سفر در زمان، به ایده حرکت بین لحظه های مختلف در زمان گفته می شود که مشابه حرکت بین مکان های مختلف در فضا صورت می گیرد و در آن امکان ارسال اشیاء به زمان گذشته و آینده وجود دارد سفر در زمان به عنوان یکی از مهیج ترین موضوعات مورد توجه ذهن انسان معاصر بیش از یک سده است که از یک طرف از سوی نویسندگان داستان های علمی- تخیلی و فیلمسازان و از سوی دیگر از طرف فیزیکدانان مورد بررسی قرار گرفته است.
سفر در زمان بی شک از اساسی ترین گنجینه های علمی تخیلی است. رد سال 1895 «اچ. جی. ولز» با رمان معروف «ماشین زمان» مفاهیم علمی جدید را بنیان نهاد که در بیش از یک قرن به مهم ترین دغدغه ذهنی انسان تبدیل شده است. خارج از داستان های علمی- تخیلی، بسیاری از دانشمندان نیز در سده اخیر به دنبال نظریه هایی در تایید امکان یا حتی انجام این سفر مهیج بوده اند. در این میان نظریه «نسبیت عمومی» انیشتین بیش از همه حائز اهمیت است.
در حقیقت خاصیت نور در نسبیت عمومی، نسبیت خاص، جاذبه عمومی و مکانیک کوانتوم این فکر را ایجاد می کند که شاید سفر در زمان ممکن باشد. هر چند نتایج این نظریه ها تاکنون برای کسی یا چیزی امکان عقب و جلو رفتن در زمان را فراهم نکرده، اما به نویسندگان جدید اجازه داده است که با پایه های علمی تری در آثار خود به بررسی این مقوله بپردازند.
سفر در زمان چیست؟
سفر در زمان جا به جایی فرضی در دوره های مختلف زمانی به سمت گذشته یا آینده است. تا به امروز، بعضی از نظریه های علمی، سفر در زمان را امکانپذیر می دانند، اما تنها در شرایط سختی که هنوز با فناوری های کنونی دستیابی به آنها غیرممکن است.
نظریه نسبیت خاصی که انیشتین در 1950 ارائه کرد، پدیده انبساط زمان را در بوته آزمایش می گذارد و به خصوص نشان می دهد ناظرانی که با سرعت نزدیک به سرعت نور (299,792,458 کیلومتر بر ثانیه) جا به جا می شوند، می توانند انبساط زمان را درک کنند.
به نظر می رسد این پدیده که تاکنون با انجام آزمایش های متعددی بررسی شده است، بتواند در آینده دری را به سوی فرضیه جا به جایی در زمان بگشاید، اما لازم به یادآوری است که این سفر احتمالا به ایده سفر در زمان که در داستان های علمی- تخیلی دیده می شود، هیچ شباهتی ندارد.
سفر در زمان در داستان ها و در تصور عمومی به عنوان تمحیدی شناخته می شود که هر دو روش سفر به آینده با سرعتی که هر دو روش سفر به آینده با سرعتی بسیار بالا و سفر به اعصار گذشته را در بر می گیرد. این در حالی است که از دیدگاه علمی، موضوع کمی پیچیده تر است.
در جست و جوی ماشین زمان
ماشین زمان کلاسیک که در سینما و در داستان های علمی- تخیلی استفاده می شود، ظاهری شبیه به یک خودروی معمولی یا دستگاهی در ابعاد یک اتاق کوچک دارد، به طوری که فرد وارد آن می شود، پارامترهای سفر را در دستگاه های ویژه ای تعیین، ماشین را روشن می کند و پس از چند ثانیه از صحنه خارج شده و وارد دوره زمانی مورد نظر خود می شود، در حالی که در عرصه فیزیک، آزمایش ایده آل سفر در زمان تنها برای بررسی نظریات علمی مانند نسبیت خاص، نسبیت عمومی و مکانیک کوانتوم استفاده می شود.
نظریه های نسبیت انیشتین تا به امروز بزرگ ترین ابزارهایی هستند که ما برای فرض کردن و متصور شدن شرایط ممکن سفر در زمان در اختیار دارم. یکی از اصول بنیادی در این نظریه ها، ثابت سرعت نور در خلاء است. این اصل اجازه داده است که سه شرط مرتبط با امکان سفر در زمان را شناسایی کنیم.
1. در سرعت زیر سرعت نور در خلا، اجسام دارای جرم، چه در حالت سکون و چه در حالت شتاب بالای صفر، وجود دارند. این اجسام می توانند تنها در فضا و نه در زمان به عقب و جلو حرکت کنند. (در جهان ما جهت زمان از پیش تعیین شده است و از گذشته به آینده می رود).
2. در سرعت برابر با سرعت نور، فضا و زمان حذف می شوند، فوتون دارای جرم در این سرعت می تواند بدون «لختی» (اینرسی) حرکت کند. در سرعت نور، انقباض زمان، صفر و انبساط فضا نامحدود است. در این شرایط، شناسایی موقعیت جسم در 4 مختصات غیرممکن است؛ مختصات زمانی متوقف می شود. بنابراین ساعت در سرعت نور به طور مرتب تنها یک زمان را نشان می دهد.
3. در سرعت فراتر از سرعت نور، جسم فرضی هم در حالت سکون و هم در حالت شتاب، تنها می توان یک جرم مجازی داشته باشد. این جسم می تواند در فضایی حرکت کند که هنوز وجود ندارد. در حقیقت قادر است در یک «فضای منفی» و در یک «زمان وارونه» حرکت کند و توالی زمانی اش از آینده به گذشته برود.
سفر در زمان از طریق سیاهچاله ها
سیاهچاله ها اجرامی فیزیکی هستند که در آنها ماده و میدان گرانشی در حداکثر تراکم و چگالی قرار دارد. در این سیاهچاله ها امکان ایجاد «پل های فضا- زمان» که همچنین با عنوان «پل انیشتین- روزن» شناخته می شود، وجود دارد.
در اینجا برای درک بهتر مفهوم «زمان تحت تاثیر گرانش»، فضا- زمان به عنوان یک ورقه کاملا لاستیک معرفی می شود که می تواند به آسانی خم و راست شود و «خمیدگی فضا- زمان» را بسازد. گرانش از بدشکلی این ورقه یا خمیدگی فضا- زمان پدید می آید. در حالی که زمان می تواند به عنوان شیب این ورقه که در نزدیکی لبه ها منبسط شده و کش آمده است، دیده شود.
بر پایه نظریه های انیشتین، هیچ چیز نمی تواند در خلا فراتر از سرعت نور برود، اما در این نظریه ها، هیچ محدودیتی درباره شدت میدان گرانشی در بدشکلی فضا- زمان وجود ندارد. بنابراین، ساخت ماشینی برای سفر در زمان باید بر پایه فرضیه بدشکلی های فضا- زمان و نه نسبیت ها باشد.
استفان هاوکینگ سفر در زمان را امکان پذیر می داند
«استفان هاوکینگ»، دانشمند انگلیسی و فیزیکدان دانشگاه «کمبریج» است که شهرت خود را به خاطر تحقیقاتی به دست آورده که در عرصه گرانش کوانتومی، «افق حوادث» و «تکینگی» فضا- زمان در سیاهچاله ها انجام داده است. وی در سال 2010 در فیلمی مستند با عنوان «جهان استفان هاوکینگ» که از شبکه «دیسکاوری» پخش شد، اظهار کرد که از چند راه می توان از مانع زمان عبور کرد.
به اعتقاد هاوکینگ، زمانی خواهد رسید که فضاپیماها به اندازه ای سریع خواهندشد که زمان را برای کسی که سوار آنهاست، آهسته خواهندکرد. این فضاپیما قادر است از تئوری انیشتین فراتر رود و در زمان سفر کند. حتی اگر این سفر در زمان تنها به سوی آینده با شد. این فضاپیما برای رسیدن به 98 درصد از سرعت نور به 6 سال زمان نیاز دارد. پس از رسیدن به این سرعت، طول یک روز در این فضاپیما برابر با طول یکسال در زمین خواهدشد. به این ترتیب، سرنشینان می توانند جلوتر از زمان حرکت کنند. این در حالی است که سفر به گذشته ممکن نیست، چرا که قانونی بنیادی را که بیان می دارد و «علت بر معلول مقدم است» را نقض می کند. درواقع، سفر به گذشته نوعی نابود کردن وجود خود است.
هاوکینگ می افزاید که برای رسیدن به چنین شتاب و سرعتی، انسان باید در فضا باشد. سریع ترین سفر فضایی انسان ها، یعنی سفر آپولو 10، با سرعت 40 هزار و 233 کیلومتر بر ساعت بوده است. در حالی که برای سفر به زمان باید با سرعتی 10 برابر این سرعت در فضا حرکت کرد و برای عملی شدن آن، به فضاپیمایی بسیار بزرگ تر نیاز است، تا بتواند مقادیر زیادی سوخت را برای تامین انرژی مورد نیاز چنین سرعتی حمل کند. از نظر تئوری تنها می توانیم در طول عمر خود یک بار به سفری بسیار دوردست برویم؛ سفری کوتاه به مرز کهکشان راه شیری به تنهایی به 80 سال زمان نیاز دارد.
این فیزیکدان انگلیسی معتقد است که در آن روز، نظریه نسبیت انیشتین منسوخ خواهدشد. این در حالی است که آزمایش هایی که تاکنون در بررسی این نظریه انجام شده، همگی مهر تایید بر پیش بینی های انیشتین بوده است.
تایید نظریه انیشتین و رد امکان سفر در زمان
گروهی از پژوهشگران دانشگاه علم و فناوری هنگ کنگ با انجام تحقیقاتی درباره فوتون های مجزای نور، ضمن تایید تئوری انیشتین درباره سرعت نور در خلا حرف آخر درباره احتمال تحقق رویای سفر در زمان را زدند.
این تیم تحقیقاتی نشان دادند همان طور که آلبرت انیشتین در نظریه نسبیت عمومی تعیین کرده بود، هیچ چیز سریع تر از نور نیست. در حقیقت احتمال انجام سفر در زمان با امکان حرکت سریع تر از سرعت نور ارتباط دارد.
یک دهه قبل گروهی از دانشمندان پالس هایی از سرعت مافوق نور را کشف کردند. هر چند این کشف تنها یک اثر «اپتیکی» بود، این تردید را به وجود آورد که سرعت حرکت یک فوتون مجزا به چند روش می تواند از سرعت نور بیشتر شود. اکنون فیزیکدانان هنگ کنگی موفق شدند با دقت بالایی، سرعت حرکت یک فوتون مجزا را اندازه گیری کنند. نتایج این بررسی ها نشان داد حتی یک فوتون مجزا که واحد پایه نور است، مانند سرعت فاز امواج الکترومغناطیس محدود به سرعت نور است.