سفر در زمان؛ مرزهای نظری و آزمایشی

به گزارش خبرگزاری ایمنا، زمان (آن راز سترگ و بی‌پایان که از آغاز هستی تا امروز ذهن بشر را به خود مشغول داشته) همچنان میدان مجادلاتی علمی و فلسفی است که هر کشف تازه به پرسش‌های بنیادین‌تر دامن می‌زند. آیا می‌توانیم روزی از گذشته دیدار کنیم؟ آیا راهی به آینده وجود دارد که با آن چشم در چشم لحظه‌های نیامده بایستیم؟ یا شاید طبیعتِ زمان چنان است که خودِ امکان چنین دریافتی را به طرزی ظریف به‌سان دیواری نامرئی سد می‌کند؟ در این گزارش روایتی رسمی و هیجان‌انگیز ارائه می‌دهیم از تازه‌ترین نظریه‌ها، مدل‌های ریاضی و آزمایش‌های نوین که مرز میان علم و خیال را در موضوع سفر در زمان جابه‌جا می‌کنند.

چرا هیچ «گردشگرِ زمانی» از آینده نزد ما نیامده است؟

یکی از پرسش‌هایی که همیشه شگفتی و خشمِ خیال را با خود داشته، این است: اگر سفر در زمان ممکن است، پس چرا هیچ‌کس از آینده به ما سر نزده؟ اندرو جکسون از School of Informatics در مطالعه‌ای پیش‌چاپی با عنوان «Where Are All the Tourists From 3025?» پاسخی غیرمعمول و در عین حال ریاضیاتی پیشنهاد می‌دهد؛ شاید سفر در زمان خود را نابود کند.

او با به‌کارگیری زنجیره‌های مارکوف (ابزار ریاضی برای مدل‌سازی انتقال احتمالی بین حالات مختلف) نشان می‌دهد که هر تغییری که مسافران زمانی در گذشته ایجاد کنند، نظام مسیرهای احتمالی را به‌سوی حالتی سوق می‌دهد که در نهایت تولید و بهره‌برداری از فناوری سفر در زمان را غیرممکن می‌سازد، به بیان دیگر، «خط‌زمان» ها به‌صورت ذاتی میل دارند به حالتِ پایداری بازگردند که در آن سفر در زمان وجود ندارد؛ زیرا هر تلاش برای ایجاد سفر در زمان، زنجیره احتمالات را مختل می‌کند و سازوکاری خودسرکوب‌گر پدید می‌آورد.

این ایده، برخلاف تفکر سنتی که بر ناتوانیِ تکنولوژیکی یا قوانین فیزیکی صریح برای جلوگیری از سفر در زمان تأکید می‌کند، یک مکانیسم وابسته به پویایی خط‌زمان پیشنهاد می‌کند، نتیجه جذاب اما تلخِ این مدل آن است که شاید دلیلِ «نبود گردشگران زمانی» نبود امکان فنی، بلکه خودِ طبیعتِ زمان است که هر چیزی را که تهدیدی برای پایداریِ این خط‌زمان باشد، حذف می‌کند.

مجاز اما مشروط

در مقابل نگاه مارکوف‌محور، فیزیک نسبیتی نشان می‌دهد ساختارهایی ریاضی وجود دارند که به آن‌ها «حلقه‌های زمانی بسته» یا CTC (Closed Timelike Curves) گفته می‌شود، این مسیرها به‌طور نظری اجازه می‌دهند تا یک جهان‌خط به نقطهٔ آغاز بازگردد و لذا پتانسیلِ بازگشت به گذشته را فراهم می‌آورند. نمونه‌هایی مثل جهان گودِل یا سیلندر تیپلر نشان می‌دهند که نسبیت عام، در قالب ریاضی خود، چنین راه‌حل‌هایی را مجاز می‌داند (البته به شرط‌هایی سخت و گاه غیرعملی؛ انرژی منفی، ابعاد نامتناهی یا شرایط مرزی غیرطبیعی).

استیون هاوکینگ ضمن پذیرشِ پتانسیلِ ریاضیاتیِ CTCها، نظریه‌ای به نام «حفاظت از ترتیب زمانی» (Chronology Protection Conjecture) مطرح کرد؛ ایده‌ای که می‌گوید قواعد طبیعی شاید تجهیزاتی پیش‌بینی‌نشده یا مکانیزم‌هایی کوانتومی فعال کنند تا از شکل‌گیری عملیِ چنین حلقه‌هایی جلوگیری شود، به زبان ساده اگر چه ریاضیات نسبیت اجازه چنین ساختارهایی را می‌دهد، اما جهان ممکن است راه‌هایی داشته باشد تا این مسیرها را در میدان واقعیت خنثی کند( همچون سدهایی نامرئی در برابر تناقض‌های زمانی) .

آیا می‌توان از بن‌بست منطقی گذر کرد؟

اخیراً گلخانهٔ نظریه سفر در زمان شاهد طرح‌هایی بوده که تلاش دارند پارادوکس‌های کلاسیکِ زمانی (نظیر پارادوکس پدر) را با چارچوب‌هایی منطقی و سازگار حل کنند. پژوهش‌هایی همچون کار Germain Tobar و Fabio Costa در مجلهٔ «Classical and Quantum Gravity» نشان می‌دهد که می‌توان حلقه‌های زمانی را به‌گونه‌ای مدل‌سازی کرد که دترمینیسمِ محلی و آزادی انتخاب با یکدیگر سازگار بمانند و پارادوکس منطقی رخ ندهد. این رویکردها به جای نفیِ کاملِ CTCها، آن‌ها را در قالب قوانینِ خودسازگارِ اطلاعاتی بازنویسی می‌کنند؛ به این معنا که هر تغییر در گذشته با شرایطی منطقی هماهنگ می‌شود و از ایجاد تناقض جلوگیری می‌کند.

این گفتمان نظری، اگرچه افق‌های تازه‌ای می‌گشاید، اما همچنان با محدودیت‌های جدی روبه‌روست: این مدل‌ها عمدتاً در سطح مفهومی و ریاضیاتی قوی‌اند؛ اما پل‌زدن از آنها تا فناوری‌ای که انسان‌ها را جابه‌جا کند، فاصله‌ای عظیم باقی می‌گذارد.

بازنمودی تجربی در مقیاس خرد

در لبه تجربی، یافته‌هایی ظهور کرده‌اند که نشان می‌دهد «بازگشتِ زمانی» در لایه‌های موجی و کوانتومی نه‌فقط یک استعاره که قابلِ آزمایش است. گروهی به رهبری حسین موسا در مؤسسه Advanced Science Research Center، با استفاده از «متاماتریال» های طراحی‌شده، پدیده‌ای را که «time mirror» نامیده می‌شود، گزارش کردند: آینه‌ای زمانی که می‌تواند جهتِ انتشارِ موج‌های الکترومغناطیسی را معکوس کند؛ به عبارت دیگر، موجی که در جهتِ زمانی پیش می‌رفته را بازگرداند ( این پدیده در سطح سیگنال‌ها و امواج معنی پیدا می‌کند و نه در انتقالِ فیزیکیِ اجسامِ بزرگ)، اما اهمیت آن در بازنماییِ مفهومیِ امکانِ بازنویسیِ تاریخِ یک میدانِ موجی نهفته است، کاربردهای عملیِ این پدیده می‌تواند حوزه‌هایی چون بازیابی اطلاعات در شبکه‌ها، مهندسی سیگنال و شاید محاسبات نوآورانه را تحت تأثیر قرار دهد؛ زیرا نشان می‌دهد که «جهت» ِ زمان در لایه‌های بنیادی‌تر فضا-زمان آن‌چنان‌که تصور می‌شد ثابت و غیرقابل‌دگرگونی نیست.

بازگرداندن حالات و «rewind» کوانتومی

در آزمایش‌های کوانتومی نیز دستاوردهایی وجود دارد که به‌نوعی نویدِ «بازنویسیِ تاریخچه» در سطح ذرات را می‌دهند. محققانی در دانشگاه‌های معتبر نشان داده‌اند که با بهره‌گیری از مکانیزم‌هایی همچون quantum switch یا پروتکل‌های شبیه به «rewind»، می‌توان حالت یک فوتون یا یک سامانه کوانتومی را به حالت پیشین بازگرداند؛ عملی که می‌تواند به‌مثابه «برگرداندنِ فیلم» در مقیاس زیراتمی تفسیر شود، اما یک نکته حیاتی را نباید فراموش کرد: بازگرداندنِ حالت یک ذره، لزوماً به معنای امکانِ بازگرداندنِ خاطرات، جملات یا اجسامِ پیچیده ما انسان‌ها نیست؛ فاصلهٔ عملی میان ذرات ساده و سیستم‌های پیچیده همچنان عظیم است.

نظریه‌ای جسورانه؛ زمانِ سه‌بعدی

در میان مجموعه ایده‌ها و آزمایش‌ها، نظریه‌ای بسیار متفاوت و چالش‌برانگیز مطرح شده است که زمان را به‌صورت سه‌بعدی بازمی‌سازد. گوینتر کلتشکا، ژئوفیزیکدان و اخترفیزیکدان، پیشنهاد کرده است که به‌جای یک بُعد زمانی منفرد، سه بُعد زمانی وجود دارد و فضا ناشی از این ساختارِ زمانیِ چندبُعدی است؛ به‌عبارتی جهان شامل شش بُعد (۳ زمانی + ۳ مکانی) باشد. اگرچه این ایده هنوز در مرحلهٔ ابتدایی است و نیاز به بررسی‌های عمیق، انتشار در مجلات داوری‌شده و آزمون‌های تجربی دارد، اما از منظر مفهومی پرسش‌های نوینی مطرح می‌کند؛ آیا بار الکتریکی یا دیگر خواصِ ذرات می‌تواند جلوه‌ای از آرایش‌های چندبُعدیِ زمان باشد؟ اگر چنین باشد، بازتعریفی اساسی از مکانیکِ ذرات و میدان‌ها در انتظار ما است.

انسجامِ مفهومی و چشم‌اندازِ آینده

زمانی که تمامی این خطوطِ پژوهشی را کنار هم می‌گذاریم، تصویری چندلایه و پر از تناقض‌های امیدوارکننده به‌دست می‌آید. می‌توان خلاصه‌ای از وضعیتِ کنونی را به این صورت ارائه کرد:

• مدلِ مارکوفیِ اندرو جکسون نشان می‌دهد که ممکن است سفر در زمان خودبه‌خود نابودگرِ امکانِ ظهورِ خود باشد؛ یعنی «عدم حضور گردشگران زمانی» نتیجهٔ سازوکاری ذاتی در پویاییِ خط‌زمان باشد.
• حلقه‌های زمانی بسته در چارچوب نسبیت محاسباتی وجود دارند، اما عملی‌سازیِ آن‌ها مشروط به شرایطی است که در میدان واقعیت نامحتمل یا حفاظت‌شده‌اند.
• مدل‌های جدید بدون پارادوکس اثبات می‌کنند که می‌توان سازوکارهای منطقی برای سازگاریِ سفر در زمان ساخت، اما این سازوکارها لزوماً به معنای دسترسی عملی انسان‌ها به ماشین زمان نیستند.
• آزمایش‌های کوانتومی و متاماتریال‌ها نشان می‌دهند که برخی «بازگشت‌ها» یا «معکوس‌سازی‌ها» در سطح موج‌ها و ذرات واقعاً رخ می‌دهند، امّا این‌ها هنوز در قلمروِ سامانه‌های ساده و کنترل‌شده باقی می‌مانند.
• نظریه‌های جسورانه همچون زمان سه‌بعدی مسیرهای جدیدی برای تبیینِ پدیده‌ها گشوده‌اند، اما برای تبدیل‌شدن به نظریه‌های پذیرفته‌شده نیازمند آزمون‌ها و شواهدِ فراوان‌اند.

میانِ واقعیت و رؤیا

سفر در زمان همچنان بر لبه چاقوی علم و خیال قرار دارد. هیچ‌یک از نتایجِ امروز، نه سفر انسان به گذشته را اثبات می‌کند و نه به‌طورقطع آن را نفی می‌کند، آنچه مسلم است این است که پژوهش‌های ریاضیاتی، نسبیتی و کوانتومی اندازه‌ای از امکانِ بازتعریفِ مفاهیمِ بنیادینِ زمان را برای ما فراهم آورده‌اند، حتی اگر فردا روزی نرسد که بتوانیم به دلِ قرن‌ها پیش یا آینده‌ای دور سفر کنیم، همین تلاش‌ها و آزمایش‌ها دریچه‌هایی نو به فهمِ زمان و ساختارِ جهان می‌گشایند.

در انتهای این سفرِ فکری باید با تأنی و تواضع پذیرفت که «زمان» تنها یک محور ساده در دستگاه مختصات نیست؛ بلکه می‌تواند موجودیتی پویا، چندوجهی و گاه خودتنظیم‌گر باشد که هرچه جلوتر می‌رویم، ماهیتش را کمتر شبیه آن‌چه در خیال ساخته‌ایم می‌یابیم و بیشتر شبیه رازهایی می‌بینیم که ما را به کنجکاویِ بیشتر وادار می‌کنند، آینده پژوهش در این حوزه روشن است؛ برخوردِ جدی‌تر میان نظریه ریاضی، آزمایش‌های کوانتومی و طراحیِ فناوری‌های نوین می‌تواند پرده‌هایی تازه از این راز سترگ را کنار بزند، تا آن زمان اما ما همچنان گردِ پرسش‌ها را بر شانه می‌زنیم و این امید را داریم که علم، خودِ سفر را به مقصدی قابل فهم بدل سازد.