آیا سفر در زمان از نظر علمی امکان‌پذیر است؟

آیا تا به حال به مسئله سفر در زمان فکر کرده‌اید؟ همه ما دست‌ کم یک بار در طول زندگی، با خود گفته‌ایم چه می‌شود اگر بتوان به گذشته رفت یا به آینده سفر کرد؛ اگر به گذشته بروم فلان کار را انجام نخواهم داد و … . مواردی از این دست بسیار هستند و همین نشان می‌دهد که انسان‌ها ذاتاً به سفر در زمان علاقه دارند. سفر در زمان با نرخ فعلی گذر زمان امکان‌پذیر نیست؛ به عبارت دیگر، برای آن‌که بتوانید در زمان سفر کنید، نباید گذر تک تک ثانیه‌ها را احساس کنید. بر اساس فرضیه‌ها، برای آن‌که بتوانید در زمان سفر کنید، باید نسبت به نرخ فعلی گذر زمان یکی از سه حالت زیر را داشته باشید:

• سریع‌تر از نرخ فعلی گذر زمان حرکت کنید: با انجام این‌کار، می‌توانید به آینده‌ سفر کنید درحالی‌که در سن فعلی خود هستید.
• آهسته‌تر از نرخ فعلی گذر زمان حرکت کنید: در این صورت شما می‌توانید در یک بازه زمانی مشخص، نسبت به دیگر افراد کارهای بیشتری انجام دهید.
• آن‌قدر آهسته حرکت کنید که زمان برای شما منفی شود: با انجام این‌ کار، شما به گذشته سفر می‌کنید و شاید بتوانید با انجام کارهایی در گذشته، در وضعیت موجود تغییر ایجاد کنید.

سفر در زمان در حالت‌هایی که گفته شد، بسیار علمی-تخیلی است؛ اما این بدان معنا نیست که رد پای علم را نتوان در آن‌ها یافت. سفر در زمان، یکی از مواردی است که علم می‌تواند آن را تأیید کند؛ اما شما نمی‌توانید با سفر در زمان تغییری در زندگی فعلی یا آینده خود ایجاد کنید. پرسش اساسی این است که چگونه می‌توان از سفر در زمان برای انجام تغییراتی در زندگی استفاده کرد و سرنوشت را به کنترل درآورد؟

وقتی که آلبرت اینشتین در سال ۱۹۰۵ برای نخستین‌بار نظریه نسبیت خاص را مطرح کرد، درک این موضوع که هر جرم عظیمی در جهان از نظر علمی می‌تواند در زمان سفر کند، کمی دور از ذهن به نظر می‌رسید. از طرفی ما آموخته‌ایم که زمان برای فوتون، به عنوان ذره‌ای که هیچ جرمی ندارد، کاملاً بی معنی است. بین نقطه‌ای که منبع نور است تا نقطه‌ای که نور به آن تابیده می‌شود، فاصله‌ای مشخص قرار دارد که برای طی کردن آن، به زمان نیاز است؛ اما این زمان برای فوتون‌ها که ذرات تشکیل‌دهنده نور هستند بی‌معنی است و تنها ناظران دارای جرم (مانند ما) گذر زمان را احساس می‌کنند و متوجه آن می‌شوند. از نظر یک فوتون، فرآیند نشر و جذب بین دو نقطه در هر کجای جهان و در هر مسیری، به صورت آنی رخ می‌دهد و زمان تأثیری در این میان ندارد.

ما انسان هستیم و جرم داریم. اصولاً هر چیزی که در این جهان دارای جرم باشد، نمی‌تواند با سرعت نور در خلأ حرکت کند و همواره کندتر از آن خواهد بود. یک نکته دیگر که باید در نظر داشته باشید، این است که فرقی نمی‌کند شما با چه سرعتی نسبت به سایر اجرام حرکت می‌کنید؛ باید این را بدانید که سرعت نور در خلأ (c) همواره ثابت بوده و خواهد بود. این یک اتفاق بسیار جالب است؛ در واقع اگر مشاهده کنید که شخصی با سرعت بیشتری نسبت به شما حرکت می‌کند، باید این را هم بدانید که زمان برای آن شخص در مقایسه با شما، به‌طور محسوسی آهسته‌تر می‌گذرد.

یک ساعت نوری را تصور کنید؛ این ساعت بر اساس نوری که بین دو آینه در مسیری افزایشی-کاهشی (تپه‌ای) رو به بالا و پایین در حرکت است، کار می‌کند. هرچه یک شخص نسبت به شما سریع‌تر حرکت کند، از نظر شما نور به جای آن‌که مستقیماً به سمت بالا یا پایین جابه‌جا شود، آن مسیر تپه‌ای را طی می‌کند و از دید شما، ساعت آن شخص کندتر می‌گذرد. در تصویر پایین نیز به‌خوبی این موضوع نشان داده می‌شود:

وقتی که این اتفاق رخ دهد، از نظر آن شخصی که سریع‌تر حرکت می‌کند، این ساعت شما است که کندتر حرکت می‌کند! شما مشاهده کردید زمان برای شخصی که سریع‌تر حرکت می‌کند، آهسته‌تر می‌گذرد؛ اما آن شخص نیز همین دیدگاه را درباره‌ی گذر زمان برای شما دارد. مشخص است که این اتفاق نمی‌تواند برای هر دو شخص به‌صورت هم‌زمان رخ دهد و قطعاً این یک نفر است که تحت تأثیر تغییرات زمانی قرار گرفته است. وقتی شما به آن شخصی که سریع‌تر حرکت می‌کرد برسید، مشاهده می‌کنید که یکی از شما جوان‌تر از دیگری هستید؛ اما کدام یک از شما جوان‌تر است؟

این دیدگاه، دقیقاً «پارادوکس دوقلوها» است که آلبرت اینشتین آن را مطرح کرد. اینشتین، صورت پارادوکس را این‌گونه بیان می‌کند:

دو شخص را که دوقلوی همسان هستند، در نظر بگیرید و به آن‌ها ساعت‌های یکسانی بدهید. شخص a تصمیم می‌گیرد با سرعتی نزدیک به سرعت نور در فضا حرکت کند و این در حالی است که شخص b قصد سفر به جایی ندارد و در خانه می‌ماند. این دو شخص می‌توانند وضعیت ساعت‌های خود را مشاهده کنند. شخص b که در خانه مانده است، مشاهده می‌کند که ساعت شخص a به دلیل سفر با سرعت بسیار بالا و پدیدهاتساع زمان، کندتر می‌گذرد. شخص b نتیجه می‌گیرد که زمان برای شخص a کندتر گذشته است، پس باید شخص a جوان‌تر باشد. اکنون وضعیت را از دید شخص a مورد بررسی قرار دهیم. می‌دانیم که اتساع زمان به حرکت نسبی جرم بستگی دارد؛ یعنی شخص a مشاهده می‌کند که ساعت شخص b آهسته‌تر حرکت می‌کند و نتیجه می‌گیرد که شخص b جوان‌تر است. حال شخص a به خانه باز می‌گردد. این دوقلوهای همسان چه وضعیتی را مشاهده می‌کنند؟ مطمئناً دیدگاه هر دو درست نیست و یکی از آن‌ها جوان‌تر مانده است. کدام یک جوان‌تر مانده است؟

این پارادوکس را نمی‌توان در قالب نسبیت خاص توضیح داد و باید بهنسبیت عام مراجعه کرد. با توجه به نسبیت عام، زمان برای کسی که به صورت شتاب‌دار حرکت می‌کند، آهسته‌تر می‌گذرد و این یعنی در مقایسه با کسی که حرکت شتاب‌دار ندارد، جوان‌تر می‌ماند؛ زیرا کسی که در خانه مانده است و حرکت شتاب‌دار ندارد، گذر زمان را با نرخ معمولی تجربه می‌کند.

با توجه به این تفاسیر، اگر شما می‌خواهید به آینده سفر کنید، باید به اندازه کافی شتاب گرفته باشید و با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت کنید، برای مدت زمانی مشخص به حرکت خود ادامه دهید و سپس به جایی که از آن شروع کردید، بازگردید (هر چند که در این خصوص نیز مشکلاتی وجود دارد). این کار را انجام دهید و سپس مشاهده می‌کنید که با توجه به مدت زمان حرکت با سرعت بالا، دهه‌ها، صده‌ها و شاید میلیاردها سال به آینده سفر کرده‌اید! شما می‌توانید سیر تکاملی انسان و سایر جانوران را مشاهده کنید، شاهد مرگ زمین و خورشید باشید، به نابودی کیهان بنگرید یا به هر نقطه‌ای از آینده که می‌خواهید، سفر کنید.

موردی که به آن پرداخته شد، سفر به آینده بود؛ اما سفر به گذشته بحث متفاوتی است. نظریه‌ی نسبیت خاص که بیان‌کننده‌ی رابطه اساسی فضا و زمان است، تقریباً می‌توانست آن‌چه برای سفر به آینده لازم است، توضیح دهد؛ اما اگر ما تصمیم گرفته‌ایم که زمان را به عقب بازگردانیم و به گذشته سفر کنیم، باید به سراغ نسبیت عام برویم؛ همان نظریه‌ای که برای ما روابط پیچیده میان فضا-زمان، ماده و انرژی را بیان می‌کند. در اینجا، ما فضا و زمان را جدا بررسی نمی‌کنیم؛ بلکه آن‌ها را به‌صورت یک ساختار متحد پارچه‌ای شکل فرض می‌کنیم و ماده و انرژی را تار و پود این پارچه می‌دانیم، زیرا این تار و پود می‌توانند تغییراتی اساسی در ساختار پارچه ایجاد کنند.

برای جهانی که ما می‌شناسیم، فضازمان بسیار یکنواخت است و در همه‌ جا تخت به نظر می‌رسد و به‌سختی می‌توان ساختار منحنی شکل در آن یافت؛ همچنین شکل‌گیری حلقه روی فضا-زمان نیز بسیار نادر است یا اینکه اصلاً امکان‌پذیر نیست. ما به منزله‌ی رفع برخی ابهامات که در نسبیت عام هستند، مدل‌های دیگری نیز برای جهان ارائه داده‌ایم. اگر فضا بتواند یک ساختار حلقه‌ای روی خود ایجاد کند، شما می‌توانید سفر خود را از یک نقطه آغاز کنید و پس از یک مدت طولانی، مجدداً به نقطه آغاز بازگردید. این مدل، معمولاً یک جهان بسته حلقوی را توصیف می‌کند.

شما نه‌تنها می‌توانید با استفاده از یک حلقه‌ی بسته‌ی شبه فضا، روش‌هایی برای سفر در زمان داشته باشید؛ بلکه می‌توانید فضا-زمان‌هایی با حلقه‌های بسته شبه زمان نیز برای سفر به گذشته ایجاد کنید. با استفاده از یک فضا-زمان با حلقه یا خمیدگی بسته‌ی شبه زمان، می‌توانید به گذشته سفر کنید و در شرایط آن زمان زندگی کنید و مجدداً به زمان حال بازگردید.

این یک راه‌حل ریاضی برای مشکل سفر به گذشته است که چندان هم کامل نیست؛ اما ریاضی می‌تواند دنیای فیزیکی ما را توصیف کند؟ مطمئناً همیشه ریاضی در انجام وظیفه خود موفق نمی‌شود. میزان خمیدگی لازم فضا-زمان برای سفر به گذشته، باید بسیار زیاد باشد و عملاً یک چنین چیزی در جهانی که مشاهده می‌کنیم غیر ممکن است؛ حتی در نزدیکی سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی که خمیدگی فضا-زمان را در اطراف خود ایجاد می‌کنند نیز نمی‌توان به میزان خمیدگی لازم برای سفر به گذشته دست یافت. جهان ما می‌تواند در مقیاس کلی نیز چرخش یافته باشد؛ اما محدودیت‌های چرخشی که ما برای ایجاد خمیدگی نیاز داریم، بسیار کمتر از میزان خمیدگی کلی جهان است.

اگر واقعاً تصمیم دارید به گذشته سفر کنید، بهتر است کمی صبر کنید و در مورد کاری که می‌خواهید انجام دهید، خوب فکر کنید. فرض کنید به گذشته سفر کرده‌اید و پدر خود را پیش از ازدواج با مادرتان ملاقات می‌کنید؛ اگر شما بتوانید پدر را از ازدواج با مادر منصرف کنید، یک پارادوکس در زمان ایجاد می‌کنید و موجودیت خودتان را زیر سؤال می‌برید.

تمام فیلم‌ها و کتاب‌های تخیلی را کنار بگذارید. ایده‌ی سفر در زمان همواره برای انسان‌ها جذاب بوده است؛ اما متأسفانه از نظر علمی تنها نیمی از آن امکان‌پذیر است، یعنی شما می‌توانید به آینده سفر کنید و سفر به گذشته خط قرمز جهان برای شما است. سفر به گذشته از نظر ریاضی امکان‌پذیر است؛ اما جهان ما بر پایه فیزیک و قوانین فیزیک بنا شده است و راه‌حل‌های ریاضی توانایی حل مشکلات اساسی را ندارند. با توجه به اطلاعات جمع‌آوری شده، هدف همه‌ی ما برای رفتن به گذشته این است که بتوانیم اشتباهات پیشین خود را جبران کنیم؛ اما هیچ‌گاه نمی‌توان به این رؤیا دست یافت و باید برای آینده‌ای بهتر تلاش کرد.