سفر در زمان ؛ آيا مي‌توان همين حالا در زمان سفر كرد؟

يك ضرب‌المثل ايراني معروف است كه مي‌گويد «آب ريخته، جمع‌شدني نيست.» گمان نمي‌كنم كسي بخواهد منطق اين جمله را زير سؤال ببرد، اما آيا تا‌به‌حال از خود پرسيده‌‌ايد چرا آبي كه به اين راحتي از ليوان روي زمين مي‌ريزد، به همان راحتي دوباره به داخل ليوان بر‌نمي‌گردد؟ اگر از ريختن آب روي زمين فيلم گرفته باشيم، مي‌توانيم با معكوس كردن پخش ويدئو، برگشتن آب به داخل ليوان را تماشا كنيم؛ انگار زمان به عقب برگشته است. اما در دنياي واقعي و با وجود تلاش‌هاي بيشمار در طول تاريخ، متأسفانه پديده‌ي سفر در زمان هنوز نتوانسته است از قلمرو داستان‌هاي علمي‌تخيلي خارج شود.

مقاله‌ي پيش‌ رو در تاريخ ۶ آذر ۱۴۰۱ با افزوده‌شدن محتواي جديد به‌روز شد.

تماشا در يوتيوب

بگذاريد همين ابتدا بگوييم كه ما كاملاً هم در مورد زمان بي‌اطلاع نيستيم. مثلاً مي‌دانيم كه بُعد زمان در سه بُعد ديگر فضا در هم تنيده شده و تاروپود چهاربُعدي جهان هستي را تشكيل مي‌دهد. اين را هم مي‌دانيم كه گذر زمان نسبي است و بسته به اينكه چارچوب مرجعمان چيست، مي‌توانيم خيلي آهسته و آرام به ‌آينده سفر كنيم و براي اين كار لازم است يا به سرعت نور نزديك شويم يا به يك سياه‌چاله؛ اما خب، محقق نشدن اين دو مورد به خاطر محدوديت‌هاي مهندسي است، نه قوانين فيزيك.

براي آن‌كه بتوانيم در زمان سفر كنيم، لازم است شرايطي ايجاد شود تا گذر تك تك ثانيه‌ها را احساس نكنيم. براساس فرضيه‌ها، براي سفر به آينده يا گذشته بايد نسبت به نرخ فعلي گذر زمان يكي از سه حالت زير را داشته باشيم:

• سريع‌تر از نرخ فعلي گذر زمان حركت كنيم: با انجام اين كار، مي‌توانيم به آينده‌ سفر كنيم، درحالي‌كه در سن فعلي خود هستيم.
• آهسته‌تر از نرخ فعلي گذر زمان حركت كنيم: در اين صورت مي‌توانيم در يك بازه زماني مشخص، نسبت به ديگر افراد كارهاي بيشتري انجام دهيم.
• آن‌قدر آهسته حركت كنيم كه زمان براي ما منفي شود: با انجام اين‌ كار، به گذشته سفر مي‌كنيم و شايد بتوانيم با انجام كارهايي در گذشته، در وضعيت موجود تغيير ايجاد كنيم.

سفر در زمان در هر سه حالتي كه گفته شد، كاملاً علمي‌تخيلي به انديشه متخصصين مي‌رسد؛ اما اين بدان معنا نيست كه رد پاي علم را نتوان در آن‌ها يافت. تا آنجا كه ما خبر داريم، سفر به آينده شايد زماني با پيشرفت تكنولوژي محقق شود، اما نمي‌توانيم جهت جريان زمان را معكوس كنيم و اين ناتواني به‌خاطر محدوديت‌هاي مهندسي نيست، بلكه به انديشه متخصصين مي‌رسد قوانين فيزيك دست‌و‌پاي ما را بسته است. تمام شواهد حاكي از آن است كه سفر به گذشته در جهان ما ممنوع است و هر بار كه سعي مي‌كنيم براي سفر به گذشته ماشين زمان بسازيم، سروكله‌ي يك قانون فيزيك پيدا مي‌شود و تمام نقشه‌هاي ما را نقش بر آب مي‌كند.

بااين‌حال، هنوز از دليل اصلي ممنوعيت سفر در زمان سر در نمي‌آوريم. هيچ مفهوم اساسي، قانون يا معادله‌اي نيست كه به‌طور قطعي و صددرصدي توضيح دهد چرا سفر به گذشته ممنوع است و تمام دلايلي كه در مسير ساخت ماشين زمان با‌ آن‌ها روبه‌رو مي‌شويم، كاملاً تصادفي و نامرتبط با يكديگر به انديشه متخصصين مي‌رسند. پر واضح است كه جهان سعي دارد به ما موضوع مهمي را درباره سفر در زمان بگويد،‌ اما ما زبانش را نمي‌فهميم؛ و چون هنوز كاملاً متقاعد نشده‌ايم كه سفر به گذشته صددرصد ممنوع است، به تلاش‌ها براي درك اين موضوع و ساخت ماشين زمان ادامه مي‌دهيم.

وقتي كه آلبرت اينشتين در سال ۱۹۰۵ انديشه متخصصينيه نسبيت خاص را مطرح كرد، يكي از شگفت‌انگيزترين مفاهيمش اين بود كه هر جسم داراي جرمي در جهان بايد در زمان سفر كند. مفهوم شگفت‌انگيز ديگر اين بود كه براي فوتون، يا كلا هر ذره‌ي بدون جرمي، زمان كاملاً بي‌معني است؛ چراكه در لحظه‌اي كه يك فوتون ساطع مي‌شود تا لحظه‌اي كه به جسمي برخورد مي‌كند، تنها ناظران جرم از جمله ما انسان‌ها مي‌توانيم گذر زمان را مشاهده كنيم. اما از ديد فوتون، كل جهان هستي كه در مسير حركت آن قرار دارد، در يك نقطه‌ي واحد جمع مي‌شود و تابش و جذب فوتون هر دو هم‌زمان و به‌صورت آني اتفاق مي‌افتد.

اصولاً هر چيزي كه در اين جهان داراي جرم باشد، نمي‌تواند با سرعت نور در خلأ حركت كند و همواره كندتر از آن خواهد بود. نكته ديگر آنكه فرقي نمي‌كند ما با چه سرعتي نسبت به ساير اجرام حركت مي‌كنيم؛ سرعت نور همواره ثابت خواهد بود. اين مشاهده‌ي فوق‌العاده، پيامد حيرت‌انگيزي نيز در پي دارد؛‌ اينكه اگر ما حركت شخص ديگري را نسبت به خود نظاره كنيم، ساعت آن‌ها از انديشه متخصصين ما آهسته‌تر مي‌گذرد. به همين ترتيب، ساعت ما نيز از انديشه متخصصين آن شخص كه در حال تماشاي حركت ما است، آهسته‌تر مي‌گذرد. واضح است كه هر دو مورد نمي‌تواند هم‌زمان درست باشد و زماني كه ما به هم برسيم، يكي جوان‌تر از ديگري خواهد بود. اما كدام؟

انديشه متخصصينيه‌ جالبي كه در مباحثه سفر در زمان به «پارادوكس دوقلوها» (Twin paradox) معروف است، براي اولين بار توسط پل لانژون (Paul Langevin) در سال ۱۹۱۱ مطرح شد كه براساس انديشه متخصصينيه نسبيت عام اينشتين بنا نهاده شده است؛ هرچند نه اينشتين و نه لانژون معتقد بودند كه ماهيت اين قضيه پارادوكس است.

اينشتين، صورت پارادوكس دوقلوها را اين‌گونه بيان مي‌كند:

دو شخص را كه دوقلوي همسان هستند، در انديشه متخصصين بگيريد و به آن‌ها ساعت‌هاي يكساني بدهيد. شخص a تصميم مي‌گيرد با سرعتي نزديك به سرعت نور در فضا حركت كند و اين در حالي است كه شخص b قصد سفر به جايي ندارد و در خانه مي‌ماند. اين دو شخص مي‌توانند وضعيت ساعت‌هاي خود را مشاهده كنند. شخص b كه در خانه مانده است، مشاهده مي‌كند كه ساعت شخص a به دليل سفر با سرعت بسيار بالا و پديده‌ي اتساع زمان، كندتر مي‌گذرد. شخص b نتيجه مي‌گيرد كه زمان براي شخص a كندتر گذشته است، پس بايد شخص a جوان‌تر باشد. اكنون وضعيت را از ديد شخص a مورد مطالعه قرار دهيم. مي‌دانيم كه اتساع زمان به حركت نسبي جرم بستگي دارد؛ يعني شخص a مشاهده مي‌كند كه ساعت شخص b آهسته‌تر حركت مي‌كند و نتيجه مي‌گيرد كه شخص b جوان‌تر است. حال شخص a به خانه باز مي‌گردد. اين دوقلوهاي همسان چه وضعيتي را مشاهده مي‌كنند؟ مطمئناً انديشه متخصصينات هر دو نمي‌تواند هم‌زمان درست باشد و فقط يكي از آن‌ها جوان‌تر مانده درحاليكه ديگري پيرتر شده است. اما كدام‌؟

پس با اين حساب، اگر بخواهيم به آينده سفر كنيم، تنها كافي است با سرعتي نزديك به سرعت نور حركت كنيم و پس از مدتي به نقطه‌ي اول بازگرديم؛‌ يعني جايي كه گذر زمان با سرعت بيشتري سپري شده است. اگر حركت با سرعت نور را دهه‌ها، صده‌ها و شايد ميلياردها سال ادامه دهيم و بعد به جاي اول خود بازگرديم، مي‌توانيم سير تكاملي و نابودي انسان‌ها را مشاهده كنيم، شاهد مرگ زمين و خورشيد باشيم و يكي از چهار سناريوي پايان جهان هستي را تجربه كنيم. تا وقتي كه فضاپيماي ما سوخت داشته باشد، مي‌توانيم تا هر زمان كه بخواهيم در آينده سفر كنيم.

در تأييد و نفي امكان سفر به گذشته همه‌جور مباحثه و گفت‌وگوي فلسفي مطرح شده است؛ مثلاً همين «پارادوكس پدربزرگ» كه بسيار معروف است و حتي كريستوفر نولان هم به دفعات در فيلم پر پيچ و خم «تِنِت» به آن ارجاع داد و سعي كرد به ساده‌ترين حالت، آن را توضيح بدهد.

در سناريوي «پارادوكس پدربزرگ»، فرض را بر اين مي‌گيريم كه موفق شديم ماشين زمان بسازيم و با آن به گذشته سفر كنيم. آنجا پدربزرگ‌مان را وقتي كه هنوز كودك است مي‌بينيم و تصميم مي‌گيريم او را به قتل برسانيم (انگيزه قتل مشخص نيست، اما خب اينطوري در سناريو نوشته شده است)؛ ولي صبر كنيد! حالا كه پدربزرگ‌مان قبل از تولد پدر يا مادرمان مرده است، به اين معني است كه ما هم به دنيا نخواهيم آمد و در‌ نتيجه نمي‌توانيم در زمان سفر كرده و پدربزرگمان را بكشيم! خب با اين حساب، الان پدربزرگ مرده است يا زنده؟

پارادوكس پدربزرگ از لحاظ فلسفي سفر به گذشته را ناممكن مي‌داند

اما شايد اصلاً چيزي به‌عنوان زمان وجود ندارد! شايد زمان تنها ساخته‌ي خودآگاه انسان است تا به كمك آن ورودي‌هاي ادراك‌مان را سروسامان بدهيم و مرتب كنيم. شايد داريم سعي ‌مي‌كنيم مفهومي عميق و بنياديني را به جهاني تحميل كنيم كه اصلاً زمان برايش اهميتي ندارد و كل اين مباحثه از اساس بي‌فايده است.

تمام اين مباحثه‌ها واقعاً در محافل فيلسوفانه مطرح مي‌شود. اما بياييد ببينيم فيزيك درباره‌ي سفر به گذشته چه انديشه متخصصيني دارد. به هر حال، اگر بتوانيم حتي شده روي كاغذ ماشين زمان بسازيم، آن وقت مي‌توانيم مسير كل دنيا را به آن شكلي كه دوست داريم، تغيير بدهيم؛ يا نهايتا سهام اپل را زماني كه هر سهم آن فقط ۲۲ دلار ارزش داشت، بخريم و الان در پول غلت بزنيم. ارزشش را دارد، مگر نه؟

فيزيكدانان وقتي كه سعي مي‌كنند ماشين زمان بسازند، از زبان بسيار خاصي استفاده مي‌كنند. منظورمان زبان گرانش است كه خود آلبرت انيشتين كبير آن را تحت عنوان «نسبيت عام» به ما ارزاني كرد و در‌ واقع ماجراي خميدگي و چگونگي حركت اجرام در فضازمان است.

در نسبيت عام، ماده، مثلاً كره زمين، به فضازمان مي‌گويد چطور دور آن خميده شود و خميدگي فضازمان هم به ماده مي‌گويد چطور در آن حركت كند. براي اينكه بفهميم آيا مي‌توانيم ماشين زمان بسازيم، بايد ابتدا ببينيم كه آيا ساخت فضازمان ممكن است؛ يعني بايد نوعي چينش خاص از ماده را در فضازمان پيدا كنيم كه به ما اجازه دهد به گذشته سفر كنيم.

انديشه متخصصينيه نسبت عام به دست‌خط انيشتين

براي اين كار هم بايد نوعي «منحني زماني بسته» (CTC) را پيدا كنيم. منظور از «منحني» راهي است در ميان فضا و زمان. «زماني» يعني خبري از تقلب و جرزني نيست و در هيچ مقطعي از اين آزمايش اجازه نداريم از سرعت نور پيشي بگيريم. «بسته» هم به اين معني است كه منحني در همان نقطه‌اي كه شروع شده، به پايان مي‌رسد و در واقع سر و ته آن يكي است. اينطور تصور كنيد كه در حال حركت در يك مسير هستيد، هميشه رو به جلو و هيچ وقت سرعتتان از نور بيشتر نمي‌شود؛ اما در پايان سفر، دوباره به نقطه شروع يا همان گذشته خود برمي‌گرديد، انگار كه نه در يك مسير مستقيم، بلكه حول يك منحني حركت كرده‌ايد.

اين همان سازوكار ماشين زمان يا به اصطلاح علمي‌تر آن، منحني زماني بسته است.

انديشه متخصصينيه نسبيت عام درواقع ماجراي خميدگي و چگونگي حركت اجرام در فضازمان است

نكته عجيب اين داستان اين است كه منحني زماني بسته واقعاًً وجود دارد! در طول ده‌ها سال آزمايش و مطالعه، ما موفق شديم حقايق بسياري را در مورد نسبيت عام كشف كنيم كه سفر در زمان گذشته را ممكن مي‌كند؛ از جمله:‌

• كورت گودل، رياضيدان معروف (بله، هماني كه به خاطر پارانوياي شديد فقط غذايي را كه همسرش آماده كرده بود، مي‌خورد و چون همسرش شش ماه در بيمارستان بود در اين مدت چيزي نخورد و از گرسنگي مرد) كشف كرد اگر جهاني داشته باشيم پر از غبار يكدست كه به آرامي در حال چرخش باشد، مي‌توان مسيرهايي را در آن جهان پيدا كرد كه به گذشته‌ي خودشان ختم مي‌شوند.
• با كرم‌چاله‌ها آشنايي داريد؟ همان راه‌هاي ميان‌بر در فضا؟ كرم‌چاله‌ها هم شبيه نوعي ماشين زمان عمل مي‌كنند. براي اينكه از كرم‌چاله، ماشين زمان بسازيم بايد يك سرش را بگيريم و آن را محكم سر جايش نگه داريم. بعد سر ديگر را بگيريم و آن را به سرعت نور نزديك كنيم. حالا اين سر را به سر ديگر مي‌چسبانيم. دو سر اين كرم‌چاله حالا ديگر ساعت‌هاي هم‌زمان ندارند، چون با نزديك شدن به سرعت نور، به قول انيشتين اتساع زمان اتفاق مي‌افتد؛ يعني هرچه با سرعت بيشتري حركت كنيم، زمان كندتر مي‌گذرد و به همين خاطر، زمان در يك سر كرم‌چاله الان از سر ديگر عقب‌تر است. به عبارت ديگر، اين سر در گذشته‌ي سر ديگر قرار گرفته است و پريدن داخل كرم‌چاله سفر در زمان را ممكن مي‌كند.
• فرض كنيد استوانه‌اي در فضازمان داريم كه تا بي‌نهايت ادامه دارد (در فيزيك به استوانه تيپلر معروف است) و داريم اين استوانه را تا نزديكي سرعت نور در محور طولي‌اش مي‌چرخانيم. حالا اگر ما سوار بر فضاپيمايي دور اين استوانه در حال چرخش با سرعت نور حركت كنيم، مي‌توانيم به زمان گذشته سفر كنيم!
• درون سياه‌چاله در حال چرخش هم جاي بسيار هيجان‌انگيزي است. اينجا جريان‌هاي متضاد نيروهاي گرانشي و گريز از مركز به هم مي‌رسند تا گلوگاهي را در مركز سياه‌چاله باز و امكان ظهور منحني زماني بسته را ايجاد كنند.

البته نمونه‌هاي ديگري هم از منحني زماني بسته يا همان ماشين‌ زمان وجود دارد، اما فكر كنم تا همين‌جا متوجه منظور شده‌ باشيد. تمام اين مثال‌ها به‌شدت هيجان‌انگيز هستند، چون نشان مي‌دهند انديشه متخصصينيه نسبيت عام كه در طول يك قرن، بارها و بارها مورد آزمايش قرار گرفته و اعتبارش تأييد شده، وجود ماشين زمان را پيش‌بيني مي‌كند! البته تحت شرايط بسيار، بسيار ويژه.

چراكه مشاهدات تابش زمينه كيهاني، يعني همان نور باقي‌مانده از جهان زماني كه فقط ۳۸۰ هزار سالش بود، نشان مي‌دهد كه كهكشان ما در حال چرخش نيست. هيچ استوانه‌‌ي بي‌نهايت درازي هم در كار نيست. درون سياه‌چاله‌ها هم تكينگي در حال وقوع است و به ما مي‌گويد منطق رياضياتي نسبيت عام در حال فروپاشي است و نمي‌توان به آن اعتماد كرد. كرم‌چاله‌ها هم به‌شدت ناپايدار هستند، به‌طوري‌كه گذر يك فوتون ناقابل از گلوگاه آن‌ها باعث مي‌شود سريع‌تر از سرعت نور فرو بريزند. تلاش‌ها براي پايدار كردن كرم‌چاله‌ها به ماده‌اي با جرم منفي نياز دارد كه وجودش به اندازه‌ي خود سفر به گذشته مباحثه‌برانگيز است.

اينجا است كه خاطر فيزيكدانان پريشان مي‌شود. نسبيت عام به ما مي‌گويد سفر به گذشته دقيقاً در كدام نقطه از جهان ممكن است؛ اما هر مثالي كه براي سفر در زمان مطرح مي‌كنيم با اشكالاتي روبه‌رو مي‌شود كه هيچ ربطي به منطق رياضي نسبيت عام ندارند و بينشان هم هيچ انسجام و رابطه‌ي منطقي برقرار نيست.

اگر ناتواني ما در سفر به گذشته بخش بنيادين جهان هستي بود، آيا نبايد براي اين ناتواني، قوانيني به همان اندازه بنيادين وجود داشته باشد كه غيرممكن بودن آن را توجيه كند؟ واقعيت اين است كه هر بار نسبيت عام، منحني زماني بسته جديدي را پيش‌بيني مي‌كند، سر و كله‌‌ي قانوني پيدا مي‌شود كه سفر در زمان را غيرممكن يا حداقل غيرمحتمل مي‌كند. به عبارت ديگر، هيچ پيوند واحد و محكمي نيست كه تمام اين دلايلي را كه چرا سفر به گذشته ممنوع است، به هم وصل كند، اما نتيجه در نهايت اين است كه تحت هيچ شرايطي نمي‌توان به گذشته سفر كرد. داستان چيست؟

حالا كه ما در ساخت منحني زماني بسته با وجود پيش‌بيني‌هاي انديشه متخصصينيه نسبيت عام به هيچ پيشرفتي دست پيدا نكرده‌ايم، اينطور به انديشه متخصصين مي‌رسد كه سفر در زمان گذشته واقعاً ممنوع است؛ اما اثبات اين ممنوعيت خود داستان ديگري است. براي اينكه بتوانيم توضيح دهيم چرا زمان به انديشه متخصصين مي‌رسد هميشه فقط در يك سمت و رو به جلو حركت مي‌كند، شبيه پيكاني كه از كمان رها شده، به كمك حوزه‌هاي ديگري در علم فيزيك نياز داريم.

اولين چيزي كه به ذهنمان مي‌رسد اين است كه سراغ فيزيك ذرات بنيادي برويم، چون خب، «بنيادي» است. اما با ورود به اين حوزه، اوضاع آشفته‌تر مي‌شود، چون تقريباً هرگونه فعل و انفعالات در فيزيك ذره (و تقريباً تمام فيزيك) به‌طور كامل و بدون استثنا، در زمان متقارن است؛ يعني تمام اتفاقاتي كه براي ذره در يك جهت پيش مي‌آيد، مي‌تواند به صورت معكوس در جهت ديگر نيز اتفاق بيفتد و ذرات تبعيضي در اين مورد قائل نمي‌شوند. مثلاً اگر دو ذره زيراتمي را برداريد و به هم بكوبيد و بعد به تماشاي آتش‌بازي بعد از آن بنشينيد، متوجه خواهيد شد كه ذرات پس از اين برخورد و پرتاب شدن در جهت‌هاي تصادفي، تمايل دارند دوباره با يكديگر برخورد كنند و ذرات جديدي را بسازند. به عبارت ديگر، ذرات همانقدر كه تمايل دارند به سمت جلو حركت كنند (يعني در اثر برخورد، شكافته شوند)، همانقدر هم دوست دارند در جهت خلاف حركت كنند (در اثر برخورد، ذرات جديدي را تشكيل دهند).

آرتور استنلي ادينگتون مفهوم «پيكان زمان» را براي رو‌به‌جلو بودن هميشگي جريان زمان مطرح كرد

خلاصه بگوييم: براي ذرات، گذشته و آينده مفهومي ندارد و خبري از پيكان زماني نيست كه فقط در جهت رو به جلو در حركت باشد. براي اين موضوع مي‌توان مثالي در مقياس بزرگ‌تر هم آورد. مثلاً من براي شما ويدئويي پخش مي‌كنم كه به انديشه متخصصين مي‌رسد در آن سيبي از دستم به هوا مي‌رود؛ اما از كجا معلوم من فيلم را به‌طور معكوس براي شما پخش نكرده‌ام و در واقعيت داشتم سيب را كه به هوا پرتاب شده بود، مي‌گرفتم؟ فكر نمي‌كنم بتوانيد تفاوت اين دو را در ويدئو تشخيص دهيد و اين ناتواني به تشخيص حركت به جلو يا عقب يعني بي‌اهميت بودن گذشته و آينده.

در جهان هستي، يك چيز وجود دارد كه جهت پيكان زمان برايش مهم است و تقارن زماني را نقض مي‌كند؛ در واقع دو چيز، اما مورد اول كه مربوط به برخي از فعل و انفعالات نيروي هسته‌اي ضعيف است، پديده‌اي بسيار نادر است و با تجربه‌ي معمول ما از «زمان» فاصله‌ي زيادي دارد؛ بنابراين به انديشه متخصصين نمي‌رسد راز سفر در زمان را بتوان در نيروي هسته‌اي ضعيف كشف كرد.

اما مورد دوم كه ما را به ضرب‌المثل اول مقاله و همان آب ريخته‌اي كه نمي‌شود جمع كرد، بر‌مي‌گرداند، قضيه‌ي آنتروپي يا آشفتگي است كه اتفاقا كريستوفر نولان به اين موضوع هم در فيلم «تنت» ارادت خاصي داشته است، اما حيف كه توضيحش درباره آنتروپي به اندازه پارادوكس پدربزرگ ساده و قابل ‌فهم نيست.

اجازه بدهيد ما براي اين مفهوم پيچيده يك مثال ساده ارائه دهيم. تخم‌مرغي را در انديشه متخصصين بگيريد كه روي زمين مي‌افتد. مادامي كه زمان رو به جلو در حركت باشد، تخم مرغ مي‌شكند (آشفته‌تر مي‌شود)، اما ديگر به حالت سالم اوليه خود باز نمي‌گردد (آشفتگي‌اش كمتر شود). در واقع جريان آنتروپي تنها چيزي است كه اجازه‌ي دوباره سالم شدن تخم مرغ شكسته را نمي‌دهد، چون همان‌طور كه تا اينجا توضيح داديم، تمام قوانين فيزيك دور و بر ما تقارن زماني دارند و برايشان جلو و عقب شدن در زمان فرقي ندارد؛ يعني هر اتفاقي كه بتواند رو به جلو بيفتد، مي‌تواند رو به عقب نيز پيش بيايد. قوانين فيزيك به تخم مرغ اجازه مي‌دهند كه دوباره به حالت سالم خود برگردد، اما آنتروپي جلويش را مي‌گيرد.

اينكه تخم‌مرغ شكسته دوباره سالم نمي‌شود، تقصير آنتروپي است!

آنتروپي مي‌گويد تمام سيستم‌ها در جهان هستي تمايل دارند از وضعيت منظم (و سالم) به وضعيت نامنظم (و شكسته) در‌آيند و اين هم به خاطر قدرت كمرشكن آمار و احتمالات است!

يك سؤال؛ به چند روش مي‌توانيم اتاق خوابي كاملاً مرتب و منظم داشته باشيم؟ فقط يكي. همه‌ي لباس‌ها بايد مرتب تاشده و درون كشو قرار بگيرند. حتي يك ذره گرد و خاك هم نبايد روي ميز و كمد باشد. ملافه‌ها بايد صاف و مرتب باشند. همه چيز بايد سر جاي خود باشد. اگر بخواهيد اتاقتان را مرتب كنيد، جز اين راه ديگري نداريد.

اين همان آنتروپي است كه در فارسي به آن آشفتگي مي‌گوييم. الان واضح شد، مگر نه؟ آنتروپي در واقع معياري براي اندازه‌گيري آشفتگي است و به تعداد دفعاتي اشاره دارد كه بخش‌هاي دروني يك سيستم مي‌تواند بدون ايجاد تغيير در حالت كلي آن،‌ جا‌به‌جا شوند. در مثال اتاق خواب، اتاق تميز و مرتب آنتروپي پايين‌تري از اتاق نامرتب دارد، چون براي مرتب كردن اتاق تنها يك راه اما براي نامرتب كردنش بي‌شمار راه وجود دارد. به همين شكل، تخم مرغ فقط به يك شرط مي‌تواند سالم بماند؛ اينكه زمين نيفتد. اما يك تخم مرغ را مي‌توان به شكل‌هاي مختلفي شكست و چون از لحاظ آماري، انتخاب‌ها در سمت آشفتگي بيشتر است، تمايل هم به آن سمت است.

بگذاريد شما را با يك حقيقت ترسناك رو‌به‌رو كنيم: هيچ قانون فيزيكي در دنيا نيست كه بخواهد جلوي جمع شدن تمام مولكول‌هاي هوا در يك گوشه اتاق را بگيرد و شما را در بدون اكسيژن در گوشه ديگر رها كند. بااين‌حال، اين اتفاق هنوز براي هيچ كس نيفتاده است و آن را مديون آنتروپي هستيم. چطور؟ تعداد راه‌هايي كه مولكول‌هاي هوا مي‌توانند تنها در يك گوشه‌ از اتاق انباشته شوند، از تعداد راه‌هايي كه مي‌توانند در كل اتاق پراكنده شوند، به‌شدت كمتر است. در واقع، احتمال اينكه مولكول‌هاي هوا تمايل داشته باشند در هوا پخش شوند، كوادريليون‌ بار بيشتر از اين احتمال است كه بخواهند در يك گوشه جمع شوند و به همين خاطر نيازي نيست نگران خفگي ناگهاني باشيم. پس پديده آنتروپي هميشه به ضرر ما نيست، هرچند اجازه نمي‌دهد وسايل شكسته خود‌به‌خود تعمير شوند يا آب ريخته دوباره به درون ليوان بازگردد.

وقتي سيستم‌ها (اتاق خواب، موتور خودرو، كل جهان هستي) تكامل پيدا مي‌كنند و به سمت جلو پيش ‌مي‌روند، آنتروپي آن‌ها هميشه افزايش پيدا مي‌كند. به محض اينكه تمام ذرات كوچك يك سيستم با هم وارد تعامل مي‌شوند، براي آشفتگي و آنتروپي بالا گزينه‌هاي بيشتري از آنتروپي پايين دارند. راستي، اگر برايتان سؤال شده،‌ به اين پديده قانون دوم ترموديناميك مي‌گويند؛ اينكه آنتروپي سيستم‌ها هيچ وقت ثابت نمي‌ماند و كاهش پيدا نمي‌كند، بلكه هميشه رو به افزايش است.

با مطرح شدن قانون دوم ترموديناميك كه مي‌گويد همه‌چيز به سمت آشفتگي و آنتروپي بيشتر پيش مي‌رود، حالا ما نمونه‌اي واقعي از حضور «پيكان زمان» در فيزيك داريم؛ يعني همان مفهومي كه مي‌گويد حركت همواره به سمت جلو است و تقارن زماني كه در سطح سيستم‌هاي ميكروسكوپي و بين اتم‌ها ديديم، وجود ندارد. به عبارت ديگر، سيستم‌ها در سطح ماكروسكوپي و بزرگ‌ تمايل دارند به سمت جلو، يعني از آنتروپي كمتر به آنتروپي بيشتر، حركت كنند، اگرچه چنين ترجيحي در سطح ميكروسكوپي وجود ندرد.

تمام فعل و انفعالات مولكولي كه در اتاق اتفاق مي‌افتد، تمام آن برخوردهاي كوچك بي‌شمار در جهت شكافت يا تشكيل پيوندهاي مولكولي، كمتر اهميتي به زمان نمي‌دهند و گذشته و آينده برايشان يكي است. بااين‌حال، مجموع رفتار جمعي يك سيستم هميشه از آنتروپي پايين به آنتروپي بالا حركت مي‌كند و تقارن زماني را از بين مي‌برد.

پس آيا مي‌توان گفت آنتروپي به زمان مرتبط است؟ آيا تجربه ما از زمان به قانون دوم ترموديناميك وابسته است؟

اي كاش موضوع به همين‌جا ختم مي‌شد؛ اما واقعيت اين است كه جواب را به‌طور قطع نمي‌دانيم؛ با اينكه ايده ارتباط داشتن آنتروپي با زمان اواسط دهه ۱۸۰۰ و تقريباً هم‌زمان با كشف مفهوم آنتروپي مطرح شد، هنوز كسي نتوانسته آن را اثبات كند.

چراكه ماهيت قانون دوم ترموديناميك اساسا آماري است و چيزي براي اثبات ندارد. درست است كه تا به حال جز در فيلم‌هاي علمي‌تخيلي، هرگز سيستمي نديده‌ايم كه آن را نقض كند و درست است كه براي اينكه در اين آمار به مثال نقض بخوريم (مثلاً تمام مولكول‌هاي اتاق بخواهند هم‌زمان در يك گوشه از اتاق جمع شوند)، شايد لازم باشد تريليون‌ها سال از عمر جهان هستي بگذرد، اما اينكه بخواهيم موضوعي بنيادي چون پيكان زمان را بر يك فرايند آماري منطبق كنيم، به مذاق فيزيكدانان خوش نمي‌آيد.

اينطور كه پيدا است،‌ علم فيزيك نتوانسته است آنقدر كه ما اميدوار بوديم به ممباحثه سفر در زمان مطلب مفيدي اضافه كند. وقتي مباحثه آنتروپي مي‌شود، هنوز به چيزي بهتر از «هي! چه اتفاق تصادفي جالبي!» نرسيده‌ايم، چون همه‌چيز از جنبه آماري و احتمالات مطالعه مي‌شود، نه معادلات محكم و غيرقابل‌ترديد رياضي. در نهايت شايد بتوانيم روزي از لحاظ انديشه متخصصيني، ماشين زمان يا همان منحني زماني بسته‌اي ايجاد كنيم كه با قوانين فيزيك در تناقض نباشد. شايد راه ايجاد كرم‌چاله را كشف كنيم يا در انباريِ يك خانه قديمي، استوانه‌اي را پيدا كنيم كه تا بي‌نهايت ادامه داشته باشد و بتوانيم با حركت در امتداد آن به گذشته سفر كنيم.

يا شايد نه، بفهميم كه تمام اين تلا‌ش‌ها بي‌فايده است و بتوانيم بين گذر زمان و افزايش آنتروپي چنان پيوند علمي محكمي پيدا كنيم كه ما را از ادامه تلاش براي ساخت ماشين زمان بازدارد. شايد بتوانيم در آينده به سرنخي در فيزيك دست پيدا كنيم كه در آن پيكان زمان به خوبي توضيح داده شده باشد و سرانجام براي اين سؤال كه چرا سفر در زمان ممنوع است، پاسخ قانع‌كننده‌اي پيدا كنيم.

اما همين ندانسته‌ها است كه مباحثه سفر در زمان را اينقدر جذاب مي‌كند. جواب اين سؤال‌ هرچه باشد، در اين مسير نكات جديدي درباره فيزيك ياد مي‌گيريم و از كجا معلوم؛ شايد يكي از اين نكات سرانجام ما را به ساخت ماشين زمان هدايت كند!