آیا امکان سفر در زمان وجود دارد؟

در بسیاری از فیلم های علمی و تخیلی بحث سفر در زمان مطرح شده است اما آیا «ماشین زمان» واقعاً می‌تواند انسان را به گذشته یا آینده ببرد؟ پاسخ فیزیک، برخلاف آنچه فیلم‌های علمی ـ تخیلی نشان می‌دهند، هم ساده و هم شگفت‌انگیز است: سفر در زمان از نظر فیزیکی کاملاً خیالی نیست، اما آنچه تاکنون واقعاً به اثبات رسیده با تصور معمول ما از ماشین زمان فاصله زیادی دارد.

به گزارش سیناپرس، بیشتر افراد تصور می‌کنند زمان برای همه با سرعت یکسان می‌گذرد؛ اما آلبرت اینشتین در نظریه‌های نسبیت خاص و عام نشان داد که چنین نیست. سرعت حرکت و شدت میدان گرانشی می‌توانند بر گذر زمان اثر بگذارند. به زبان ساده، دو نفر که در شرایط حرکتی یا گرانشی متفاوتی قرار دارند، ممکن است مقدار زمان یکسانی را تجربه نکنند. این پدیده را اتساع زمان می نامند.

باید اعتراف کنیم که این موضوع فقط یک نظریه نیست و پژوهشگران مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا با استفاده از ساعت‌های اتمی، تفاوت بسیار کوچک در سرعت گذر زمان را اندازه‌گیری کرده‌اند. در یکی از آزمایش‌ها، دو ساعت اتمی که تنها حدود یک میلی‌متر اختلاف ارتفاع داشتند، به دلیل تفاوت بسیار اندک در گرانش، با سرعت متفاوتی کار کردند. این آزمایش توسط پژوهشگران JILA، مرکز مشترک مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا و دانشگاه کلرادو بولدر انجام شد و نتایج آن در مجله Nature  منتشر شد. گفتنی است دانشمندان در مطالعات خود دریافتند سرعت نیز همین اثر را ایجاد می‌کند و هرچه جسمی با سرعت بیشتری نسبت به ناظر حرکت کند، زمان برای آن جسم آهسته‌تر می‌گذرد. این موضوع حتی در مقیاس‌های بسیار کوچک و در آزمایش‌های مربوط به ساعت‌های اتمی نیز اندازه‌گیری شده است.

اینجاست که مفهوم «سفر به آینده» از دل علم فیزیک و در دنیای واقعی بیرون می‌آید. فرض کنید روزی بتوانیم سفینه‌ای بسازیم که با سرعتی بسیار نزدیک به سرعت نور حرکت کند. برای سرنشینان سفینه، زمان آهسته‌تر از افرادی خواهد گذشت که روی زمین باقی مانده‌اند. اگر سفینه پس از مدتی به زمین بازگردد، ممکن است سرنشینان جوان‌تر از کسانی باشند که در زمین مانده‌اند. این همان ایده معروف پارادوکس دوقلوها در نسبیت است. بنابراین، در معنای فیزیکی، می‌توان گفت حرکت بسیار سریع می‌تواند نوعی سفر یک‌طرفه به آینده ایجاد کند.

گفتنی است حتی فناوری امروزی نیز ناچار است این تفاوت زمانی را در نظر بگیرد. ساعت‌های اتمی موجود در ماهواره‌هایسامانه  جی پی اس به دلیل سرعت حرکت و تفاوت میدان گرانشی، با ساعت‌های روی زمین دقیقاً یکسان کار نمی‌کنند. این اختلاف باید در سامانه  موقعیت یاب جهانی اصلاح شود؛ در غیر این صورت، موقعیت‌یابی ماهواره‌ای با خطا مواجه خواهد شد. . مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا توضیح می‌دهد که ترکیب دو اثر نسبیتی باعث می‌شود ساعت‌های جی پی اس در مجموع حدود ۳۸ میکروثانیه در روز سریع‌تر از ساعت‌های روی زمین کار کنند.  اما بخش دشوار ماجرا سفر به گذشته است.

نسبیت عام اینشتین اجازه می‌دهد برخی هندسه‌های بسیار خاص فضا ـ زمان، از نظر ریاضی مسیرهایی موسوم به منحنی‌های زمان‌مانند بسته داشته باشند؛ مسیرهایی که در چارچوب نظری می‌توانند یک ناظر را به رویدادی در گذشته برسانند. برخی مدل‌های نظری نیز کرم‌چاله‌ها را در ارتباط با چنین امکان‌هایی بررسی کرده‌اند. اما وجود یک راه‌حل ریاضی در معادلات نسبیت به معنای آن نیست که چنین ساختاری در جهان واقع وجود دارد یا اینکه بشر می‌تواند آن را بسازد و از آن عبور کند.

مشکل دیگر، مسئله علیت است. اگر سفر به گذشته ممکن باشد، پرسش‌هایی مانند «آیا می‌توان علت یک رویداد را از بین برد؟» یا همان پارادوکس‌های معروف سفر در زمان مطرح می‌شوند. استیون هاوکینگ نیز در مقاله معروف خود درباره فرضیه حفاظت از گاه‌شماری (Chronology Protection Conjecture) استدلال کرد که ممکن است قوانین فیزیک به‌گونه‌ای عمل کنند که از شکل‌گیری مسیرهایی که امکان سفر به گذشته را فراهم می‌کنند جلوگیری شود. با این حال، این موضوع هنوز یک مسئله حل‌شده تجربی نیست.

بنابراین پاسخ علمی به پرسش «آیا سفر در زمان ممکن است؟» یک بله یا خیر ساده نیست. ما می‌دانیم که زمان مطلق نیست و سرعت و گرانش واقعاً بر نرخ گذر آن تأثیر می‌گذارند. این اثر با ساعت‌های اتمی بارها آزمایش شده و حتی در فناوری‌هایی مانند  جی پی اس کاربرد عملی دارد. از این نظر، سفر نسبیتی به آینده یک پدیده واقعی فیزیکی است؛ هرچند دستیابی انسان به سرعت‌های لازم برای ایجاد اختلاف زمانی بزرگ، با فناوری کنونی بسیار دور از دسترس است.

اما درباره بازگشت فیزیکی به گذشته، وضعیت کاملاً متفاوت است: برخی معادلات فیزیک نظری چنین امکان‌هایی را مطرح می‌کنند، ولی تاکنون هیچ شواهد تجربی معتبری از امکان تحقق آن در جهان واقعی نداریم. بنابراین، «ماشین زمان» به معنای رایج آن هنوز در قلمرو داستان‌های علمی ـ تخیلی قرار دارد؛ در حالی که بخش کوچکی از چیزی که آن را «سفر در زمان» می‌نامیم، همین امروز در آزمایشگاه‌ها و حتی در فناوری‌های روزمره ما مشاهده می‌شود.

گزارش: نیروانا محمدحسینی