5میلی ثانیه دیگر نیز از برادرش سالخورده‌تر شود. علاوه بر اصل اتساع زمان که اصلی اثبات‌شده ‌است، انسان‌ها نوسان در سرعت گذر زمان را در موقعیتی دیگر نیز به خوبی احساس می‌کنند: در سالخوردگی.

رابطه سالخوردگی و گذر زمان

«زمان چه زود گذشت». این تکیه‌کلام بیشتر افراد در میانسالی و کهنسالی است. بسیاری از انسان‌ها احساس می‌کنند هرچه سنشان بالاتر می‌رود، زمان سریع‌تر می‌گذرد؛ تصوری که می‌تواند در آنها حس پشیمانی و اندوه ایجاد کند. به گفته روانشناس -کلودیا هموند- حس سرعت‌گرفتن زمان با بالارفتن سن، یکی از بزرگ‌ترین معماهایی است که در تجربه انسان از زمان ایجاد می‌شود. تقریبا همه انسان‌ها این تصور ذهنی را دارند که زمان در دوران کودکی آنها بسیار کُند و در دوران سالخوردگی به سرعت سپری می‌شود. واقعیت این است که این پدیده هیچ ارتباطی با فیزیک زمان ندارد و تنها عامل بروز آن نحوه پردازش اطلاعات در مغز انسان است.

مغز انسان طول یک رویداد را از 2جنبه متفاوت محاسبه می‌کند: دیدگاه آینده‌نگر (زمانی که رویداد هنوز رخ نداده) یا گذشته‌نگر(زمانی که رویداد به پایان رسیده). علاوه براین، تجربه انسان از زمان، ارتباطی مستقیم دارد با آنچه انجام می‌دهد و حسی که نسبت به آن دارد. این یعنی همان اصل که وقتی خوش می‌گذرد زمان پرواز می‌کند.

دلیل اصلی شکل‌گیری تمامی این احساسات در انسان عملکرد ویژه مغز است: مغز تنها تجربیات جدید- و نه تجربیات شناخته‌شده- را در حافظه ثبت می‌کند و قضاوت گذشته‌نگر زمان، براساس تعداد تجربیات جدیدی که طی دوره‌ای مشخص ثبت می‌شوند، به‌وجود می‌آید. به بیانی دیگر، هرچه تعداد تجربیات جدید در طول آخرهفته‌ای هیجان‌انگیز بیشتر باشد، مدت زمان آن آخرهفته طولانی‌تر به‌نظر خواهد آمد؛ پدیده‌ای که به «پارادوکس تعطیلات» شهرت دارد و می‌تواند به خوبی دلیل سریع‌تر شدن گذر زمان در سالخوردگی را توضیح دهد.

سفر در زمان

آن گروه از دانشمندانی که نظریه جهان بلوکی برایشان جذابیتی ندارد، به‌دنبال یافتن راهی برای سفر در زمان هستند؛ موضوعی که در داستان‌ها و فیلم‌های علمی تخیلی بارها مورد توجه قرار گرفته‌است. چه‌کسی دوست ندارد زمان را به گذشته ببرد و با تغییر آن خطاهایش را از بین ببرد  یا رویداد‌های تاریخی تلخ، جنگ‌ها یا نسل‌کشی‌ها که بر سرنوشت انسانیت اثر گذاشته‌اند را از دل تاریخ پاک کند؟ پل سوتر -فیزیک‌اخترشناس دانشگاه اوهایو- معتقد است انسان در واقع دائما و به شکلی اجتناب‌ناپذیر درحال سفر در زمان است. هربار یک ثانیه به آینده سفر می‌کند و اگر سرعت خود را تا حد زیادی افزایش دهد، براساس نظریه نسبیت می‌تواند نفوذ بیشتری به آینده داشته‌باشد؛ درست مانند آنچه فضانوردان انجام می‌دهند. سفر در زمان، چه به گذشته باشد و چه به آینده، به یک قابلیت بنیادین نیاز دارد، حرکت با سرعتی بیش از سرعت نور، یعنی سریع‌تر از 300هزار کیلومتر بر ثانیه. اما این کار عملی نیست زیرا شیئی که با چنین سرعتی حرکت کند، به جِرم بی‌نهایت تبدیل خواهد‌شد؛ یعنی افزایش جِرم در تقابل با سرعت‌گرفتن جسم برخواهد‌خواست. راه‌های فرضی دیگری نیز برای سفر در زمان وجود دارد: استفاده از کرمچاله‌ها در میان نقاط مختلف تار و پود فضا‌زمان که البته تنها برای ذرات کاربردی هستند یا استفاده از سیاهچاله‌ها یا رشته‌های کیهانی برای دستکاری تاروپود فضازمان. به گفته سوتر، معادلات ریاضی نظریه نسبیت چندین سناریوی عجیب و غریب برای ممکن‌سازی سفر به گذشته در چنته دارند، اما تمامی این سناریو‌ها در شرایطی ممکن می‌شوند که یک قانون فیزیکی دیگر زیرپا گذاشته شود؛ مثلا جسم باید دارای جرم منفی باشد.

زلزله در زمان

زلزله 9ریشتری 11مارس سال 2011 در ژاپن تنها مرگ و ویرانی و سونامی به‌دنبال نداشت، سازوکار فیزیکی کل سیاره زمین را برهم ریخت؛ البته در حد کسری از ثانیه. شدت این زلزله درحدی بود که توزیع جِرم زمین و در نتیجه الگوی چرخش آن دستخوش تغییر شد و به این شکل طول روز‌های زمین نیز درحد کسری از ثانیه کوتاه‌تر شد.

بررسی‌های بیشتر ناسا نشان دادند لرزه‌های قدرتمند این زمین‌لرزه باعث سرعت گرفتن چرخش سیاره زمین شد و طول روزهای زمین که در حدود 86هزار و 400ثانیه هستند را 1.8میکروثانیه کاهش داد (میکروثانیه برابر با یک میلیونیوم از یک ثانیه است). تغییر توزیع جِرمی و جابه‌جایی محور شکلی زمین درحدود 17سانتی‌متر عامل تغییر الگوی گذر زمان، تحت‌تأثیر زلزله است. این اولین‌باری نبود که زمین‌لرزه بر طول روزهای زمین اثرگذاشت. زلزله 8.8ریشتری سال 2010شیلی نیز توانست طول روزهای زمین را 26/1میکروثانیه کاهش دهد و زلزله 9.1ریشتری سوماترا در سال2004 نیز 6.8میکروثانیه از طول روز کاست.