یک ثانیه همیشه یک ثانیه نیست

شبنم سیدمجیدی

در سال1900 وقتی اینشتین 21سال داشت، مدرک دانشگاهی خود را گرفته بود و مشتاق شروع یک حرفه در حوزه فیزیک بود. با این حال، او برای یافتن کار خیلی تقلا کرد و بعد از 2سال جست‌و‌جو بالاخره یک شغل رده پایین در دفتر ثبت اختراعات در شهر برن سوئیس به‌دست آورد. درآمدی داشت و با کار ساده بررسی درخواست‌های ثبت اختراع، خوشحال بود که بعد از ساعت کار می‌تواند به فیزیک بپردازد. 

هر روز از خانه‌اش تا محل کار در خیابان‌های برن قدم می‌زد؛ شهری که به معماری دوران قرون‌وسطایی و برج‌های ساعت زیبایش معروف بود. اینشتین دوباره در راه بازگشت به خانه از کنار برج‌های ساعت می‌گذشت؛ ‌مسیری که اغلب با دوست صمیمی‌اش میشل بسو می‌پیمود. آنها بحث‌های معمول علمی و فلسفی می‌کردند که شامل زمان و طبیعت آن هم می‌شد. بعد از یکی از این مکالمات آنها بود که اینشتین ناگهان به این مفهوم رسید که «زمان، مطلق نیست.» به زبان دیگر، برخلاف درک معمول ما درباره زمان که براساس آن یک ثانیه، در همه جای دنیا یک ثانیه است، سرعت گذر زمان، به اینکه در کجا هستی و با چه سرعتی در حرکتی، بستگی دارد. او بعداً در نخستین مقاله‌ای که در این زمینه به انتشار رساند، از بسو قدردانی کرد.

زمان، ریتمی جهانشمول ندارد

به‌نظر می‌رسد که زمان از یک ریتم تیک‌تاکی جهانشمول پیروی می‌کند اما اینطور نیست. بیشتر ما فکر می‌کنیم که زمان را می‌فهمیم. فکر می‌کنیم زمان آن چیزی است که با استفاده از ساعت اندازه‌گیری می‌شود؛ ضربان ثابت ثانیه‌ها، دقایق و ساعت‌ها. ساعت‌های مچی ما ممکن است به‌خاطر بعضی نواقص مکانیکی کند یا تند حرکت کنند، با این حال ما معتقدیم که یک ساعت اصلی جهانی وجود دارد و اگر دنیا جای ایده‌آلی بود، همه ساعت‌ها می‌توانستند با هم هماهنگ باشند. مفهوم گذر زمان به شیوه معمول، آن‌قدر در ناخودآگاه انسان ریشه دارد که در زبان‌های مختلف هم راه‌هایی برای تمایز اتفاقاتی که در گذشته، حال یا آینده رخ می‌دهند، درنظر گرفته شده است. و تا زمان اینشتین، بیشتر فیزیکدان‌ها این ایده را که یک زمان جهانی وجود دارد، بدون هیچ تردیدی قبول داشتند.

در نظریه نسبیت خاص، اینشتین مشخص می‌کند که زمان، نسبی است؛ یعنی سرعت طی شدن زمان، به چارچوب مرجع شما (مختصات مکان، سمت، زمان، ارتفاع و...) بستگی دارد. به‌عنوان مثال 2فرد با 2چارچوب مرجع متفاوت همیشه توصیف یکسانی درباره حرکت یک توپ ندارند. آنها همچنین همیشه در مورد اینکه یک اتفاق چه زمانی رخ داد یا اینکه چقدر طول کشید، نخواهند داشت. یک ثانیه در چارچوب مرجع یک شخص ممکن است با یک ثانیه در چارچوب مرجع شخصی دیگر متفاوت باشد.

آزمایش ساعت نوری

طبق چارچوب مرجع یک فرد، هر چه یک ساعت به‌عنوان یک شیء سریع‌تر در حرکت باشد، زمان کندتر می‌گذرد. برای توضیح این مفهوم گیج کننده، فیزیک‌دان‌ها به یک آزمایش اشاره می‌کنند. در این آزمایش از ساعتی استفاده می‌شود که از پالس نور برای نشان دادن زمان استفاده می‌کند. آزمایش ساعت نوری یک آزمایش فرضی است و نتایج آن در مورد هر ساعت دیگری (چه یک ساعت قدیمی پیرمردی باشد، چه یک ساعت اتمی) صدق می‌کند. زمان حتی برای بدن انسان نیز نسبی است که ساعت بیولوژیک بدن طبق آن مشخص می‌شود. پایین آمدن سرعت گذر زمان در سرعت‌های بالای زندگی روزمره بسیار ناچیز است، اما در سرعت‌هایی که به سرعت نور نزدیک می‌شوند، این کندشدن گذر زمان بسیار قابل ‌وجه است.

یک ساعت را تصور کنید که از یک پالس نوری و 2 آینه تشکیل شده است. یکی از آینه‌ها بالای ساعت و دیگری پایین آن قرار می‌گیرد. با رسیدن پالس نوری به آینه پایین، ساعت یک تیک جلو می‌رود و وقتی پالس نوری به آینه بالای ساعت می‌رسد، تاک می‌شود: تیک... تاک... نور بین دو آینه با یک سرعت ثابت عقب و جلو می‌رود. وقتی ساعت را از جای خود حرکت می‌دهید، زمانی که بین تیک و تاک طی می‌شود، طولانی‌تر خواهد شد.

این ایده که یک ثانیه همیشه یک ثانیه نیست، یکی از خارق‌العاده‌ترین یافته‌های اینشتین در نظریه نسبیت خاص بود. محققان واقعا توانسته‌اند صورت واقعی این نظریه را که در واقع فقط در حرکت با سرعت بالا قابل‌تشخیص است، مشاهده کنند. آنها 2ساعت اتمی با دقت بسیار بالا را با هم همزمان کردند و یکی از آنها را با هواپیما دور کره‌زمین گردش دادند. وقتی ساعت هواپیمایی به زمین بازگشت، به اندازه خیلی کمتر از یک ثانیه عقب‌تر از ساعتی بود که روی زمین باقی ماند.

همه ساعت‌های زمین کند جلو می‌روند

البته این تأثیر حرکت بر زمان در زندگی روزمره ما قابل‌تشخیص نیست. یک نفر که در حال حرکت است فکر نمی‌کند که ساعت مچی‌اش کندتر جلو می‌رود، چرا که همه‌‌چیزهای دیگر در چارچوب مرجع او کند شده است. طبق اطلاعات یک مشاهده‌گر ثابت در فضا که گردش زمین به دور خورشید را زیرنظر دارد، همه ساعت‌های روی سیاره ما کند جلو می‌روند، با این حال ما متوجه هیچ‌چیز غیرعادی نمی‌شویم.

 بنابراین از نظر تئوری، براساس سرعتی که آدم‌ها حرکت می‌کنند، آینده یک نفر، می‌تواند گذشته یک نفر دیگر باشد. و به همین دلیل است که اینشتین از گذشته، حال و آینده با عنوان یک «توهم ماندگار» نام می‌برد.