یک فیزیکدان با ارائه اثباتی ریاضی در سه خط، نشان داده است که در طیف گسترده‌ای از جهان‌های فرضی، بازگشت به گذشته و تشکیل حلقه‌های زمانی امکان‌پذیر نیست؛ هرچند برخی ساختارهای پیچیده فضازمان همچنان می‌توانند راه فراری برای این فرضیه باقی بگذارند.
به گزارش سیناپرس، سفر در زمان همواره یکی از جذاب‌ترین موضوعات در داستان‌های علمی‌تخیلی و فیزیک نظری بوده است؛ اما آیا قوانین طبیعت واقعاً اجازه بازگشت به گذشته را می‌دهند؟ پژوهشی تازه با استفاده از یک معادله ریاضی قدیمی، استدلالی ساده برای رد امکان سفر در زمان در طیف گسترده‌ای از جهان‌های فرضی ارائه کرده است.
هونگ‌شنگ ژانگ، فیزیکدان دانشگاه جینان چین، در این پژوهش از معادله‌ای موسوم به «معادله ایکونال نوری» (Null Eikonal Equation) استفاده کرده است؛ ابزاری ریاضی که پیش‌تر برای مطالعه انتشار نور به کار می‌رفت.نکته جالب این پژوهش آن است که اثبات اصلی تنها در سه خط ریاضی ارائه شده و برای رسیدن به نتیجه، به محاسبات پیچیده مربوط به انرژی‌های عجیب، اثرات کوانتومی یا سیاه‌چاله‌ها نیاز ندارد.
چرا بازگشت به گذشته از نظر ریاضی ناممکن می‌شود؟
اساس استدلال ژانگ بر یک ویژگی هندسی از فضازمان استوار است: جهت حرکت نور نمی‌تواند بر جهت حرکت زمانی یک ذره یا مسافر فرضی در زاویه ۹۰ درجه عمود باشد.از این ویژگی می‌توان نتیجه گرفت که کمیتی ریاضی در طول هر مسیر ممکن همواره افزایش می‌یابد. بنابراین، هیچ مسیری نمی‌تواند دوباره به رویداد آغازین خود بازگردد.
به بیان ساده، اگر حرکت در جهان همواره با افزایش این کمیت همراه باشد، بازگشت به نقطه آغاز و تشکیل یک حلقه زمانی امکان‌پذیر نخواهد بود. در چنین شرایطی، حرکت فقط به سمت آینده انجام می‌شود و هیچ مسیر مستقیمی برای بازگشت به گذشته وجود ندارد.
ژانگ معتقد است نکته شگفت‌انگیز این اثبات، سادگی آن است؛ زیرا برای رد حلقه‌های زمانی به مجموعه‌ای از محاسبات پیچیده نیاز نیست و هندسه جهت‌ها به‌تنهایی می‌تواند نتیجه را مشخص کند.
آیا همه نظریه‌های سفر در زمان رد شده‌اند؟
خیر. این پژوهش در واقع چهارمین چارچوب ریاضی برای بررسی ممنوعیت حلقه‌های زمانی را به مجموعه معیارهای پیشین اضافه می‌کند.
در فیزیک نظری، سه دسته معیار دیگر نیز برای بررسی امکان سفر در زمان مطرح شده‌اند:
- معیارهای تابع زمان: اگر بتوان در سراسر جهان ساعتی فرضی تعریف کرد که در تمام مسیرهای ممکن همواره رو به جلو حرکت کند، تشکیل حلقه زمانی منتفی می‌شود.
- معیارهای انرژی: بر اساس برخی شرایط انرژی، تشکیل حلقه‌های زمانی به ویژگی‌هایی مانند انرژی منفی یا ماده عجیب نیاز دارد که وجود و امکان تحقق آن‌ها همچنان محل بحث است.
- معیارهای توپولوژیک: این معیارها به شکل و ساختار اتصال بخش‌های مختلف فضازمان می‌پردازند و بررسی می‌کنند که آیا هندسه کلی جهان اجازه بازگشت به نقطه‌ای در گذشته را می‌دهد یا خیر.
پژوهش جدید نیز با ارائه یک معیار جبری تازه، امکان بررسی ساده‌تر برخی سناریوهای فرضی سفر در زمان را فراهم می‌کند.
دو راه احتمالی برای فرار از ممنوعیت سفر در زمان
با وجود این اثبات، ژانگ دو وضعیت را مطرح می‌کند که ممکن است امکان تشکیل حلقه‌های زمانی را از نظر ریاضی باز بگذارند.نخست، پیچ‌خوردگی یا تغییر شکل غیرمعمول فضازمان در اطراف اجرام بسیار چرخان، مانند سیاه‌چاله‌هاست؛ وضعیتی که می‌تواند ساختار فضازمان را به شکلی پیچیده تغییر دهد.دوم، احتمال دارد ساختار توپولوژیک کل جهان به‌گونه‌ای باشد که فضازمان به شکلی غیرمنتظره به خودش بازگردد و مسیرهایی حلقوی ایجاد کند.بنابراین، این پژوهش به معنای رد قطعی تمام نظریه‌های سفر در زمان نیست، بلکه نشان می‌دهد در چه شرایطی و با چه ویژگی‌های هندسی می‌توان تشکیل حلقه‌های زمانی را ناممکن دانست.
ژانگ در توضیح اهمیت این نتیجه می‌گوید این روش به‌جای تقسیم فضازمان بر اساس لحظه‌های زمانی، آن را بر مبنای ساختار هندسی نور بررسی می‌کند؛ رویکردی که به تعریف ساعت یا انتخاب یک ناظر وابسته نیست.
این پژوهش هنوز داوری علمی نشده و به‌صورت پیش‌چاپ در پایگاه arXiv منتشر شده است. از این رو، نتایج آن فعلاً باید در چارچوب یک استدلال نظری و ریاضی بررسی شوند، نه اثبات تجربی ناممکن‌بودن سفر در زمان در جهان واقعی.