استاد ایلیا «میم» رام الله

- آیا زمان، آغازی داشته است و پایانی خواهد داشت و یا آن که ازلی و ابدی است؟
- آیا سفر در زمان، امکان‌پذیر است؟ آیا می‌توان به گذشته یا آینده رفت؟
- چرا زمان فقط از گذشته به آینده جریان دارد و نه بالعکس؟
- آیا چیزی در جهان وجود دارد که بتواند بر گذشت زمان اثر بگذارد و یا آن‌که زمان، پدیده‌ای است مطلق و از هیچ پدیدة دیگری تأثیر نمی‌پذیرد؟
- آیا زمان، یک پیوستار است و یا مجموعه‌ای است از لحظات مجزّا؟
- . . .

شاید هیچ پدیده‌ای در جهان ما، به اندازه زمان، آشنا و در عین حال غریب نباشد. یک فیلسوف معروف در مورد زمان، از خود می‌پرسد: " زمان چیست؟ به خوبی می‌دانم اما تنها تا زمانی که کسی این سؤال را از من نپرسد !" (۱)
زمان، کیمیاگر و در عین حال، ویرانگر شگفت‌انگیزی است. کیمیاگری که الماس را در عمق زمین می‌سازد، دانه‌ها را به درختان تنومند تبدیل می‌کند و ویرانگری که امپراطوری‌ها را از شکوه و عظمت خود به تلی از خاک و خاکستر بدل ساخته و جز افسانه‌ای، چیزی از آن‌ها باقی نمی‌گذارد.

معمای زمان، چالشی کهن برای متفکران
در طول تاریخ، بسیاری از متفکران، سعی در توضیح مفهوم زمان و شناخت ویژگی‌های آن داشته‌اند. ارسطو، زمان را عاملی می‌دانسته که به کمک آن می‌توان حرکت را اندازه گرفت؛ به عبارتی، او زمان را زاده حرکت می‌دانست. اما در قرن هفدهم میلادی، ایزاک بارو(۲)، فیزیکدان انگلیسی در ارتباط بین زمان و تحولات یا لحظات و رویدادها ابراز تردید کرد. از نظر بارو، زمان مستقل از حرکت وجود دارد و حتی پیش از پیدایش جهان هم وجود داشته است. ایزاک نیوتن که شاگرد بارو بود، با نظر او موافق بود. مطابق نظر نیوتن، زمان و مکان، ظرف‌های بی‌نهایت بزرگی اند که تمامی رویدادهای هستی در درون آنها اتفاق می‌افتد و وجود این ظروف، مستقل از وجود یا عدم وجود رویدادهاست.
اما فهرست نام متفکرانی که در شناخت مفهوم و ویژگی‌های زمان، تأثیر گذار بوده‌اند به ارسطو و نیوتن ختم نمی‌شود بلکه باید نام‌هایی نظیر افلاطون، لایبنیتز، کانت، هیوم، سنت آگوستین، لاک، ملاصدرا، اوسپنسکی و . . . را نیز به این فهرست اضافه کرد. عمده مباحث مطرح شده توسط این متفکران، تنها رویکردی مفهوم‌گرا داشته است. اما از حدود یک قرن پیش، شناخت انسان از رفتار و ویژگی‌های جهان به نقطه‌ای رسید که امکان آشکاری برخی از وجوه شگفت‌انگیز پدیده زمان در جهان بیرونی میسّر گردید. اینک انسان قادر است به سؤالاتی مانند: " آیا زمان، همواره وجود داشته است؟ " با دلایلی عینی در جهان بیرونی پاسخ گوید (یا در جستجوی پاسخ آن باشد).

زمان و تحولات
فیزیکدان‌ها زمان را به عنوان پارامتری توصیف می‌کنند که تمامی حرکات جهان از ارتعاشات اتم‌ها گرفته تا چرخش کهکشان‌ها، تابعی از آن است. آن‌ها نوع وابستگی هر حرکت نسبت به این پارامتر (زمان) را به زبان ریاضیات تبیین می‌کنند.(۳)

اندازه‌گیری زمان
حرکات، تابع زمان هستند پس به کمک آنها می‌توان گذشت زمان را اندازه‌گیری کرد. برای اندازه‌گیری زمان معمولاً تنها از نوع خاصی از حرکت استفاده می‌شود و آن، حرکت تناوبی است. حرکت تناوبی، یک الگوی تکرار شونده در مکان نسبت به زمان است پس به کمک آن و تنها با شمارش تعداد تناوبات می‌توان زمان را اندازه‌گیری نمود. اولین حرکت تناوبی که به منظور زمان‌سنجی بکار گرفته شد حرکت چرخشی زمین حول خودش بود. حرکت چرخشی ماه به دور زمین، حرکت نوسانی آونگ‌ها و حرکت ارتعاشی شبکه کریستالی کوارتز(۴)، نمونه‌های دیگری از حرکات تناوبی هستند که در زمان‌سنجی مورد استفاده واقع شده‌اند. در دقیق‌ترین زمان‌سنج‌های امروزی (ساعت‌های اتمی) نیز از همین الگو برای اندازه‌گیری زمان استفاده می‌شود. این ساعت‌ها بر اساس ارتعاشات اتم‌ها کار می‌کنند.
به‌طور کلی دقت زمان‌سنجی، وابسته به روش و نوع ابزاری است که برای این کار استفاده می‌شود. روش‌ها و ابزار زمان‌سنجی که امروزه به‌کار می‌روند بسیار بسیار دقیق‌تر از روش‌ها و ابزار قدیمیاند. جالب است که بدانید روش‌های ثبت و نگاهداری زمان از کهن‌ترین دانش‌های بشر بوده و امروزه نیز چنان فراگیر شده است که احتمالاً هر یک از شما هم‌اکنون یک ساعت مُچی بر دست دارید.

احساس زمان:
حسی را که از گذشت زمان داریم، نباید با خودِ زمان اشتباه بگیریم. (همان‌طور که احساس گرما با خود گرما که یک مفهوم فیزیکی و مربوط به جهان بیرونی است، متفاوت است). زمان، اغلب در نظر کودکان، کندتر از بزرگسالان می‌گذرد. همچنین در نظر ما، زمانِ سپری شده بسیار سریع‌تر از زمانِ پیشِ رو طی شده است یا مثلاً هنگامی که منتظر چیزی هستیم، احساس می‌کنیم که زمان به کندی سپری می‌شود. اما چه کودک باشیم و چه بزرگسال، حرکات و تحولات جهان بیرونی با شتاب خود به وقوع می‌پیوندد. روز به شب می‌رسد و شب به روز. فصل‌ها از پی هم می‌آیند و می‌روند و کهکشان به چرخش خود ادامه می‌دهد. حرکات در جهان بیرون به احساس ما وابسته نبوده بلکه تابع پدیده‌ای است که زمان نامیده می‌شود. هنگامی‌که فیزیکدان‌ها از زمان سخن می‌گویند به همین پدیده اشاره دارند و نه احساسی که ما نسبت به گذشت زمان داریم.

آیا زمان پدیده‌ای مطلق است؟
مدت‌ها تصور بر این بود که زمان، پدیده‌ای مطلق است. شما نیز که این مقاله را می‌خوانید به احتمال زیاد چنین باوری دارید. مطلق بودن زمان به این معناست که زمان، پدیده‌ای مستقل از سایر پدیده‌هاست و هیچ چیز نمی‌تواند بر گذشت زمان تأثیر بگذارد. به عبارت دیگر گذشت زمان، برای همه ناظرهای(۵) جهان یکسان است.
اما حدود یک قرن قبل یعنی در سال ۱۹۰۵ آلبرت اینشتین(۶) فیزیکدان مشهور، که البته در آن زمان، یک کارمند ناشناس ادارة ثبت اختراعات سویس بود، در قالب نظریه‌ای که نسبیت،(۷) (به معنای نسبی بودن) نامیده شد این دیدگاه را تغییر داد. ده سال یعنی تا سال ۱۹۱۵ طول کشید تا او توانست نظریة خود را تکمیل نماید. این نظریه که نسبیت عام نامیده می‌شود، یکی از دو نظریة بنیادین در فیزیک نوین محسوب می‌گردد که رفتار جهان را با زبان ریاضیات، تبیین می‌کند. (۸)
اینشتین در نظریة نسبیت عام خود، توانست تصویری جدید از نیروی گرانش ارائه دهد. در این تصویر گرانش، هیچ نیروی خاصی نیست بلکه تنها انحنایی است که به واسطة جرم، در هندسة فضا-زمان ایجاد می‌شود. به این ترتیب، او نشان داد که اجرام بر زمان اثر می‌گذارند و آن را کُند می‌کنند. (این برخلاف فرضیة مطلق بودن زمان است که زمان را پدیده‌ای مستقل و بی‌تأثیر از سایر پدیده‌ها می‌داند). هرچه چگالی جرم بیشتر باشد، گذشت زمان هم در مجاورت آن، کُندتر خواهد شد؛ بنابراین زمان، پدیدة مطلقی نیست که در تمامی هستی بطور یکسان بگذرد. این کشف شاید شگفت انگیزترین دستاورد تفکری بشر بوده باشد. نسبیت، دیدگاه انسان را نسبت به زمان به طور بنیادین تغییر داد.

آیا زمان، بُعد چهارم مکان است؟
نسبیت، یک تبیین ریاضی از مکان (فضا) و زمان ارائه می‌دهد. مطابق این تصویر، فضا و زمان به حدی با همدیگر در ارتباط هستند که بهتر است به‌جای مفاهیم فضای سه بُعدی و زمان، از مفهوم جدیدی به نام فضا-زمان چهار بُعدی سخن بگوییم؛ بنابراین، از دیدگاه نسبیت، زمان، بُعد چهارم فضا-زمان (مکان-زمان) است و نه بُعد چهارم مکان. (بُعد زمانی هستی، رفتاری متفاوت نسبت به ابعاد مکانی آن دارد).

تأیید نظریه نسبیت
از زمان ارائه این نظریه تا زمان فعلی، آزمایشات متعددی صحت آن را تأیید کرده‌اند.(۹) در یکی از این آزمایش‌ها که در سال ۱۹۷۶ انجام گرفت، فیزیکدانان دانشگاه مریلند(۱۰) آمریکا یک ساعت بسیار دقیق اتمی را در داخل هواپیمایی قرار داده و آن‌را تا ارتفاع چند کیلومتری بالا بردند. پس از چند ساعت پرواز، ساعت درون هواپیما با ساعت‌های اتمی واقع در زمین مقایسه شد و مشخص شد که ساعت درون هواپیما در این مدت، جلو افتاده است. (زیرا زمان با نزدیک شدن به سطح زمین، کندتر می‌شود و بنابراین، ساعت درون هواپیما که در مجموعِ ساعات پرواز، در ارتفاع بالاتری نسبت به زمین قرار داشت در آن مدت، تندتر از ساعت‌های زمینی کار می‌کرده است. مقدار محاسبه شده در مورد اختلاف ساعت‌های مزبور در چارچوب مدل نسبیت عام کاملاً با مقدار اندازه‌گیری شده تطبیق می‌کرد).

دوقلوهای غیر همسان
یک نمونة شگفت‌انگیز از رفتار زمان که در چارچوب نسبیت عام، قابل تبیین است، داستان دو برادر دوقلوست. در این داستان، یکی از دو برادر در سن بیست سالگی عازم یک سفر فضایی می‌شود. سفینة آن‌ها قادر است با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت کند.(۱۱) به این ترتیب، برادرها از همدیگر جدا می‌شوند . . .
اما اینک سفر فضایی به پایان رسیده است. دستگاه‌های زمان‌سنجی سفینه نشان می‌دهند که سفر، ده سال به طول کشیده است. او از سفینه، پیاده می‌شود. جوانی است سی ساله. در میان جمعیتی که به استقبالش آمده‌اند، پیرمردی بر روی صندلی چرخ‌دار مشاهده می‌شود. آری، پیرمرد، همان برادر دوقلوست که اکنون نود سال دارد و اینک، آن دو برادر، دوقلوهای غیر همسن هستند! دوقلوهایی که هرچند در یک زمان به این جهان آمده‌اند اما همسن نیستند. این داستان که به افسانه‌ها می‌ماند، واقعیت شگفت‌انگیزی را از رفتار زمان نشان می‌دهد.(۱۲)

به نظر شما چرا این رفتار عجیب زمان پیش ازاین کشف نشده بود؟ در پاسخ باید گفت که به طور کلی تفکر انسان در بستر یک ظرف رشد می‌کند و آن ظرف، همان تجربیات اوست. ما انسان‌ها تنها حوزة کوچکی از جهان بیرونی را تجربه می‌کنیم، بنابراین، ذهن ما نسبت به رفتار این حوزة هستی، شرطی شده، و خارج از آن‌را حتی تصور هم نمی‌کند. در حوزه‌ای از جهان که ما آن‌را تجربه می‌کنیم (سیاره‌ای که آن را زمین می‌نامیم)، گرانش، آنچنان قدرتی ندارد که قادر به ایجاد تأثیرات قابل ملاحظه و محسوسی بر روی زمان باشد؛ بنابراین هیچگاه در طول زندگیمان با این رفتار شگفت‌انگیز زمان روبه‌رو نشده بودیم و آنان که پیش از ما بر روی این سیاره می‌زیستند هم همین‌طور. از همین روست که این ویژگی شگفت‌انگیز، برای مدت هزاران سال از نظر انسان و حتی فلاسفة بزرگ تاریخ، پنهان مانده بود. آنها بر حسب تجربة خود از زمان، سعی در تبیین آن داشتند اما غافل از این‌که تصویری که آنها از زمان می‌دیدند تنها بخش کوچکی از تصویری بسیار بزرگ‌تر و شگفت انگیزتر بود.
همین داستان در مورد فیزیک کوانتومی هم به گونه‌ای دیگر تکرار شد و انسان در حوزه‌های بسیار کوچک هستی با سطح دیگری از واقعیت روبه‌رو گشت.

و آنجا که زمان از حرکت باز می‌ایستد
نسبیت عام نشان داد که زمان در نزدیکی اجرام سماوی با چگالی بسیار بالا، کُند خواهد شد. پس اگر چگالی یک جرم سماوی از حدی فزونی یابد، زمان در نزدیکی آن متوقف می‌گردد. چنین پدیده‌ای را سیاهچاله می‌نامند. انحنای فضا-زمان در مرز یک سیاه چاله به حدی است که همه چیز حتی نور را در خود محو می‌کند. حال سؤال این است که اگر هیچ نوری نمی‌تواند از سیاه چاله‌ها خارج شود، پس ما چگونه خواهیم توانست آنها را در کیهان جستجو کنیم؟ در مقاله‌ای دیگر با همدیگر سفری خواهیم کرد به دنیای سحرآمیز سیاه چاله‌ها.
اما اینک از خود می‌پرسیم به راستی زمان چیست؟ به خوبی می‌دانیم اما به شرط آنکه در مورد آن فکر نکنیم!

- چه ارتباطی مابین زمان و احساس ما نسبت به زمان وجود دارد؟
- آیا همة تجربه‌های درونی ما در قالب زمان اتفاق می‌افتد؟ مثلاً چرا هنگام خواب، گذشت زمان را حس نمی‌کنیم؟
- آیا زمان در سایر جهان‌ها هم وجود دارد؟ آیا ویژگی‌ها و رفتار زمان در جهان‌های دیگر هم مشابه جهان ما است؟
- آیا حیوانات هم ادراکی نسبت به زمان دارند؟
- آیا برای پی‌بردن به مفهوم زمان، باید از بُعد زمان، خارج شد؟
- آیا . . .

نویسنده: ش. ش
منبع: نشریه علم موفقیت (شماره۳)

پی‌نوشت:
۱) این سخن، منسوب به سنت آگوستین Saint Augustine است.
۲) Isaac Barrow
۳) در اصطلاح فیزیک، این تابع را معادله حرکت می‌نامند. حالت کلی تر آن در فیزیک کوانتمی مطرح می‌شود که تابع حالت سیستم نام دارد. بطور کلی بهتر است بجای حرکات واژه تحولات را بکار بریم زیرا جامع‌تر است. به عنوان مثال در حیطه‌های کوانتمی، در مواردی، حرکت، معنی خود را از دست می‌دهد.
۴) احتمالاً با عبارت QUARTZ که بر روی بسیاری از ساعت‌های مُچی درج می‌شود، برخورد کرده‌اید.
۵) فیزیکدان‌ها واژة ناظر Observer را برای هر چیزی که معادلات حرکت، نسبت به آن نوشته می‌شود به‌کار می‌برند. به زبان ساده‌تر، ناظر، هر چیزی است که در حال تجربه جهان بیرونی است؛ بنابراین مثلاً یک الکترون هم یک ناظر است.
۶) Albert Einstein
۷) Relativity
۸) نظریه دیگر، به نظریه میدان کوانتمی Quantum Field Theory مشهور است.
۹) نتایج نسبیت، تنها در مورد زمان نبوده است. این نظریه دستاوردهای دیگری هم داشته که در مقالات جداگانه‌ای به آن خواهیم پرداخت.
۱۰) Maryland
۱۱)  بنابر بیان نسبیت، هیچ جسم مادی نمی‌تواند به سرعت نور برسد زیرا برای این کار، بی‌نهایت انرژی لازم است.
۱۲) نسبیت عام در توضیح این پدیده چنین می‌گوید: برادری که به سفر فضایی رفته بود در طی سفر، یک منحنی بسته را با سرعتی بالا در فضا طی کرده است و بنابراین در طی این مدت، تحت شتاب بالایی قرار داشته‌است. این شتاب بالا از دیدگاه نسبیت عام، معادل با حضور در یک میدان گرانشی قوی (انحنای شدید در فضا-زمان) است که زمان را کُند می‌کند (بسیار کُندتر از نتیجه تأثیری که میدان گرانشی ضعیف زمین – که برادر دوم بر روی آن قرار داشت – بر زمان دارد).