آیا سفر در زمان واقعا امکان‌پذیر است؟

محققان -یا حداقل همتایان ایده‌پردازشان درباره وقایع علمی‌تخیلی- به ما وعده سفر در زمان را داده‌اند ولی هنوز قادر به محقق‌سازی آن نبوده‌اند. قدم زدن با دایناسورها یا کشتن هیتلر در کودکی را فراموش کنید، همین که بتوانیم به خود یک ماه پیش‌مان هشدار دهیم دست به فلان اشتباه بزرگ نزند کافی خواهد بود. از طرف دیگر بد نخواهد بود اگر به چند ماه یا سال قبل برگردیم، زمانی که ویروس کرونا هنوز جهان را در وحشت مطلق فرو نبرده بود. البته که هیچ‌کدام از این‌ها امکان‌پذیر نیستند،‌ زیرا سفر در زمان وجود خارجی ندارد. اما آیا می‌تواند وجود داشته باشد؟ برای تهیه این مقاله، نظر برخی از فیزیک‌دانان پرسیده شده است.

ناتاشا هرلی-واکر

سخنران ارشد مرکز بین‌المللی اخترشناسی رادیویی در دانشگاه کرتین

یک نقطه شروع بدیهی برای این ماجرا آن است که سفر در زمان همین حالا امکان‌پذیر است. همه ما در رودخانه زمان به دام افتاده‌ایم و بی‌رحمانه به آینده سفر می‌کنیم. یک شخص یا شیء می‌تواند آزادانه به هر جهتی درون ابعاد فضایی حرکت کند، اما زمان کاملا خطی است. علی‌رغم این تفاوت‌ها، فضا و زمان به شکلی جدایی‌ناپذیر به مفهوم چهاربعدی فضا-زمان گره خورده‌اند، همانطور که اینشتین بیش از یک قرن پیش این را در نظریه «نسبیت خاص» خود گفت. هرچه با سرعت بیشتری در فضا حرکت می‌کنید، سنجش‌تان از زمان مغایرت بیشتری با سنجش افراد ایستا از زمان خواهد داشت. همین ما را به «پارادوکس دوقلوها» می‌رساند: اگر یکی از دوقلو‌ها در زمین باقی بماند و دیگری به سفری میان ستاره‌ای با سرعت نزدیک به سرعت نور برود، هنگام بازگشت، ساعت کسی که به سفر رفته گذر زمان کمتری را نسبت به ساعت آن که در خانه باقی مانده، نشان می‌دهد. بنابراین مسافر زمانی که می‌خواهد آینده زمین را به چشم ببیند، باید یک فضاپیمای بسیار پرسرعت بسازد، از زمین خارج شود و بعد بازگردد.

کشف دیگر اینشتین، درک این بود که گرانش یک نیرو نیست، بلکه دگردیسی فضا-زمان به خاطر وجود جرم است. او فرمول ریاضیاتی این کشف را نیز در نظریه «نسبیت عام» خود به دست آورد. غایی‌ترین شکل این اتفاق در فیلم Interstellar به نمایش درآمده که با حقایق فیزیکی سازگاری دارد. کاراکترهایی که زمان زیادی را درون چاله‌های گرانشی عمیق سپری کرده‌اند، کمتر از افراد بیرون از این چاله‌ها گذر زمان را احساس کرده‌اند. بنابراین یک متد دیگر برای سفر به آینده دور اینست که اندکی زمان را در نزدیکی یک جرم غول‌آسا، مانند یک سیاهچاله سپری کنیم. البته که باید ۱) سیاهچاله‌ای بیابید که در حال تکثیر نباشد (و امواج مرگبار گاما ساطع می‌کند)، ۲) بتوانید به آن برسید و در طول عمر رایج یک انسان بازگردید و ۳) مداری بیابید که با نیروهای جزر و مدی‌اش شما را قیمه‌قیمه نکند. بنابراین گفتنش از انجام دادنش آسان‌تر است.

تا اینجای کار، ما تنها به فرض ماجراجویی کله‌شق پرداخته‌ایم که به آینده دور سفر می‌کند، خانواده و دوستانش را رها می‌کند و هیچوقت به آغوش آن‌ها بازنمی‌گردد. اما آنچه ما معمولا از سفر در زمان انتظار داریم، قابلیت حرکت آزادانه به سمت عقب و جلو است. در اینجا نسبیت نمی‌تواند کمکی به ما کند: برای بازگشت در زمان باید با سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت کنیم، در این حالت هم جرمی نامحدود خواهید یافت و منفجر خواهید شد. این را هم باید اضافه کرد که حرکت به عقب در زمان، اساسا قانون دوم ترمودینامیک را نقض کرده و منجر به شکل‌گیری انبوهی از پارادوکس‌های سردردآور می‌شود. البته که فیزیک از سردرد دادن به ما لذت می‌برد و برخی از همکاران من نشان‌ داده‌اند که در تئوری، می‌توان نور را از طریق کرمچاله‌ها به عقب فرستاد. من شخصا فلسفه‌ای دیگر دارم: اگر سفر در زمان امکان‌پذیر بود، نباید مسافرین زمان الان اینجا می‌بودند؟ اما اگر واقعا می‌خواهیم به پاسخی قاطع و نهایی راجع به سفر در زمان برسیم، اندکی بودجه بیشتر برای پژوهش روی فیزیک تئوری مورد استقبال قرار خواهد گرفت.

سث لوید

پروفسور مهندسی مکانیک و فیزیک در MIT

پاسخ حقیقی اینست که ما واقعا نمی‌دانیم. سفر در زمان با قوانین فیزیک همسو است، با نظریه نسبیت عام اینشتین همسو است.

در سال ۲۰۰۸ من با نگاه به کاری که داشتیم با پردازش کوانتومی انجام می‌دادیم، دریافتم که می‌توانیم یک نظریه کوانتومی قدرتمندتر و قابل درک‌تر از سفر در زمان به دست آوریم: از طریق نظریه کوانتومی تله‌پورت و همینطور نظریه کوانتومی فرار از یک سیاهچاله.

افراد فعال در حوزه مکانیک کوانتوم اکنون باور دارند که شما می‌توانید در فرمی درهم‌ریخته از یک سیاهچاله خارج شوید. من چنین کاری را پیشنهاد نمی‌کنم و قطعا نخستین نفری هم نخواهم بود که نظریه را آزمایش می‌کنم - اما اگر بتوانید از یک سیاهچاله فرار کنید، به معنای واقعی کلمه با سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت خواهید کرد و حتی در نظریه نسبیت خاص اینشتین هم اگر بتوانید با سرعت بیشتر از نور حرکت کنید، قادر به ارسال سیگنال‌هایی به گذشته خواهید بود.

با کنار هم گذاشتن این‌ها -این حقیقت که نسبیت عام، نظریه‌ای معرکه که مردم هر روز بیشتر به آن اعتقاد می‌آورند، اجازه سفر در زمان را می‌دهد و اینکه همین کار با ترکیب نسبیت عام و مکانیک کوانتوم هم ظاهرا امکان‌پذیر است- به این نتیجه می‌رسیم که در سفر در زمان شدنی است. در دنیای فیزیک، این ذهنیت وجود دارد که اگر کاری امکان‌پذیر است، باید انجامش داد و می‌توان انجامش داد.

از آن‌جایی که تله‌پورت کوانتومی را می‌توان در آزمایشگاه به انجام رساند، ما قادر به تدارک یک آزمایش بوده‌ایم. این آزمایش چیزی بود که آن را معادل اخلاقی ارسال یک فوتون، ذره‌ای از نور، به یک میلیاردم ثانیه قبل در زمان به حساب می‌آورم. ما می‌خواستیم برخی پارادوکس‌های خاص سفر در زمان را امتحان کنیم - مانند پارادوکس پدربزرگ که در آن شخص در زمان عقب رفته، به شکلی اتفاقی (یا عامدانه) پدربزرگ خود را می‌کشد و در نتیجه خودش هیچوقت زاده نمی‌شود و بنابراین هیچوقت نمی‌توانسته به گذشته سفر کند. طبیعتا برای چنین آزمایشی باید کاری می‌کردیم که فوتون، خود گذشته‌اش را از بین ببرد.

کارکرد آزمایش به این شکل است: فوتون وارد ماشین زمان شده و درب را می‌بندد، اگر چراغ قرمز رنگ بیرون ماشین زمان خاموش شود، یعنی فوتون به عقب و به گذشته سفر کرده و می‌توانید ببینید چه اتفاقی افتاده است. آنچه در آزمایش‌مان اتفاق افتاد، شکست خوردن فوتون بود - مهم نبود چقدر تلاش می‌کرد، هیچوقت نمی‌توانست خودش را بکشد.

جای تعجب ندارد که مقاله ما توجه رسانه‌ها را به خود جلب کرد و از آن موقع به بعد، به صورت ماهانه، ایمیلی از یک نفر دریافت می‌کنم که می‌گوید «پروفسور لوید عزیز: من مسافر زمانی هستم که در زمان گیر افتاده‌ام. متوجه شده‌ام که شما یک ماشین زمان دارید. می‌توانید کمکم کنید به زمان خودم برگردم؟». برخی از این نامه‌ها خیلی اندوهبار هستند: یک زن ایتالیایی تا به امروز چندین بار به من نامه نوشته، زیرا می‌خواهد به گذشته بازگردد و به خواهرش راجع به تصادفی که باعث مرگ او می‌شود هشدار بدهد. واقعا غم‌انگیز است. به او می‌گویم که نمی‌توانیم چنین کاری انجام دهیم و حتی اگر بتوانیم،‌ باز هم نمی‌توان گذشته را تغییر داد.

پاول ساتر

پروفسور اخترفیزیک در دانشگاه استونی بروک

ما به دو نوع متفاوت از سفر در زمان علاقه‌مندیم. در یک نوع شما به آینده سفر می‌کنید، در نوع دیگر به گذشته بازمی‌گردید.

سفر کردن به آینده خیلی ساده به این معناست که باید با سرعت فوق فوق فوق سریع حرکت کنید. تا زمانی که موشکی به اندازه کافی بزرگ داشته باشید و بتوانید به سرعت نور نزدیک شوید، می‌توانید به آینده سفر کنید. اما در ساخت چنین موشکی برایتان آرزوی موفقیت می‌کنیم. این اتفاقی نیست که در عمر ما یا حتی نسل‌های بعدی اتفاق بیفتد. اما غیر ممکن هم نیست.

سفر به گذشته اندکی پیچیده‌تر است. جای تاسف هم دارد، زیرا ما برای این یکی هیجان‌زده‌تریم. نکته ناامیدکننده اینست که هر بار راهی هوشمندانه برای سفر به گذشته می‌یابیم، چند قانون فیزیکی وارد میدان شده و امیدهایمان را نقش بر آب می‌کنند، هر بار هم یک قانون فیزیکی متفاوت از راه می‌رسد. هیچ معادله مشخصی وجود ندارد که بتوانیم به آن اشاره کنیم یا روی یک تی‌شرت آن را بنویسیم‌ و بگوییم: به این خاطر است که نمی‌توان به گذشته سفر کرد. این کار خیلی ساده شدنی نیست. اما واقعا نمی‌دانیم چرا شدنی نیست.

برای مثال، اگر سیلندری با طول بی‌نهایت داشته باشید که با سرعت نزدیک به نور می‌گردد، می‌توانید یک ماشین زمان بسازید. اما در این جهان نمی‌توان سیلندری با طول بی‌نهایت ساخت و بنابراین این ایده کنار گذاشته می‌شود. یا می‌توانید یک کرمچاله بسازید که به شما اجازه می‌دهد در زمان به عقب سفر کنید، اما آن هم باید از ماده‌ای با جرم منفی ساخته شود که وجود ندارد. تمام این سردردهای کوچک است که از سفر به گذشته و فراهم آوردن یک توضیح یکپارچه جلوگیری می‌کند. به نظر نامحتمل می‌رسد، اما پاسخ قاطع «بله» یا «خیر» فراتر از قلمروی فیزیک شناخته شده کنونی است.

توماس وانگ

دستیار پروفسور فیزیک در دانشگاه کرایتون

در اینجا، گذر زمان یک مفهوم اساسی است، زیرا این حقیقت را برجسته می‌کند که زمان تفاوت زیادی با فضا دارد. در فضا می‌توان در یک نقطه ایستاد - نه به جلو رفت و نه عقب. با زمان، ایستایی به هیچ وجه امکان‌پذیر نیست - ما همیشه مجبور به حرکت به جلو هستیم.

نظریه نسبیت اینشتین می‌گوید که اگر شما مقادیر متفاوتی از گرانش را تجربه کنید، گذر زمان برای شما متفاوت از گذر زمان برای شخصی دیگر خواهد بود. این صرفا یک ایده جنون‌آمیز نیست - این یکی از ثابت‌شده‌ترین نظریه‌ها راجع به کارکرد جهان هستی است.

جالب اینکه جی‌پی‌اس هم برای اینکه به خوبی به کار ادامه دهد، باید با درنظرگیری همین موضوع طراحی شود. ما روی این ماهواره‌های جی‌پی‌اس ساعت‌هایی قرار داده‌ایم و به خاطر اینکه ماهواره‌ها فاصله بیشتری از زمین دارند، گرانش ضعیف‌تری را نسبت به ما روی سطح زمین تجربه می‌کنند. این یعنی ساعت‌ها با نرخ متفاوتی به حرکت در می‌آیند. اگر این اختلاف را در نظر نمی‌گرفتیم، جی‌پی‌اس‌هایمان کار نمی‌کردند. مختصات بسیار اشتباه می‌بود.

یک مثال دیگر: یک آزمایش معروف داریم که در دهه ۱۹۷۰ میلادی انجام شد و در جریان آن، محققان ساعت‌هایی را درون دو هواپیما قرار دادند که در جهت مخالف یکدیگر به دور زمین پرواز کردند. نظریه نسبیت اینشتین به صورت دقیق مقدار اختلاف این ساعت‌ها هنگام اتمام سفرها را پیش‌بینی کرد و وقتی هواپیماها دوباره به یکدیگر رسیدند، مقدار پیش‌بینی شده براساس نظریه اینشتین کاملا صحیح بود.

می‌توانید به این آزمایش شکلی افراطی‌تر بدهید: اگر به نزدیکی یک نیروی گرانشی بسیار قدرتمند -مثلا یک سیاهچاله- بروید، تا زمانی که دوباره ملاقات کنیم، شما تنها چند ساعت پیر شده‌اید اما برای من ۴۰ ساعت از آخرین ملاقات گذشته است.

حتی هنگام زندگی روی زمین، اگر در طبقات بالایی یک آسمان‌خراش کار کنید، ساعت‌تان با سرعتی متفاوت نسبت به کسی که در طبقه نخست زندگی یا کار می‌کند به گردش در می‌آید. در قیاس با یک عمر، این اختلافی بسیار ناچیز است. اگر شما در طبقات بالایی زندگی کنید، ممکن است زندگی‌تان برای کسری از ثانیه کوتاه‌تر شود. اما این اساسا یک‌جور سفر در زمان است، به این شکل که شما با سرعت متفاوتی نسبت به شخص دیگر در زمان سفر می‌کنید.

گری هوروویتز

پروفسور فیزیک در دانشگاه سانتا باربارا

با درکی که اکنون از قواعد فیزیکی داریم، سخت است که امکان سفر در زمان را کاملا منتفی تلقی کنیم. به صورت کلاسیک، بهترین درک ما از زمان و فضا -بدون درنظرگیری پیچیدگی‌های مربوط به مکانیک کوانتوم- نظریه نسبیت عام اینشتین بوده است و مثال‌هایی از راه حل‌های مربوط به معادله اینشتین داریم که بنابر آن‌ها می‌توانید به گذشته سفر کنید.

اگر قرار باشد ماشین‌های زمان را منتفی تلقی کنیم، احتمالا باید اثرات مکانیک کوانتوم را در تمام ماجرا درنظر بگیریم که شرایط را اندکی پیچیده‌تر می‌کنند. می‌توانم بگویم که اکثر فیزیک‌دانان امروزی به امکان‌پذیر بودن ماشین‌های زمان باور ندارند. تلاش‌های زیادی برای ساخت ماشین زمان صورت گرفته و همواره با یک جور بی‌ثباتی مواجه شده‌ایم. اما هنوز هیچ مدرک قطعی نداریم. بنابراین همچنان امکان‌پذیر است.

البته که این ماشین زمانی نخواهد بود که به شما اجازه بازگشت به قرن هجدهم میلادی را بدهد. وقتی من درباره ساخت یک ماشین زمان صحبت می‌کنم، منظورم ماشینی است که به شما اجازه برگشت به نقطه‌ای قبل‌تر از زمان کنونی را می‌دهد، اما بعد از زمانی که ماشین روشن شده است. در فیزیک، اگر قرار باشد چنین ماشینی بسازید، دستگاه فقط اتفاقات آینده را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

فابیو کاستا

محقق ارزشد فیزیک در دانشگاه کویینزلند

سفر در زمان جواب می‌دهد! برای مثال همین مقاله‌ای که می‌خوانید نقش ماشین زمان را ایفا می‌کند: با خواندن آن، شما حدودا ۵ دقیقه به آینده منتقل می‌شوید.

بسیار خب، آنچه شما واقعا می‌خواهید سفری سریع‌تر به آینده، یا حتی سفر به گذشته است. برای مورد اول، پاسخی مثبت و قاطعانه داریم! اما در ابتدا باید سفر در زمان را آن‌طور که در فیلم‌ها نشان داده می‌شود فراموش کنید، این‌طور که یک نفر ناگهان در مکان و زمان خاصی ناپدید می‌شود و در زمان و مکانی متفاوت ظاهر می‌شود. این کار نوعی تله‌پورت خواهد بود که سوالی کاملا متفاوت به حساب می‌آید. برای سفر به آینده، تمام کاری که باید بکنید تجربه یک سفر بسیار سریع، یا نزدیک شدن به جسمی با جرم فراوان است. بنابر نظریه نسبیت، زمان برای اشیایی که سرعت زیادی دارند یا عمیقا درون گرانش به دام می‌افتند کند می‌شود. اگر به چنین سفری بروید، زمان برای شما و اطرافیان‌تان به همان شکل همیشگی می‌گذرد. اما وقتی برگردید، متوجه خواهید شد که زمان بیشتری برای دیگران گذشته است. شاید سفر از نگاه شما یک سال طول کشید باشد، اما دوستان‌تان در خانه ۲۰ سال پیر شده باشند. به این ترتیب شما ۱۹ سال به آینده سفر کرده‌اید.

نه‌تنها این اثر به اثبات رسیده، بلکه با تعبیه ساعت‌های اتمی در هواپیماهایی که به دور زمین می‌گردند نیز اندازه‌گیری شده. این اثر آنقدر برجسته است که ساعت‌های ماهواره‌ای باید محاسبات خاصی داشته باشند و در غیر این صورت، چیزهایی مانند لوکیشن جی‌پی‌اس روی موبایل‌تان به خوبی کار نخواهد کرد. تا به اینجای کار داریم درباره میکروثانیه‌ها صحبت می‌کنیم، برای اینکه شرایط جالب‌تر شود باید با سرعتی نزدیک به سرعت نور سفر کنیم. این یعنی احتمال سفر عملی به آینده، ارتباطی تنگاتنگ به احتمال سفر میان‌ستاره‌ای دارد.

بعد می‌رسیم به موضوع اصلی: تکلیف سفر به گذشته چه می‌شود؟ پاسخی قطعی برای این پرسش نداریم، اما نظریه نسبیت عام، نظریه گرانش اینشتین ظاهرا احتمالاتی در اختیارمان گذاشته است. بنابر این نظریه، فضا و زمان می‌توانند آنقدر خم شوند که زمان دوباره روی خودش می‌افتد. نمی‌دانیم که ساخت چنین فضازمان خمیده‌ای امکان‌پذیر است یا خیر، اما اگر بتوانید چنین کاری کنید، می‌توانید مسیری مدور بسازید که در پایان آن نه‌تنها به محل شروع، بلکه به زمان شروع هم خواهید رسید! شاید نگران باشید که در نتیجه این اتفاق انبوهی پارادوکس به وجود آید: چه می‌شود اگر به عقب برگردیم و ماشین زمان را پیش از آغاز سفر نابود کنیم؟‌در آن صورت نمی‌توانید سفر کنید و بنابراین نمی‌توانید ماشین زمان را نابود کنید. هنوز مشخص نیست که می‌توان کاملا از پارادوکس‌ها دوری کرد یا خیر، اما حدودا مشخص شده که از نقطه نظر کاملا منطقی، سفر در زمان بدون پارادوکس نه‌تنها امکان‌پذیر است بلکه مسافر هیچ محدودیتی از نظر کارهایی که می‌تواند انجام دهد نخواهد داشت: اگر بتوانید به گذشته سفر کنید، یعنی در نهایت در نابود کردن ماشین زمان موفق نبوده‌اید.

ممکن است این را هم بپرسید که: اگر بازگشت در زمان امکان‌پذیر است، چرا کسی از آینده به سراغ ما نیامده؟ نظریه اصلی اینست که در بهترین حالت می‌توان به زمان ساخته شدن نخستین ماشین زمان سفر کرد. بنابراین اگر همین امسال یک ماشین زمان بسازیم، نمی‌توانیم به دورانی قبل‌تر از ۲۰۲۱ سفر کنیم.