زمان، اين پديدة شگفتانگيز
تعداد بازديد: 79
آيا زمان، آغازي داشته است و پاياني خواهد داشت و يا آنکه ازلي و ابدي است؟
آيا سفر در زمان، امکان پذير است؟ آيا ميتوان به گذشته يا آينده رفت؟
چرا زمان فقط از گذشته به آينده جريان دارد و نه بالعکس؟
آيا چيزي در جهان وجود دارد که بتواند بر گذشت زمان اثر بگذارد و يا آنکه زمان، پديدهاي است مطلق و از هيچ پديدة ديگري تأثير نميپذيرد؟
آيا زمان، يک پيوستار است و يا مجموعهاي است از لحظات مجزّا ؟
. . .
شايد هيچ پديدهاي در جهان ما، به اندازة زمان، آشنا و در عين حال غريب نباشد. يک فيلسوف معروف در مورد زمان، از خود ميپرسد: " زمان چيست؟ به خوبي ميدانم اما تنها تا زماني که کسي اين سؤال را از من نپرسد " ! (1)
زمان، کيمياگر و در عين حال، ويرانگر شگفت انگيزي است. کيمياگري که الماس را در عمق زمين ميسازد، دانهها را به درختان تنومند تبديل ميکند و ويرانگري که امپراطوريها را از شکوه و عظمت خود به تلي از خاک و خاکستر بدل ساخته و جز افسانهاي، چيزي از آنها باقي نميگذارد.
معماي زمان، چالشي کهن براي متفکران
در طول تاريخ، بسياري از متفکرين، سعي در توضيح مفهوم زمان و شناخت ويژگيهاي آن داشتهاند. ارسطو، زمان را عاملي ميدانسته که به کمک آن، حرکت را اندازه ميگيريم. به عبارتي، او زمان را زادة حرکت ميدانست. اما در قرن هفدهم ميلادي، ايزاک بارو(2)، فيزيکدان انگليسي، در اين ارتباط مابين زمان و تحولات يا لحظات و رويدادها ابراز ترديد کرد. از نظر بارو، زمان، مستقل از حرکت، وجود دارد و حتي پيش از پيدايش جهان هم وجود داشته است. ايزاک نيوتن که شاگرد بارو بود، با نظر او موافق بود. مطابق نظر نيوتن، زمان و مکان، ظرفهاي بينهايت بزرگي هستند که تمامي رويدادهاي هستي در درون آنها اتفاق ميافتد و وجود اين ظروف، مستقل از وجود يا عدم وجود رويدادهاست.
اما فهرست نام متفکراني که در شناخت مفهوم و ويژگيهاي زمان، تأثير گذار بودهاند، به ارسطو و نيوتن ختم نميشود بلکه بايد نامهايي نظير افلاطون، لايبنيتز، کانت، هيوم، سنت آگوستين، لاک، ملاصدرا، اوسپنسکي و . . . را نيز به اين فهرست، اضافه کرد. عمده مباحث مطرح شده توسط اين متفکران، تنها رويکردي مفهومگرا داشته است. اما از حدود يک قرن پيش، شناخت انسان از رفتار و ويژگيهاي جهان به نقطهاي رسيد که امکان آشکاري برخي از وجوه شگفتانگيز پديدة زمان در جهان بيروني، ميسّر گرديد. اينک انسان قادر است به سؤالاتي مانند : " آيا زمان، همواره وجود داشته است؟ " ، با دلايلي عيني در جهان بيروني پاسخ گويد (يا در جستجوي پاسخ آن باشد).
زمان و تحولات
فيزيکدانها، زمان را به عنوان پارامتري توصيف ميکنند که تمامي حرکات جهان، از ارتعاشات اتمها گرفته تا چرخش کهکشانها، تابعي از آن است. آنها نوع وابستگي هر حرکت نسبت به اين پارامتر (زمان) را به زبان رياضيات، تبيين ميکنند.(3)
اندازهگيري زمان
حرکات، تابع زمان هستند پس به کمک آنها ميتوان گذشت زمان را اندازهگيري کرد. براي اندازهگيري زمان معمولاً تنها از نوع خاصي از حرکت استفاده ميشود و آن، حرکت تناوبي است. حرکت تناوبي، يک الگوي تکرار شونده در مکان نسبت به زمان است پس به کمک آن و تنها با شمارش تعداد تناوبات، ميتوان زمان را اندازهگيري نمود. اولين حرکت تناوبي که به منظور زمانسنجي بکار گرفته شد، حرکت چرخشي زمين حول خودش بود. حرکت چرخشي ماه به دور زمين، حرکت نوساني آونگها و حرکت ارتعاشي شبکه کريستالي کوارتز(4)، نمونههاي ديگري از حرکات تناوبي هستند که در زمانسنجي مورد استفاده واقع شدهاند. در دقيقترين زمانسنجهاي امروزي (ساعتهاي اتمي) نيز از همين الگو براي اندازهگيري زمان استفاده ميشود. اين ساعتها بر اساس ارتعاشات اتمها کار ميکنند.
بهطور کلي دقت زمانسنجي، وابسته به روش و نوع ابزاري است که براي اين کار استفاده ميشود. روشها و ابزار زمانسنجي كه امروزه بهكار ميروند، بسيار بسيار دقيقتر از روشها و ابزار قديمي هستند. جالب است که بدانيد روشهاي ثبت و نگاهداري زمان از کهنترين دانشهاي بشر بوده است و امروزه نيز چنان فراگير شده که احتمالاً هر يک از شما هماکنون يک ساعت مُچي بر دست داريد.
احساس زمان:
حسي را که از گذشت زمان داريم، نبايد با خودِ زمان اشتباه بگيريم. (همانطور که احساس گرما با خود گرما که يک مفهوم فيزيکي و مربوط به جهان بيروني است، متفاوت است.) زمان، اغلب در نظر کودکان، کندتر از بزرگسالان ميگذرد. همچنين در نظر ما، زمانِ سپري شده، بسيار سريعتر از زمانِ پيشِ رو طي شده است. يا مثلاً هنگامي که منتظر چيزي هستيم، احساس ميکنيم که زمان به کندي سپري ميشود.
اما چه کودک باشيم و چه بزرگسال، حرکات و تحولات جهان بيروني با شتاب خود به وقوع ميپيوندد. روز به شب ميرسد و شب به روز. فصلها از پي هم ميآيند و ميروند و کهکشان به چرخش خود ادامه ميدهد. حرکات در جهان بيرون به احساس ما وابسته نبوده بلکه تابع پديدهاي است که زمان ناميده ميشود. هنگاميکه فيزيکدانها از زمان سخن ميگويند، به همين پديده اشاره دارند و نه احساسي که ما نسبت به گذشت زمان داريم.
آيا زمان، پديدهاي مطلق است؟
مدتها تصور بر اين بود که زمان، پديدهاي مطلق است. شما نيز که اين مقاله را ميخوانيد، به احتمال زياد چنين باوري داريد. مطلق بودن زمان به اين معناست که زمان، پديدهاي مستقل از ساير پديدههاست و هيچ چيز نميتواند بر گذشت زمان تأثير بگذارد. به عبارت ديگر، گذشت زمان، براي همه ناظرهاي(5) جهان، يکسان است.
اما حدود يک قرن قبل، يعني در سال 1905 ، آلبرت اينشتين(6) فيزيکدان مشهور، که البته در آن زمان، يک کارمند ناشناس ادارة ثبت اختراعات سويس بود، در قالب نظريهاي که نسبيت،(7) (به معناي نسبي بودن) ناميده شد اين ديدگاه را تغيير داد. ده سال يعني تا سال 1915 طول کشيد تا او توانست نظرية خود را تکميل نمايد. اين نظريه که نسبيت عام ناميده ميشود، يکي از دو نظرية بنيادين در فيزيک نوين محسوب ميگردد که رفتار جهان را با زبان رياضيات، تبيين ميکند. (8)
اينشتين در نظرية نسبيت عام خود، توانست تصويري جديد از نيروي گرانش ارائه دهد. در اين تصوير، گرانش، هيچ نيروي خاصي نيست بلکه تنها انحنايي است که به واسطة جرم، در هندسة فضا-زمان ايجاد ميشود. به اين ترتيب، او نشان داد که اجرام بر زمان اثر ميگذارند و آن را کُند ميکنند. (اين برخلاف فرضية مطلق بودن زمان است که زمان را پديدهاي مستقل و بيتأثير از ساير پديدهها ميداند.) هرچه چگالي جرم، بيشتر باشد، گذشت زمان هم در مجاورت آن، کُندتر خواهد شد. بنابراين، زمان، پديدة مطلقي نيست که در تمامي هستي بطور يکسان بگذرد. اين کشف شايد شگفت انگيزترين دستاورد تفکري بشر بوده باشد. نسبيت، ديدگاه انسان را نسبت به زمان بطور بنيادين تغيير داد.
آيا زمان، بُعد چهارم مکان است؟
نسبيت، يک تبيين رياضي از مکان (فضا) و زمان ارائه ميدهد. مطابق اين تصوير، فضا و زمان به حدي با همديگر در ارتباط هستند که بهتر است بهجاي مفاهيم فضاي سه بُعدي و زمان، از مفهوم جديدي به نام فضا-زمان چهار بُعدي سخن بگوييم. بنابراين، از ديدگاه نسبيت، زمان، بُعد چهارم فضا-زمان (مکان-زمان) است و نه بُعد چهارم مکان. (بُعد زماني هستي، رفتاري متفاوت نسبت به ابعاد مکاني آن دارد.)
تأييد نظرية نسبيت
از زمان ارائه اين نظريه تا زمان فعلي، آزمايشات متعددي صحت آن را تأييد کرده اند.(9) در يکي از اين آزمايشها که در سال 1976 انجام گرفت، فيزيکدانان دانشگاه مريلند(10) امريکا، يک ساعت بسيار دقيق اتمي را در داخل هواپيمايي قرار داده و آنرا تا ارتفاع چند کيلومتري بالا بردند. پس از چند ساعت پرواز، ساعت درون هواپيما با ساعتهاي اتمي واقع در زمين مقايسه شد و مشخص شد که ساعت درون هواپيما در اين مدت، جلو افتاده است. (زيرا زمان با نزديک شدن به سطح زمين، کندتر ميشود و بنابراين، ساعت درون هواپيما که در مجموعِ ساعات پرواز، در ارتفاع بالاتري نسبت به زمين قرار داشت، در آن مدت، تندتر از ساعتهاي زميني کار ميکرده است. مقدار محاسبه شده در مورد اختلاف ساعتهاي مزبور در چارچوب مدل نسبيت عام، کاملاً با مقدار اندازهگيري شده تطبيق ميکرد.)
دو قلوهاي غير همسن
يک نمونة شگفتانگيز از رفتار زمان که در چارچوب نسبيت عام، قابل تبيين است، داستان دو برادر دوقلو است. در اين داستان، يکي از دو برادر در سن بيست سالگي عازم يک سفر فضايي ميشود. سفينة آنها قادر است با سرعتي نزديک به سرعت نور حرکت کند.(11) به اين ترتيب، برادرها از همديگر جدا ميشوند . . .
اما اينک سفر فضايي به پايان رسيده است. دستگاههاي زمانسنجي سفينه نشان ميدهند که سفر، ده سال به طول کشيده است. او از سفينه، پياده ميشود. جواني است سي ساله. در ميان جمعيتي که به استقبالش آمدهاند، پيرمردي بر روي صندلي چرخدار مشاهده ميشود. آري، پيرمرد، همان برادر دوقلو است که اکنون نود سال دارد و اينک، آن دو برادر، دوقلوهاي غير همسن هستند! دوقلوهايي که هرچند در يک زمان به اين جهان آمدهاند اما همسن نيستند. اين داستان که به افسانهها ميماند، واقعيت شگفت انگيزي را از رفتار زمان نشان ميدهد.(12)
به نظر شما چرا اين رفتار عجيب زمان پيش ازاين کشف نشده بود؟ در پاسخ بايد گفت که به طور کلي تفکر انسان در بستر يک ظرف رشد ميکند و آن ظرف، همان تجربيات اوست. ما انسانها تنها حوزة کوچکي از جهان بيروني را تجربه ميکنيم، بنابراين، ذهن ما نسبت به رفتار اين حوزة هستي، شرطي شده، و خارج از آنرا حتي تصور هم نميکند. در حوزهاي از جهان که ما آنرا تجربه ميکنيم (سيارهاي که آن را زمين ميناميم)، گرانش، آنچنان قدرتي ندارد که قادر به ايجاد تأثيرات قابل ملاحظه و محسوسي بر روي زمان باشد. بنابراين هيچگاه در طول زندگيمان با اين رفتار شگفت انگيز زمان روبهرو نشده بوديم و آنان که پيش از ما بر روي اين سياره ميزيستند هم همينطور. از همين رو است که اين ويژگي شگفت انگيز، براي مدت هزاران سال از نظر انسان و حتي فلاسفة بزرگ تاريخ، پنهان مانده بود. آنها بر حسب تجربة خود از زمان، سعي در تبيين آن داشتند اما غافل از اينکه تصويري که آنها از زمان ميديدند، تنها بخش کوچکي از تصويري بسيار بزرگتر و شگفت انگيزتر بود.
همين داستان در مورد فيزيک کوانتومي هم به گونهاي ديگر تکرار شد و انسان در حوزههاي بسيار کوچک هستي، با سطح ديگري از واقعيت، روبهرو گشت.
و آنجا که زمان از حرکت باز ميايستد
نسبيت عام نشان داد که زمان در نزديکي اجرام سماوي با چگالي بسيار بالا، کُند خواهد شد. پس اگر چگالي يک جرم سماوي از حدي فزوني يابد، زمان در نزديکي آن متوقف ميگردد. چنين پديدهاي را سياهچاله مينامند. انحناي فضا-زمان در مرز يک سياهچاله به حدي است که همه چيز حتي نور را در خود محو ميکند. حال سؤال اين است که اگر هيچ نوري نميتواند از سياهچالهها خارج شود، پس ما چگونه خواهيم توانست آنها را در کيهان جستجو کنيم؟ در مقالهاي ديگر با همديگر سفري خواهيم کرد به دنياي سحرآميز سياهچالهها.
اما اينک از خود ميپرسيم به راستي زمان چيست؟ به خوبي ميدانيم اما به شرط آنکه در مورد آن فکر نکنيم !
چه ارتباطي مابين زمان و احساس ما نسبت به زمان وجود دارد؟
آيا همة تجربههاي دروني ما در قالب زمان اتفاق ميافتد؟ مثلاً چرا هنگام خواب، گذشت زمان را حس نميکنيم؟
آيا زمان در ساير جهانها هم وجود دارد؟ آيا ويژگيها و رفتار زمان در جهانهاي ديگر هم مشابه جهان ما است؟
آيا حيوانات هم ادراکي نسبت به زمان دارند؟
آيا براي پيبردن به مفهوم زمان، بايد از بُعد زمان، خارج شد؟
آيا . . .
پينوشت:
اين سخن، منسوب به سنت آگوستين Saint Augustine است.
Isaac Barrow
در اصطلاح فيزيک، اين تابع را معادله حرکت مينامند. حالت کلي تر آن در فيزيک کوانتومي مطرح ميشود که تابع حالت سيستم نام دارد. بطور کلي بهتر است بجاي حرکات واژه تحولات را بکار بريم زيرا جامعتر است. به عنوان مثال در حيطههاي کوانتومي، در مواردي، حرکت، معني خود را از دست ميدهد.
احتمالاً با عبارت QUARTZ که بر روي بسياري از ساعتهاي مُچي درج ميشود، برخورد کردهايد .
فيزيکدانها واژة ناظر Observer را براي هر چيزي که معادلات حرکت، نسبت به آن نوشته ميشود بهکار ميبرند. به زبان سادهتر، ناظر، هر چيزي است که در حال تجربه جهان بيروني است. بنابراين مثلاً يک الکترون هم يک ناظر است.
Albert Einstein
Relativity
نظريه ديگر، به نظريه ميدان کوانتومي Quantum Field Theory مشهور است.
نتايج نسبيت، تنها در مورد زمان نبوده است. اين نظريه دستاوردهاي ديگري هم داشته که در مقالات جداگانهاي به آن خواهيم پرداخت.
Maryland
بنابر بيان نسبيت، هيچ جسم مادي نميتواند به سرعت نور برسد زيرا براي اين کار، بينهايت انرژي لازم است.
نسبيت عام در توضيح اين پديده چنين ميگويد: برادري که به سفر فضايي رفته بود در طي سفر، يک منحني بسته را با سرعتي بالا در فضا طي کرده است و بنابراين در طي اين مدت، تحت شتاب بالايي قرار داشتهاست. اين شتاب بالا از ديدگاه نسبيت عام، معادل با حضور در يک ميدان گرانشي قوي (انحناي شديد در فضا-زمان) است که زمان را کُند ميکند (بسيار کُندتر از نتيجه تأثيري که ميدان گرانشي ضعيف زمين – که برادر دوم بر روي آن قرار داشت – بر زمان دارد.).
تصور انسان نسبت به رفتار زمان با تصوير جديدي که از طريق آلبرت اينشتين در قالب معادلات نسبيت عام ارائه شد، دگرگون گرديد. (تصوير 1)
استفن هاوکينگ Stephen Hawking فيزيکدان مشهور دانشگاه کمبريج به کمک همکار خود، راجر پِنرُز Roger Penrose با استفاده از معادلات نسبيت عام نشان دادند که زمان، در واقع، آغازي داشته است. آنها نشان دادند كه زمان (و مكان) با پيدايش هستي بوجود آمده و در واقع، پيدايش هستي به معناي پيدايش مكان و زمان است. (تصوير 2)
بهنظر ميرسد يک جهته بودن پيکان زمان با افزايش آنتروپي Entropy در هستي، مرتبط باشد. زمان به حرکت منجر ميشود و حرکتها همواره جهان را به يک حالت محتملتر پيش ميبرند. بنابراين تابهحال مشاهده نشده که يک ليوان شکسته شده ناگهان به حالت سالم خود برگردد اما عکس اين حالت به وفور اتفاق افتاده است. (تصوير 3)
هنوز انسان نميداند که سفر در زمان امکانپذير است يا نه. برخي از نظريات فعلي، وجود پديدهاي به نام کِرمچاله Wormhole را در هستي پيشبيني کردهاند. کِرمچالهها، ميانبُرهايي در فضا-زمان هستند. کِرمچالهها ميتوانند پُلي مابين زمان حال و گذشته ايجاد کنند. اگر کِرمچالهها وجود داشته باشند، آنگاه ميتوان علاوه بر آينده، بر گذشته هم تأثير گذاشت و وقايعي را كه قبلاً اتفاق افتاده بودند تغيير داد ! مطابق نظريات جديد در فيزيك، هرچند شكلگيري كِرمچالهها در كيهان، غيرممكن نيست اما بسيار بسيار غير محتمل است. (تصوير 4)
مطابق نظريات کنوني، بهنظر ميرسد که فضا-زمان، فاقد يك ساختار پيوسته باشد. اگر چنين باشد پس زمان از لحظاتي منفصل تشکيل شده است. (تصوير 5)
جدول كلمات متقاطع
خوانندگان محترم، در صورت حل كامل جدول ميتوانيد به رمز جدول كه در خانههايي كه دور آنها پررنگتر شده است، دست يابيد.
افقي:
1 ـ متفكري كه در شماره 1 ماهنامه از آن نام برديم و در صفحه متفكران برجسته به آن پرداختيم.
2 ـ پسوند شباهت ـ كتابي از متفكر بالا دربارهي تفكر
3 ـ حرف فاصله ـ گروه ـ واحدي در سطح ـ از حروف جمع
4 ـ خداحافظي ـ خداوند ـ به خاطر ميآورد.
5 ـ روشنايي روشناييها ـ معلم و يك شخصيت مبارز ايراني
6 ـ حرف انتخاب ـ كارزار ـ از روي خرد انديشيدن
7 ـ تكرار حرفي از الفبا ـ تكيه كلام درويش ـ ساز كليسايي
8 ـ اولين پيامبر ـ برابري ـ تارمي
9 ـ كافي است ـ به معناي ثابت و پايدار در دين است ـ همه دارند.
10 ـ از پيامبران الهي ـ يك قرار داد اجتماعي است براي حفظ نظم
11 ـ ساز جداييها ـ كتاب ديگري از متفكر معرفي شده در شماره 1 افقي ـ شن ريزه
12 ـ فيلم سينمايي معروفي از كاستاگاوراس يوناني ـ نويسنده داستانهاي علمي تخيلي مانند "دور دنيا در هشتاد روز" ـ در آن نان ميپزند.
13 ـ فيلمساز انديشمند روس خالق شاهكارهايي همچون سولاريس و ايثار
14 ـ نويسنده و فيلسوف انگليس نويسنده كتاب مقدمهاي بر فلسفه رياضي و برنده نوبل ادبي 1950 ـ اسب رستم ـ ساز شكوهگر
15 ـ مؤلف كتاب "تفكر خلاق" كه ايراني است.
عمودي:
1 ـ سخنران موفق آمريكايي، مؤلف كتاب "بسوي كاميابي"
2 ـ روشنفكر معاصر عرب مسيحي و كانديداي جايزه نوبل كه به تازگي درگذشت ـ نيمي از اعلي
3 ـ گشاده ـ حرف شرط ـ هنوز تسلي نشده
4 ـ به زبان اشاره صحبت كردن و به كنايه ادبي نيز اطلاق ميشود ـ ماه ميلادي ـ شيمي كربن
5 ـ عقيده و نظر ـ ضرورت ـ فيالفور و بيدرنگ
6 ـ مسلك و ايدئولوژي سياسي ـ بندر نفتي در كردستان عراق
7 ـ ريشه ـ از ضماير متصل ـ نوعي خودرو كوچك
8 ـ در مقابل جفاست ـ هنوز وتر نشده ـ جانشين او ـ انديشه
9 ـ تازه و بديع و معمولاً به يك فكر نو ميگويند ـ سورهاي در قرآن مجيد ـ الفباي تلگراف
10 ـ جانب و سو ـ اگر "ب" به آن اضافه شود نوعي پرچم است ـ كلمهاي عربي به معني "بگو" كه چند سوره قرآن با آن آغاز ميگردد ـ جزيرهاي در اروپا
11 ـ زمزمهاي در گوش و گاهي دعا را چنين ميخوانند ـ زير پا مانده ـ مجراي تنفسي ـ از يخ ساخته شده
12 ـ حرف تعجب ـ نفَس ـ قوت غالب ـ سنگ ريزه
13 ـ متفكري فرانسوي و مؤلف كتابهاي "روشِ روش" و "طبيعتِ طبيعت"
14 ـ يقين و ايمان ـ قبول نشده ـ تازه انگليسي و به معني جوان در فارسي
15 ـ متفكري آمريكايي كه تئوري تفكر سيستمتيك و "سازمانهاي يادگيرنده" را بيان كرده ـ محقق قرن نوزدهم و مؤلف كتاب "انرژي متعالي"