از مردمان ویکتوریایی گذرنده از عصر ملکه ویکتوریا به زمان ما تا نوجوانان مسافر زمان از طریق باجه تلفن عمومی، واژه مسافرت در زمان اغلب تصورات شگفت‌انگیز ما را از آنچه به حرکت در بعد چهارم معنا می‌دهد، برمی‌انگیزد (اشاره به آثار سینمایی علمی-تخیلی که افراد از طریق باجه تلفن یا روش‌های دیگر، از دورانی به دوران دیگر منتقل می‌شوند-م). البته برای سفر در طول سال‌ها نیازی به ماشین زمان یا یک کرم‌چاله پیچیده نیست.
همان‌طور که احتمالاً متوجه شده‌اید، همه ما دائماً درگیر عمل مسافرت در زمان هستیم. در پایه‌ای‌ترین حالت، زمان نرخ تغییر در جهان است؛ و خواه ناخواه، ما همواره در حال تغییر هستیم. ما پیر می‌شویم، سیارات به دور خورشید می‌چرخند و چیزها از هم می‌پاشند.
ما گذر زمان را برحسب ثانیه، دقیقه، ساعت و سال اندازه می‌گیریم، اما این به معنای آن نیست که زمان با نرخی ثابت جریان دارد. در واقع، نظریه نسبیت اینشتین تعیین می‌کند که زمان یک پارامتر جهانی نیست. درست همان‌طور که آب رودخانه بر حسب اندازه مسیر خود، تندتر یا کندتر جریان می‌یابد، زمان با نرخ‌های متفاوت در مکان‌های مختلف سیر می‌کند. به عبارت دیگر، زمان نسبی است.
اما چه چیزی این نوسان در طول سفر یک‌طرفه ما از گهواره تا گور را موجب می‌شود؟ همه چیز به رابطه بین زمان و فضا بر می‌گردد. انسان‌ها با سه بعد فضایی طول، عرض و عمق خوش بودند. تا اینکه زمان به عنوان مهم‌ترین بعد چهارم به این جمع پیوسته است. زمان بدون فضا وجود ندارد، و فضا بدون زمان وجود ندارد. این دو به عنوان یک واحد وجود دارند: پیوستگی فضا-زمان. هر رویدادی که در جهان رخ می‌دهد، باید هم فضا و هم زمان را در برگیرد.
در این مقاله، به روش‌های واقعی و روزمره مسافرت در زمان در جهان خود، و نیز به برخی از روش‌های دست‌نیافتنی‌تر برای سفر در بعد چهارم خواهیم پرداخت.
جالب است بدانید!
آیا می‌دانستید که دستگاه‌های GPS شما محاسبات سفر در زمان انجام می‌دهند تا به شما در حرکت در شهر کمک کنند؟ درست است! ساعت‌های ماهواره‌های GPS به دلیل جابه‌جایی فرکانسی ناشی از گرانش، روزانه حدود ۳۸ ثانیه بیشتر از ساعتی واقع در روی زمین طولانی‌تر هستند. آنها با استفاده از محاسبات مسافرت در زمان این اختلاف را جبران می‌کنند، در غیر این صورت می‌توانستند از موقعیت و زمان فعلی شما بسیار عقب بمانند.
سفر در زمان به سمت آینده
اگر می‌خواهید کمی سریع‌تر از دیگران عمرتان بگذرد، باید از فضا-زمان استفاده کنید. ماهواره‌های تعیین موقعیت جهانی هر روز این کار را انجام می‌دهند و به صورت روزانه یک سوم از یک میلیاردم ثانیه به سنشان اضافه می‌کنند. زمان در مدار سریع‌تر می‌گذرد، زیرا ماهواره‌ها از زمین فاصله بیشتری دارند. در اینجا، روی سطح زمین، جرم سیاره بر زمان کشش وارد کرده و آن را به میزان کمی کند می‌کند.
ما این اثر را انبساط زمانی ناشی از گرانش می‌نامیم. بر اساس نظریه نسبیت عام اینشتین (Einstein’s theory of general relativity)، گرانش یک پیچش در فضا-زمان است و ستاره‌شناسان به طور منظم این پدیده را هنگام مطالعه حرکت نور در نزدیکی اشیای دارای جرم کافی مشاهده می‌کنند. به‌ویژه خورشیدهای بسیار بزرگ می‌توانند باعث خمیدگی پرتوی نور به طریقی شوند که ما آن را اثر عدسی گرانشی (gravitational lensing effect) می‌نامیم.
این چه ربطی به زمان دارد؟ به یاد داشته باشید: هر رویدادی که در جهان رخ می‌دهد باید هم شامل فضا و هم زمان باشد. گرانش تنها بر فضا تأثیر نمی‌گذارد، بلکه بر زمان نیز اثر می‌گذارد.
شما نمی‌توانید تغییرات جزئی در جریان زمان را متوجه شوید، اما یک جسم با جرم کافی باعث تفاوت بزرگی می‌شود – مثل سیاهچاله ابرسنگین قوس A (supermassive black hole Sagittarius A) در مرکز کهکشان ما. در این نقطه (این سیاهچاله)، جرم ۴ میلیون خورشید به صورت یک نقطه بی نهایت متراکم به نام تکینگی (singularity) وجود دارد (منبع: NASA). اگر برای مدتی این سیاهچاله را دور بزنید (بدون اینکه در آن بیفتید)، زمان را با نصف سرعت زمین تجربه خواهید کرد. به عبارت دیگر، به دلیل انبساط زمانی، یک سفر ۵ ساله برای شما به یک دهه در زمین تبدیل خواهد شد (منبع: Davies).
سرعت هم در نرخی که زمان را تجربه می‌کنیم، نقش دارد. هرچه به حد نهایی سرعت نور که البته هیچ‌گاه نمی‌توان آن را شکست، نزدیک‌تر شوید، زمان آهسته‌تر می‌گذرد. برای مثال، عقربه‌های ساعت در قطار در حال حرکت، کندتر از ساعت ثابت حرکت می‌کنند. بدن انسان تفاوت را احساس نمی‌کند، اما در پایان سفر، ساعت متحرک با تفاوت یک میلیاردم ثانیه کند شده است. اگر چنین قطاری بتواند ۹۹.۹۹۹ درصد سرعت نور را به دست آورد، تنها یک سال برای آن طی خواهد شد در حالی که در ایستگاه ۲۲۳ سال می‌گذرد (منبع: Davies).
به این ترتیب، این مسافر فرضی به آینده مسافرت کرده است. اما درباره گذشته چه؟ آیا بهترین ستاره‌پیمای قابل تصور می‌تواند ساعت را به عقب بازگرداند؟
سفر در زمان به سمت گذشته
ما مشخص کردیم که مسافرت در زمان به آینده هر لحظه اتفاق می‌افتد. دانشمندان آن را در آزمایش‌ها ثابت کرده‌اند و این ایده جنبه‌ای بنیادی از نظریه نسبیت اینشتین است. شما به آینده خواهید رسید؛ تنها مسئله سرعت سفر است. اما درباره سفر به گذشته چطور است؟ نگاهی به آسمان شب ممکن است پاسخی را ارائه دهد.
کهکشان راه شیری تقریباً ۱۰۰ هزار سال نوری پهنا دارد، بنابراین نور ستارگان دورتر آن می‌تواند هزاران و هزاران سال طول بکشد تا به زمین برسد. وقتی به این نور نگاه می‌کنید شما در واقع دارید به گذشته نگاه می‌کنید. هنگامی که ستاره‌شناسان پرتو مایکروویو زمینه کیهانی را اندازه‌گیری می‌کنند، به بیش از ۱۰ میلیارد سال پیش، به عصر اولیه کیهان نگاه می‌کنند. اما آیا می‌توانیم از این بهتر کار کنیم؟
هیچ چیزی در نظریه اینشتین نیست که مسافرت به گذشته را منع کند، اما تصور فشردن دکمه‌ای (law of causality) و برگشتن به دیروز، قانون علیت یا علت و معلول را نقض می‌کند. یک رویداد در جهان ما رخ می‌دهد و به رویداد دیگری در یک رشته یک‌طرفه بی‌پایان از وقایع منجر می‌شود. در هر مورد، علت پیش از معلول اتفاق می‌افتد. تنها سعی کنید یک نوع دیگر واقعیت را تصور کنید، مثلاً جایی که قربانی قتل، قبل از تیراندازی به او، از زخم گلوله بمیرد. این نوع واقعیت، واقعیتی را که ما می‌شناسیم، نقض می‌کند؛ بنابراین، بسیاری از دانشمندان مسافرت به گذشته را غیرممکن می‌دانند.
برخی دانشمندان مانند نظریه نسبیت خاص اینشتین، ایده استفاده از سفر با سرعتی بیشتر از سرعت نور برای بازگشت به گذشته را پیشنهاد کرده‌اند. در نهایت، اگر زمان هنگام نزدیک شدن به سرعت نور کند می‌شود، آیا ممکن است فراتر رفتن از آن، باعث بازگشت زمان به عقب شود؟ البته، هر چه یک شیء به سرعت نور نزدیک‌تر می‌شود، جرم نسبی آن افزایش می‌یابد تا اینکه، در سرعت نور، به جرم بی‌نهایت برسد. شتاب دادن به چنین جرم بی‌نهایتی سریع‌تر از آن حد، ناممکن است. فناوری پرواز در فضا-زمان (Warp speed technology) می‌تواند به صورت نظری، با فرستادن حبابی از فضا-زمان در عرض جهان، حد سرعت جهانی را دور بزند، اما حتی این نیز با هزینه‌های هنگفت انرژی در آینده‌ای دور همراه خواهد بود.
اما چه می شود اگر مسافرت در زمان به گذشته و آینده کمتر به فناوری فرضی پیشران‌های فضایی و بیشتر به پدیده‌های کیهانی موجود وابسته باشد؟ مثلا می‌توان مسیر را به سوی یک سیاهچاله قرار داد!
سیاه‌چاله‌ها و حلقه‌های کِر (Kerr Rings)
اگر برای مدتی طولانی به دور یک سیاهچاله بچرخید، انبساط زمانی (Time Dilation) ناشی از گرانش، شما را به آینده خواهد برد. اما چه اتفاقی می‌افتد اگر مستقیماً به دهان این هیولای کیهانی پرواز کنید؟ اکثر دانشمندان موافقند که سیاهچاله احتمالاً شما را در هم خواهد فشرد، اما یک نوع منحصربه‌فرد از سیاهچاله ممکن است چنین نباشد: سیاهچاله کر یا حلقه کر (Kerr black hole or Kerr ring).
در سال ۱۹۶۳، ریاضی‌دان نیوزیلندی روی کر (Roy Kerr)، نخستین نظریه واقع‌بینانه برای یک سیاهچاله در حال چرخش را پیشنهاد کرد. این ایده بر اساس ستاره‌های نوترونی (Neutron Stars) استوار است، که ستاره‌های درهم‌فروپاشیده‌ای هستند به اندازه محله منهتن نیویورک (Manhattan) اما با جرم خورشید (منبع: Kaku). کر حدس زد که اگر ستارگان در حال مرگ به حلقه‌ای دوران‌کننده از ستاره‌های نوترونی در هم فرو ریزند، نیروی گریز از مرکز آنها مانع از تبدیل شدن به یک تکینگی (singularity) خواهد شد. اگر که سیاهچاله فاقد تکینگی باشد، کر معتقد بود می‌توان بدون ترس از نیروی گرانشی بی‌نهایت در مرکز، وارد آن شد.
اگر سیاه‌چاله‌های کر وجود داشته باشند، دانشمندان حدس می‌زنند که ممکن است از درون آنها بگذریم و از طریق یک سفیدچاله (white hole) بیرون بیاییم. سفیدچاله را می‌توان به عنوان سر خروجی یک سیاهچاله در نظر گرفت. به جای کشیدن همه چیز به درون نیروی گرانشی خود، سفیدچاله همه چیز را به بیرون و دور از خود هل خواهد داد؛ شاید به زمانی یا حتی جهان دیگری!
سیاه‌چاله‌های کر کاملاً نظری هستند، اما اگر وجود داشته باشند، برای مسافر زمان ماجراجو، یک سفر یک‌طرفه به گذشته یا آینده را ارائه می‌دهند. و در حالی که یک تمدن فوق‌العاده پیشرفته ممکن است وسیله‌ای برای تنظیم کردن چنین روشی برای مسافرت در زمان توسعه دهد، ولی نمی‌توان حدس زد که یک سیاهچاله کر “وحشی” شما را به کجا و چه زمانی خواهد فرستاد.
کرم‌چاله‌ها (Wormholes)
سیاه‌چاله‌های نظری کر، تنها میان‌بر کیهانی ممکن به گذشته یا آینده نیستند. همان‌طور که در آثار نمایشی علمی-تخیلی از استار ترک “Star Trek: Deep Space Nine” تا دونی دارکو “Donnie Darko” مطرح شده است، پل اینشتین-روزن (Einstein-Rosen bridge) یا همان کرم‌چاله نیز موضوعی نظری است که بدین منظور باید در نظر گرفته شود.
نظریه عمومی نسبیت اینشتین وجود کرم‌چاله‌ها را ممکن می‌داند چرا که بیان می‌کند هر جرمی، فضا-زمان را خم می‌کند. برای درک این خمیدگی، تصور کنید دو نفر یک ملحفه را گرفته و آن را کشیده‌اند. اگر یک نفر یک توپ بیسبال را روی ملحفه قرار دهد، وزن توپ باعث می‌شود که به نقطه وسط ملحفه غلت بخورد و در آن نقطه، ملحفه خم شود. حال اگر یک گوی روی لبه همان ملحفه قرار داده شود، به سمت توپ بیسبال به دلیل خمیدگی حرکت خواهد کرد.
در این مثال ساده، فضا به عنوان یک صفحه دوبعدی و نه چهاربعدی نشان داده شده است. تصور کنید که این ملحفه، تا شده و بین بالا و پایین آن فضایی ایجاد شده است. قرار دادن توپ بیسبال در سمت بالا، باعث ایجاد خمیدگی می‌شود. اگر جرم مساوی دیگری در سمت پایین ملحفه و در نقطه‌ای که با موقعیت توپ بیسبال در بالا مطابقت دارد قرار گیرد، این جرم دوم ،در نهایت، با توپ بیسبال ملاقات خواهد کرد. این شبیه به نحوه شکل‌گیری کرم‌چاله است.
در فضا، جرم‌های وارد کننده فشار بر قسمت‌های مختلف جهان ممکن است در نهایت ترکیب شده و یک نوع تونل ایجاد کنند. این تونل، به طور نظری، دو زمان جداگانه را به هم متصل کرده و عبور بین آنها را ممکن می‌سازد. البته، امکان دارد برخی از ویژگی‌های فیزیکی یا کوانتومی پیش‌بینی‌نشده، مانع از ایجاد چنین کرم‌چاله‌ای شوند. و حتی اگر وجود داشته باشند، ممکن است بسیار ناپایدار باشند.
به گفته اخترفیزیک‌دان استیون هاوکینگ (Stephen Hawking)، کرم‌چاله‌ها ممکن است در حباب کوانتومی (Quantum Foam)، کوچکترین محیط در جهان، وجود داشته باشند. در اینجا، تونل‌های کوچکی به طور مداوم در حال ظهور و ناپدید شدن هستند و به طور موقت، مکان‌ها و زمان‌های جداگانه را به هم متصل می‌کنند، مانند بازی همیشه در حال تغییر “مار و پله”.
چنین کرم‌چاله‌هایی ممکن است برای مسافران انسانی زمان بیش از حد کوچک و کوتاه‌مدت باشند، اما آیا روزی قادر به تسخیر، پایدارسازی و بزرگ‌کردن آنها خواهیم بود؟ قطعاً بله، به گفته هاوکینگ، به شرطی که آماده برخی بازخوردها (Feedback) باشید. اگر ما بخواهیم عمر یک تونل را از طریق خم‌کردن فضا-زمان به طور مصنوعی طولانی کنیم، ممکن است یک حلقه بازخورد پرتوی (radiation feedback loop) رخ دهد که تونل زمانی را همانند بازخورد صوتی که می‌تواند یک بلندگو را نابود کند، از بین ببرد.
رشته کیهانی (Cosmic String)
ما به سیاه‌چاله‌ها و کرم‌چاله‌ها پرداخته‌ایم، اما راه‌کار دیگری نیز برای مسافرت در زمان از طریق پدیده‌های کیهانی نظری وجود دارد. در این طرح، به فیزیکدان جی. ریچارد گات (J. Richard Gott) می‌پردازیم، که در سال ۱۹۹۱ ایده رشته کیهانی را معرفی کرد. همان‌طور که نامش نشان می‌دهد، این‌ها اشیاء، رشته‌مانندی هستند که برخی دانشمندان معتقدند در اوایل جهان شکل گرفته‌اند.
این رشته‌ها، باریکتر از یک اتم و تحت فشار بسیار زیاد، ممکن است در سراسر جهان بافته شده باشند. به طور طبیعی، این بدان معناست که آنها یک نیروی گرانشی بر هر چیزی که در نزدیکی آنها عبور کند، خواهند داشت، و این امر امکان اینکه اشیاء متصل به یک رشته کیهانی با سرعت‌های باورنکردنی حرکت کنند و از انبساط زمانی بهره ببرند را فراهم می‌کند. با نزدیک کردن دو رشته کیهانی به یکدیگر یا کشیدن یک رشته در نزدیکی یک سیاهچاله، ممکن است فضا-زمان را به اندازه کافی کج کرد تا آنچه را “منحنی زمانی بسته (closed timelike curve)” می‌نامند ایجاد کرد.
با استفاده از نیروی گرانش تولید شده توسط دو رشته کیهانی (یا رشته و سیاهچاله)، یک سفینه فضایی می‌تواند به طور نظری خود را به گذشته پرتاب کند. برای انجام این کار، باید به دور رشته‌های کیهانی حرکت کند.
با این حال، رشته‌های کوانتومی بسیار حدسی هستند. خود گات گفته که برای برگشتن به گذشته حتی به مدت یک سال، به یک حلقه از رشته نیاز است که نیمی از انرژی-جرم یک کهکشان کامل را در خود داشته باشد. به عبارت دیگر، برای راه‌اندازی ماشین زمان، باید نیمی از اتم‌های کهکشان را شکافت. و همانند هر ماشین زمان دیگری، نمی‌توان به پیش از نقطه‌ای که ماشین زمان ساخته شده است، برگشت.
آه بله، و بعد هم تناقض‌های زمانی وجود دارند!
تناقض‌های سفر در زمان
برای شروع، اگر شما ۲۰۰ سال به گذشته سفر کنید، در زمانی ظاهر خواهید شد که هنوز به دنیا نیامده‌اید. لحظه‌ای به این موضوع فکر کنید. در جریان زمان، معلول (شما) قبل از علّت (تولد شما) وجود خواهد داشت.
برای درک بهتر آنچه در اینجا با آن روبرو هستیم، به تناقض معروف پدربزرگ (Grandfather Paradox) توجه کنید. شما یک آدمکش مسافر در زمان هستید، و هدف شما اتفاقاً پدربزرگ خود شماست. پس از طریق نزدیک‌ترین کرم‌چاله پرش می‌کنید و به سراغ نسخه ۱۸ ساله زندگی پدرِ پدر خود می‌روید. سلاح لیزری خود را آماده می‌کنید، اما وقتی ماشه را می‌کشید چه اتفاقی رخ می‌دهد؟
به آن فکر کنید. هنوز به دنیا نیامده‌اید. پدرتان هم هنوز متولد نشده است. اگر پدربزرگ خود را در گذشته بکشید، هرگز پسری نخواهد داشت. آن پسر هرگز شما را به دنیا نخواهد آورد، و شما هرگز در نقش یک آدمکش مسافر زمان به آنجا نخواهید رفت. شما وجود نخواهید داشت تا ماشه را بکشید، در نتیجه تمام رشته رویدادها را نفی می‌کنید. به این پدیده، «حلقه علی و معلولی ناسازگار (Inconsistent Causal Loop)» می‌گوییم.
از سوی دیگر، باید به ایده حلقه علی و معلولی سازگار (Consistent Causal Loop) توجه کنیم. این مدل نظری مسافرت در زمان، در عین حال که به همان اندازه قبلی قابل تأمل است، عاری از پارادوکس است. به گفته فیزیکدان پل دیویس (Paul Davies)، چنین حلقه‌ای ممکن است اینگونه پیش برود: یک استاد ریاضی به آینده سفر می‌کند و یک قضیه ریاضی بنیادی را سرقت می‌کند. سپس آن استاد آن قضیه را به یک دانشجوی نخبه می‌دهد. بعد، آن دانشجوی نخبه بزرگ می‌شود و همان شخصی می‌شود که استاد قضیه را از او سرقت کرده بود.
همچنین مدل فرا انتخابی (Post-Selected Model) سفر در زمان وجود دارد، که شامل احتمال وقوع عجایب (distorted probability) در نزدیکی هر موقعیت تناقضی هست [منبع: Sanders]. این چه معنایی دارد؟ خب، خود را در جای آن آدمکش مسافر زمان قرار دهید. این مدل مسافرت زمانی، پدربزرگتان را تقریباً مرگ‌ناپذیر خواهد کرد. می‌توانید ماشه را بکشید، اما لیزر دچار اشکال خواهد شد. شاید پرندگان در همان لحظه دقیقاً روی لیزر شما بنشینند و بدین ترتیب مقداری نوسان کوانتومی رخ خواهد داد تا از وقوع یک موقعیت تناقضی جلوگیری کند.
اما یک امکان دیگر هم وجود دارد: «نظریه کوانتوم» که در آن آینده یا گذشته‌ای که به آن سفر می‌کنید، ممکن است تنها یک جهان موازی باشد. این نظریه را به صورت یک جعبه پر از ماسه در نظر بگیرید: می‌توانید هر قلعه‌ای در آن بسازید یا ویران کنید، اما این کارها بر روی جعبه ماسه اصلی شما کوچکترین اثری ندارد. پس اگر گذشته‌ای که به آن سفر می‌کنید در یک خط زمانی جداگانه وجود داشته باشد، کشتن پدربزرگتان اتفاق بدی نخواهد بود. البته، این ممکن است به این معنی باشد که هر بار شما به گذشته سفر می‌کنید، وارد یک جهان موازی جدید می‌شوید و هرگز به جهان اصلی خود بازنخواهید گشت.
هنوز گیج هستید؟ به دنیای سفر در زمان خوش آمدید!
