تصاویر؛ حل بزرگ‌ترین معمای هستی: آیا زمان یک توهم است؟

زمان مفهومی است که هر روز با آن سروکار داریم. هر دقیقه ۶۰ ثانیه، هر ساعت ۶۰ دقیقه و هر روز ۲۴ ساعت است. ما در دل یک ساختار خطی از زمان زندگی می‌کنیم؛ چیزی که آن را به‌عنوان «زمان خطی» می‌شناسیم. از کودکی با این نظم بزرگ می‌شویم و ناخودآگاه باور می‌کنیم که زمان همیشه همین‌گونه پیش می‌رود: از گذشته به آینده، بی‌وقفه و بدون بازگشت.

حالا تصور کنید کسی در خیابان از شما بخواهد زمان را روی کاغذ بکشید. احتمالاً تصویری از یک ساعت، یک عقربه‌ی در حال حرکت یا شاید تقویمی با روزهایی که یکی‌یکی خط خورده‌اند، ترسیم می‌کنید. اما واقعیت آن است که این‌ها تنها نمادهایی از گذر زمان هستند؛ نشانه‌هایی که ما برای درک بهتر این پدیده‌ی نادیدنی ساخته‌ایم. این تصاویر، تنها سطحی‌ترین برداشت‌های ما از چیزی هستند که شاید بسیار عمیق‌تر و رازآلودتر از آن باشد که تصور می‌کنیم.

برای درک بهتر مفهوم زمان، تصور کنید در فضای کاملاً خالی و بی‌نشانِ کیهان معلق شده‌اید؛ جایی که نه بالا وجود دارد، نه پایین، نه چپ و نه راست. در چنین شرایطی، هیچ راهی برای تشخیص جهت‌های مکانی ندارید؛ اما درباره‌ی زمان، ماجرا متفاوت است. زمان همیشه جهت دارد و ما آن را به‌خوبی احساس می‌کنیم. می‌دانیم که از گذشته آمده‌ایم، اکنون را تجربه و به‌سمت آینده حرکت می‌کنیم.

ما ویژگیِ یک‌طرفه‌بودن زمان را در زندگی روزمره پذیرفته‌ایم. زمان، برای ما همیشه از گذشته به آینده می‌رود، هرگز برنمی‌گردد و هیچ راهی برای تجربه‌ی دوباره‌ی لحظات از‌دست‌رفته وجود ندارد؛ اما وقتی وارد دنیای کوانتومی ذرات بنیادی می‌شویم، تصویر کاملاً متفاوتی از زمان نمایان می‌شود.

دانشمندان، این گذار از تقارن زمانی در دنیای کوانتومی به ناسازگاری زمانی در دنیای کلاسیک را «پیدایش پیکان زمان» می‌نامند؛ اما پرسش اساسی اینجاست: این تغییر دقیقاً در کجا و چگونه اتفاق می‌افتد؟ چرا با اینکه قوانین بنیادین طبیعت، زمان را به عقب و جلو یکسان می‌بینند، ما در زندگی واقعی فقط حرکت به‌سمت آینده را تجربه می‌کنیم؟

آیا پیکان زمان واقعاً ویژگی ذاتیِ طبیعت است، یا چیزی‌ است که از تعامل ما با محیط و از فرایندهای ترمودینامیکی و آنتروپی سرچشمه می‌گیرد؟ و از آن مهم‌تر: آیا این جریان همیشگی رو به جلو، تا ابد ادامه خواهد داشت؟

برای درک علت یک‌سویه‌بودن زمان و اینکه چرا همواره به‌سوی آینده حرکت می‌کند، باید به سراغ فرایندهای برگشت‌ناپذیر در طبیعت برویم. یکی از بنیادی‌ترین این فرایندها، مفهومی کلیدی در علم ترمودینامیک به‌نام آنتروپی است.

آنتروپی در تعریف ساده، معیاری از میزان بی‌نظمی یا تعداد حالت‌های ممکن برای آرایش اجزای یک سیستم است. هرچه یک سیستم، آشفته‌تر و غیرقابل‌ پیش‌بینی‌تر باشد، آنتروپی آن بالاتر خواهد بود. اما در نگاه دقیق‌تر، آنتروپی به میزان اطلاعاتی اشاره دارد که برای توصیف کامل وضعیت میکروسکوپی سیستم نیاز داریم.

برای درک بهتر مفهوم آنتروپی، تصور کنید وارد اتاقی منظم و مرتب می‌شوید. توصیف آن ساده است: یک صندلی در سمت راست، آباژوری کنار پنجره و پرده‌ای صاف و مرتب پشت آن قرار دارد. اما حالا همان اتاق را به‌صورت به‌هم‌ریخته تصور کنید: پیراهنی سبز به‌طور نامنظم روی دسته‌ی صندلی و پیراهن آبی روی آن افتاده است. در این حالت، برای توصیف دقیق وضعیت اتاق، باید جزئیات بیشتری را بیان کنید. هرچه بی‌نظمی بیشتر شود، توصیف آن دشوارتر و نیازمند اطلاعات بیشتری می‌شود و این دقیقاً یعنی آنتروپی بیشتر.

همین اصل در مقیاس کیهانی نیز وجود دارد. در لحظه‌ی بیگ‌بنگ، تمام ماده‌ی جهان در نقطه‌ای بسیار فشرده، همگن و منظم، متمرکز بود؛ حالتی با آنتروپی فوق‌العاده پایین. اما از آن زمان تاکنون، جهان به‌طور پیوسته در حال انبساط و پراکندگی و در نتیجه، آنتروپی آن دائماً رو به افزایش است.

برای درک بهتر، تصور کنید تمام جوراب‌های جهان را درون یک کشوی کوچک و منظم قرار داده‌اید. دقیقاً می‌دانید هر جفت کجا قرار دارد؛ اما اگر همان جوراب‌ها را به اطراف اتاق پرتاب کنید، نظم اولیه از بین می‌رود و توصیف موقعیت هر جوراب بسیار دشوارتر می‌شود. هرچه این بی‌نظمی بیشتر شود، سیستم پیچیده‌تر و آنتروپی بالاتر خواهد بود.

قانون دوم ترمودینامیک بیان می‌کند که در هر فرایند طبیعی و خودبه‌خودی، آنتروپی یک سیستم بسته هرگز کاهش نمی‌یابد. این مقدار یا ثابت می‌ماند (مثلاً در حالت تعادل) یا به‌طور اجتناب‌ناپذیر افزایش پیدا می‌کند.

البته در تئوری، برگشت به وضعیت اولیه ممکن است، اما احتمال آن از نظر آماری تقریباً صفر است. یعنی نه اینکه برگشت‌پذیری مطلقاً ممنوع باشد، بلکه آنقدر احتمالش کم است که در واقعیت هرگز رخ نمی‌دهد. همین نابرابری آماری و تمایل طبیعی سیستم‌ها به سمت بی‌نظمی بیشتر، پایه‌ی مفهوم پیکان زمان است.

پیکان زمان، همان جهت‌مندی قابل‌ تشخیص زمان است که همواره از گذشته به آینده حرکت می‌کند. اگر آنتروپی وجود نداشت یا تغییری در وضعیت جهان رخ نمی‌داد، هیچ تفاوتی میان گذشته و آینده نبود. در چنین جهانی، سال ۲۰۱۷ هیچ تفاوتی با یک میلیارد سال بعد نداشت. اما واقعیت این است که آنتروپی پیوسته در حال افزایش است، و همین افزایش، زمان را به جلو می‌راند. به‌ همین دلیل زندگی ما ساختاری مشخص دارد: متولد می‌شویم، زندگی می‌کنیم، و در نهایت می‌میریم.

حالا سؤال مهمی مطرح می‌شود: آیا افزایش آنتروپی واقعاً باعث حرکت زمان به جلو می‌شود؟ یا برعکس، این جریان زمان است که جهت آنتروپی را تعیین می‌کند؟ ما می‌دانیم که آنتروپی و زمان به‌نوعی به هم مرتبط‌ هستند، اما هنوز مشخص نیست کدام‌یک علت و کدام‌یک معلول‌اند.

آنتروپی به ما نشان می‌دهد که می‌توان تخم‌مرغ را شکست و هم زد، اما نمی‌توان آن را به حالت اولیه‌اش بازگرداند. وقتی تخم‌مرغ مخلوط می‌شود، به وضعیتی آشفته‌تر و بی‌نظم‌تر می‌رسد که برگشت‌پذیری در آن عملاً ممکن نیست. این روند، طبیعی و بدیهی به‌نظر می‌رسد.

اما حالا تصور کنید فیلمی از همین فرایند را به عقب پخش کنیم. در آن صورت، می‌بینیم که تخم‌مرغِ هم‌زده آرام‌آرام به شکل اولیه‌اش بازمی‌گردد؛ انگار زمان وارونه شده است. این مثال ساده، ما را با پرسشی اساسی روبه‌رو می‌کند: زمان و آنتروپی، کدام علت و کدام معلول هستند؟ پاسخ به این پرسش، به قلب یکی از رازهای بنیادین فیزیک می‌رسد: رابطه‌ی دقیق بین زمان و آنتروپی و اینکه کدام‌یک منشأ دیگری‌ است.

مقاله‌ی اسمولین درباره‌ی مفهوم زمان

از نگاه اسمولین، گذشته کاملاً کلاسیکی است؛ یعنی رویدادهایی که در گذشته اتفاق افتاده‌اند، قطعی‌ و تغییرناپذیر هستند و احتمال، دیگر جایی در آن‌ها ندارد. این رویدادها به‌شکل واقعیت‌های مشخص در حافظه‌ی جهان ثبت شده‌اند و نمی‌توان آن‌ها را رخ‌نداده تلقی کرد. در مقابل، آینده هنوز کوانتومی است؛ مجموعه‌ای از امکان‌ها، احتمالات و مسیرهایی که هنوز به واقعیت تبدیل نشده‌اند.

او باور دارد که لحظه‌ی حال، جایی است که این گذار شگفت‌انگیز رخ می‌دهد: احتمالات کوانتومیِ آینده در لحظه‌ی حال، به رخدادهای قطعیِ گذشته تبدیل می‌شوند. به‌عبارت دیگر، ما درست در مرز تبدیل امکان به دانش قطعی زندگی می‌کنیم. مرزی که اسمولین آن را خط جداکننده‌ی زمان می‌نامد؛ همان چیزی که پیکان زمان را شکل می‌دهد.

پس در نگاه اسمولین، آنچه زمان را به جلو می‌راند، همین تبدیل پیوسته‌ی آینده‌ی کوانتومی به گذشته‌ی کلاسیکی است. ازآنجاکه گذشته‌ی کلاسیک، قطعی و ثبت‌شده است و دیگر نمی‌توان آن را ناشناخته یا نادیده گرفت، برگشت‌پذیری زمان معنا ندارد. البته باید گفت که این نظریه نه یک اصل تثبیت‌شده، بلکه یک فرضیه‌ است. هم دیدگاه اسمولین و هم تفسیرهای مبتنی‌بر ارتباط آن با اطلاعات و آنتروپی، هنوز در حد پیشنهاد و خوراک فکری قرار دارند.

ما هنوز دقیقاً نمی‌دانیم زمان چیست، اما آیا زمان تا ابد به جلو حرکت خواهد کرد؟ برای پاسخ به این پرسش، باید مفهوم آنتروپی را دقیق‌تر بررسی کنیم. آنتروپی فقط نشان‌دهنده‌ی بی‌نظمی نیست، بلکه بیانگر فرسایش تدریجی انرژی مفید در جهان نیز است.

هرجا انرژی به کار گرفته می‌شود، بخشی از آن به شکل‌هایی تبدیل می‌شود که دیگر قابل استفاده نیستند. مثلاً بنزین پس از سوختن، به گرما و دود تبدیل می‌شود یا بدن انسان قند را می‌سوزاند و گرما تولید می‌کند. در همه‌ی این فرایندها، انرژی مفید کاهش می‌یابد و آنتروپی بیشتر می‌شود، روندی یک‌طرفه که در مقیاس کیهانی هم جریان دارد. اینجاست که به یکی از پیش‌بینی‌های شگفت‌انگیز فیزیک می‌رسیم: مرگ حرارتی جهان.

اگر آنتروپی به‌صورت پیوسته افزایش یابد و انرژی مفید به‌طور کامل از بین برود، جهان به مرحله‌ای می‌رسد که دیگر در آن هیچ فرایندی رخ نمی‌دهد؛ نه حرکت، نه واکنش، نه حتی آگاهی. همه‌چیز در سکون فرو می‌رود. در چنین جهانی، که هیچ تغییری در آن رخ نمی‌دهد، آیا هنوز می‌توان گفت زمان در حال گذر است؟ پاسخش را هنوز نمی‌دانیم. شاید در جهانی که هیچ چیز در آن تغییر نمی‌کند، دیگر چیزی به‌نام زمان هم معنایی نداشته باشد.

شاید درک ما از زمان در آستانه‌ی یک تغییر بزرگ باشد. پژوهش‌های تازه نشان می‌دهند که زمان، برخلاف چیزی که همیشه فکر می‌کردیم، ممکن است یکی از اجزای اصلی جهان نباشد. شاید زمان چیزی باشد که از رفتارهای پیچیده‌ی دنیای کوانتوم به‌وجود می‌آید. این نگاه جدید، تصور ما از جهان را به چالش می‌کشد و می‌تواند تأثیرهای مهمی بر فیزیک و درک ما از واقعیت داشته باشد.

تا مدت‌ها، زمان همچون رودخانه‌ای یکنواخت و بی‌وقفه تصور می‌شد که از گذشته به سوی حال و آینده جریان دارد. در نگاه کلاسیک، زمان یک بستر مطلق و جدا از همه‌چیز بود، زمینه‌ای ثابت که رویدادها در آن رخ می‌دهند، بدون آنکه ناظر یا محتوای رویدادها نقشی در آن داشته باشند. این دیدگاه را آیزاک نیوتن پایه‌گذاری کرد. او زمان را «مطلق، حقیقی و ریاضیاتی» می‌دانست؛ پدیده‌ای مستقل که با سرعتی ثابت، بی‌تأثیر از جهان، پیش می‌رود؛ اما این تصویر، اوایل قرن بیستم و با ورودِ آلبرت اینشتین، دگرگون شد.

در نظریه‌ی نسبیت خاص، اینشتین نشان داد که زمان مفهومی مطلق نیست، بلکه به وضعیت حرکت ناظر بستگی دارد. هرچه سرعت یک جسم به سرعت نور نزدیک‌تر شود، گذر زمان برای آن کندتر خواهد شد، پدیده‌ای که به آن اتساع زمان (Time Dilation) گفته می‌شود.

هم در نگاه نیوتن و هم در نظریه‌ی اینشتین، زمان همچنان یکی از عناصر بنیادی طبیعت به‌شمار می‌آید. چه آن را مطلق بدانیم، چه نسبی، در هر دو دیدگاه این فرض وجود دارد که «زمان واقعاً وجود دارد» و بستر اصلی تمام تحولات جهان است.

اما فیزیک کوانتوم، چالش تازه‌ای را مطرح می‌کند: شاید زمان، مانند دما یا فشار، چیزی نباشد که خودش به‌تنهایی وجود داشته باشد، بلکه نتیجه‌ی رفتار جمعی و پیچیده‌ی اجزای کوچک‌تر طبیعت باشد. در این صورت، در مقیاس زیراتمی شاید اصلاً چیزی به‌نام «زمان» به معنای آشنای ما وجود نداشته باشد و اینجاست که همه‌چیز تغییر می‌کند.

در نظریه‌ی ریسمان، ذرات بنیادی دیگر نقطه‌هایی بدون بعد نیستند، بلکه ریسمان‌های کوچکی در حال نوسان‌ هستند. این نوسانات، ویژگی‌های مختلف ذرات مانند جرم و بار را تعیین می‌کنند. اما نکته‌ی جالب‌تر آن است که در برخی نسخه‌های این نظریه، خودِ زمان نیز یک ویژگی از پیش‌موجود در جهان نیست، بلکه می‌تواند از همین الگوهای ارتعاشی ریسمان‌ها به‌وجود آمده باشد. به‌ عبارت دیگر، چیزی که ما به‌عنوان فضا-زمان می‌شناسیم، احتمالاً نتیجه‌ی رفتار ریسمان‌هایی در ابعاد بالاتر باشد؛ رفتاری که تجربه‌ی ما از زمان را شکل می‌دهد.

در نظریه‌ی گرانش کوانتومی حلقه‌ای، فضا و زمان پیوسته و صاف نیستند، بلکه از بخش‌های گسسته و دانه‌دانه تشکیل شده‌اند، مثل پیکسل‌های یک تصویر دیجیتال. در این چارچوب، زمان نه چیزی جاری و پیوسته، بلکه نتیجه‌ی کنش‌های این «دانه‌های فضا-زمان» است که طی برهم‌کنش‌های آن‌ها، تجربه‌ی گذر زمان به‌وجود می‌آید.

در بیشتر معادلات مکانیک کوانتومی، زمان تنها یک پارامتر بیرونی است، یعنی خودش وارد دینامیک سیستم نمی‌شود و فقط به‌عنوان پس‌زمینه‌ای ثابت برای محاسبه‌ی تغییرات عمل می‌کند. در این چارچوب، زمان تغییر نمی‌کند و بر چیزی هم اثر نمی‌گذارد؛ صرفاً بستری است که در آن احتمال رویدادها بالا و پایین می‌رود. اما این نگاه، با آنچه در نظریه‌ی نسبیت می‌بینیم، تفاوتی بنیادین دارد.

در نسبیت، زمان بخشی از ساختار فضا-زمان است؛ عنصری پویا که تحت‌تأثیر جرم، انرژی و حرکت تغییر می‌کند. این اختلاف عمیق میان دو ستون اصلی فیزیک، یکی از بزرگ‌ترین معماهای علم مدرن را شکل می‌دهد.

درهم‌تنیدگی، یکی از عجیب‌ترین پدیده‌های دنیای کوانتومی است. وقتی دو ذره درهم‌تنیده می‌شوند، دیگر نمی‌توان به‌طور مستقل درباره‌ی وضعیت هرکدام صحبت کرد؛ وضعیت یکی به‌صورت آنی بر دیگری تأثیر می‌گذارد، حتی اگر در دو سوی کهکشان باشند. اینشتین این رفتار را «عمل شبح‌گونه از راه دور» نامید و با شک به آن نگاه کرد، اما امروزه آزمایش‌ها بارها آن را تأیید کرده‌اند.

اگر بپذیریم که زمان از درهم‌تنیدگی کوانتومی سرچشمه می‌گیرد، این ایده می‌تواند پیامدهای عمیقی برای علم و فناوری داشته باشد. در رایانش کوانتومی و نظریه‌ی اطلاعات، شاید بتوان اطلاعات را نه با تکیه بر توالی زمانی، بلکه از طریق الگوهای همبستگی میان ذرات پردازش کرد، رویکردی که می‌تواند افق‌های تازه‌ای در فناوری بگشاید.

ایده‌ی به‌ وجود آمدن زمان از چیزی عمیق‌تر، فقط یک نظریه‌ی فیزیکی نیست، بلکه ضربه‌ای اساسی به بسیاری از باورهای قدیمی ما درباره‌ی واقعیت است. این نگاه، ما را وادار می‌کند تا با پرسش‌هایی جدی درباره‌ی ماهیت جهان، علیت و حتی آگاهی روبه‌رو شویم.

ما معمولاً جهان را به‌صورت یک خط زمانیِ در حال حرکت درک می‌کنیم: گذشته‌ای که گذشته، حالی که در آن هستیم و آینده‌ای که هنوز نیامده؛ اما اگر زمان واقعاً از دل همبستگی‌های کوانتومی شکل بگیرد، ممکن است واقعیت چیزی شبیه به یک بلوک ایستا باشد؛ جایی که همه‌ی لحظه‌ها، همزمان و هم‌ارزش‌ هستند و فقط ذهن ما است که یک حال را تجربه می‌کند.

در چنین جهانی، چیزی به‌نام جریان زمان، صرفاً یک تجربه‌ی ذهنی است. احساس ما از حرکت رویدادها در زمان، شاید فقط حاصل نحوه‌ی پردازش اطلاعات در مغز ما باشد، نوعی فیلتر شناختی برای درک بهتر دنیایی که ذاتاً ایستا است. این برداشت می‌تواند تأثیرات عمیقی بر تلاش‌های دانشمندان برای اتحاد نظریه‌ی کوانتوم و نسبیت عام بگذارد.

در نظریه‌ی نسبیت عام، زمان یک موجودیت پویا و قابل‌ تأثیر است، چیزی که توسط گرانش خم می‌شود، کش می‌آید یا حتی کند می‌گذرد. اما در مکانیک کوانتومی، ماجرا کاملاً فرق دارد. اینجا زمان صرفاً یک پارامتر خارجی‌ به‌شمار می‌آید؛ چیزی که خودش تغییر نمی‌کند، بلکه تغییرات سیستم در چارچوب آن رخ می‌دهد.

این دو دیدگاه، از اساس با یکدیگر ناسازگارند. اما حالا نظریه‌های نوظهوری مانند نظریه‌ی ریسمان و گرانش کوانتومی حلقه‌ای (Loop Quantum Gravity)، پنجره‌ای جدید به روی مفهوم زمان گشوده‌اند، پنجره‌ای که شاید ما را به درک عمیق‌تری از جهان هدایت کند.

برخی نظریه‌ها پیشنهاد می‌کنند که آنچه ما به‌عنوان جریان زمان یا رابطه‌ی علت و معلول تجربه می‌کنیم، نه بازتابی از واقعیت بیرونی، بلکه ساخته‌ی ذهن ما است. به‌بیان ساده‌تر، شاید ما در جهانی زندگی می‌کنیم که در ذات خود بی‌زمان است، اما مغز ما با چیدن رویدادها در یک خط داستانیِ گذشته، حال و آینده، به آن معنا می‌بخشد.

مطالعات عصب‌شناسی نشان داده‌اند که مغز ما اطلاعات حسی را طوری سازمان می‌دهد که از دل آن، یک روایت منسجم زمانی بسازد. این «سفر ذهنی در زمان» نه‌تنها پایه‌ی تجربه‌ی ما از واقعیت است، بلکه برای بقا حیاتی است: به ما کمک می‌کند تهدیدها را پیش‌بینی کنیم، تصمیم بگیریم و برای آینده برنامه‌ریزی کنیم.

اگر زمان فقط یک سازوکار ذهنی برای بقا و نه یک ویژگی بنیادی طبیعت باشد، آنگاه باید دوباره درباره‌ی رابطه‌ی آگاهی و جهان فیزیکی فکر کنیم. آیا درک ما از زمان، فقط یک «مکانیزم بقا» است و نه واقعیتی عینی؟ و اگر چنین باشد، چه بلایی سر مفاهیمی مثل اراده‌ی آزاد و علیت می‌آید؟

بااین‌حال، هیچ‌کدام از این دیدگاه‌ها هنوز پاسخ قطعی به چیستی زمان نمی‌دهند. اگر زمان واقعاً پدیده‌ای پدیدارشونده باشد، نه‌تنها باید فیزیک را بازنویسی کنیم، بلکه مفاهیمی مانند آگاهی، علیت و اختیار را نیز باید از نو بفهمیم. شاید روزی برسد که بتوانیم زمان را نه فقط اندازه بگیریم، بلکه واقعاً بفهمیم. در آن روز، درک ما از جهان و از خودمان، برای همیشه تغییر خواهد کرد.

منبع: خبرآنلاین