فیزیک کوانتومی سفر در زمان

فیزیک کوانتومی سفر در زمان

پارادوکس پدربزرگ

فرض کنید که دوست ما سونیا یک ماشین زمان در گاراژ دارد. او شب گذشته از آن برای دیدار با پدربزرگ خود در سال ۱۹۳۴-هنگامی که وی هنوز خواستگار مادربزرگش بود- استفاده کرد. سونیا با اشاره به اسرار خانوادگی که پدربزرگ هنوز به هیچ کسی نگفته بود او را نسبت به هویت خود مطمئن کرد. بیچاره پیرمرد گیج شد ولی اوضاع بدتری نیز در انتظار بود. هنگامی که او موقع شام به معشوقه‌اش گفت که تازه با نوه‌ی آینده‌ی خودشان ملاقات داشته، خانم او را دیوانه خطاب کرد و هم آن حرف‌ها را توهین به شعور خودش دانست . آنها هرگز ازدواج نکردند و هرگز فرزندی نداشتند که مادر سونیا شود.
پس چطور امروز سونیا این جا نشسته و ماجرای خود را روایت می‌کند؟ اگر مادر او هیچ‌وقت متولد نشد، وی چطور قدم به این جهان گذاشت؟ سوال اصلی این است که وقتی سونیا به ۱۹۳۴ برمی‌گردد، آیا می‌تواند عشق پدربزرگ و مادربزرگ آینده‌ی خود را به پایانی زودهنگام برساند یا نمی‌تواند؟ هر پاسخی دردسر آفرین است. اگر سونیا می‌تواند جلوی تولد خودش را بگیرد، تناقضی پدید می‌آید. اگر نمی‌تواند، این ناتوانی با عقل جور در نمی‌آید ، زیرا چه چیزی می‌تواند از رفتار سونیا مطابق میل او ممانعت کند؟ آیا او به‌محض اینکه تلاش کند کار مشخصی را انجام دهد، دچار نوعی از کارافتادگی عجیب خواهد شد؟
معمولاً چنین موقعیت‌هایی – مدلی متوسط از «پارادوکس پدربزرگ» کلاسیک، که در آن پدربزرگ توسط نوه‌ی مسافر خود در زمان کشته می‌شود، به عنوان نفی سفر در زمان در نظر گرفته می‌شوند. با این حال نکته‌ی شگفت‌انگیز این است که قوانین فیزیک ماجراجویی‌های این چنینی را ممنوع نمی‌کند.
پارادوکس دیگر به‌صورتی علمی-‌تخیلی توسط مایکل دامت فیلسوف از آکسفورد ارائه شده است. یک منتقد هنری از
آینده به دیدار نقاشی در قرن بیستم می‌رود که در دورانِ منتقد، هنرمندی برجسته است. منتقد وقتی کارهای نقاش را مبتذل می‌بیند، متوجه می‌شود که هنوز مانده تا این هنرمند آن آثار نقاشی درخشان را کشیده و نسل‌های آینده را تحت تأثیر قرار دهد. منتقد کتابی از آثار چاپ شده‌‌ی کارهای اینده‌ی نقاش را به او نشان می‌دهد.

سپس نقاش نقشه‌ای را برای سرقت کتاب می‌چیند و آن را برمی‌دارد. منتقد مجبور می‌شود بدون آن کتاب به زمان خود بازگردد و بعد نقاش شروع می‌کند به کپی کردن دقیق آن آثار چاپ شده در کتاب بر روی بوم نقاشی. به این ترتیب آن آثار چاپ شده (در کتاب) تنها به این دلیل وجود دارند که از روی نقاشی‌هایی کپی شده بودند، و آن نقاشی ها به این دلیل وجود داشتند که از روی آن آثار چاپ شده کپی شده بودند. هرچند این داستان در ذات خود هیچ تناقض ندارد ولی اختلال محضی در آن هست؛ نقاشی‌هایی به ما می‌دهد بدون آن که کسی کوششی خلاقانه و هنری در خلق آنها به خرج داده باشد – نوعی «ناهار رایگان» هنرمندانه.

فیزیکدانان، با برانگیختن چنین ممنوعیت‌هایی، به طور کلاسیک اصلی گاه‌شناختی (chronology) را طرح کرده‌اند که در واقع هرگونه سفری به گذشته را مردود می‌کند.. سفر یک طرفه به آینده هیچ مشکلی ندارد. نظریه نسبیت خاص اینشتین پیش‌بینی می‌کند که اگر فضانوردان شتاب کافی داشته باشند می‌توانند به سفر رفته و ده‌ها سال بعد در آینده به زمین بازگردند، در حالی که از نظر فیزیکی فقط یکی دو سال پیر شده باشند. مهم است که بین پیش بینی‌هایی همانند این- که فقط شگفت انگیز هستند- و فرایندهایی که قوانین فیزیک یا به طور مجزا اصول فلسفی موجه را نقض می‌کنند تمایز قائل شویم.
به‌طور مختصر توضیح خواهیم داد که چرا سفر به گذشته هیچ کدام از چنین اصولی را نقض نمی‌کند. برای این امر باید اول به تجزیه و تحلیل خود مفهوم زمان(به‌گونه‌ای که فیزیک‌دانان فهم می‌کنند) بپردازیم. در نظریه‌های نسبیت خاص و عام اینشتین فضای سه بعدی با زمان در هم تنیده می‌شوند تا فضا-زمان چهار بعدی را تشکیل دهند. در حالی که فضا شامل نقاط فضایی است، فضا-زمان شامل نقاط فضا-زمانی یا رویدادهاست که هر کدام نماینده ی مکانی ویژه در زمانی ویژه است.

زندگی شما نوعی «کرم» چهار بعدی در فضا زمان می‌سازد؛ نوک دم کرم متناظر با رویداد تولد شماست و جلوی سر آن با رویداد مرگ شما.

یک جسم در نگاهی در هر لحظه، سطح مقطعی است سه بعدی از این کرم دراز و نازک و دارای خمیدگی ظریف. خطی که کرم روی آن قرار دارد (صرف‌نظر از پهنای آن) به نام جهان‌-خط آن جسم شناخته می‌شود.
در هر نقطه‌ای روی جهان‌-خط خود شما ، زاویه‌ای که با محور زمان تشکیل می‌شود، اندازه‌ای است از سرعت شما. جهان-خط پرتویی از نور معمولاً با زاویه‌ی ۴۵ درجه کشیده می‌شود؛ درخششی از نور در تمام جهات گسترش یافته و مخروطی در فضا-زمان می‌سازد به نام مخروط-نور. تفاوت عمده میان فضا و فضا-زمان آن است که جهان-خط ( بر خلاف مثلا خطی کشیده شده روی کاغذ) نمی‌تواند هر خطوط دلخواهی باشد. چون چیزی نمی‌تواند سریع‌تر از نور حرکت کند، جهان-خط فیزیکی هرگز نمی‌تواند در بیرون از مخروط-نور گسترده شده از هر رویدادی در گذشته‌ خود، سرگردان بچرخد. جهان-خط‌هایی که از این معیار پیروی می‌کنند زمان‌-گونه نامیده می‌شوند. زمان به صورت اندازه‌گیری شده با ساعت در روی جهان-خط در یک جهت افزایش پیدا می‌کند.

تصویر۱
فضا و زمان در یک موجودیت چهار بعدی تنیده می‌شوند؛ فضا-زمان. این جا دو بعد فضا و زمان را نشان می‌دهیم. یک جهان-خط همه‌ی رویدادهای زندگی ما را در فضا-زمان به هم متصل می‌کند؛ چون ما اندازه‌ای داریم جهان-خط یک شخص بسیار شبیه به کرمی امتداد یافته از تولد تا مرگ است و نه شبیه به یک خط. جهان‌-خط‌های پرتوهای نور گسترش یافته در تمام جهت‌های فضا از یک رویداد، مخروطی در فضا-زمان تشکیل می‌دهند به نام مخروط-نور. جهان-خط هر جسمی (مانند ناف این آدم) نمی‌تواند خارج از مخروط-نور از هر نقطه ای در گذشته‌اش گسترش یافته و سرگردان بچرخد.

نظریه نسبیت خاص اینشتین جهان-خط‌های اجسام فیزیکی را مجبور می‌کند که زمان-گونه باشند. معادلات میدان نظریه نسبیت عام او پیش‌بینی می‌کنند که اجسامی با جرم بالا مثل ستارگان و سیاهچاله‌ها، فضا-زمان را آشفته کرده و جهان-خط‌ها را خم کنند. منبع گرانش همین است: جهان-خط زمین دور جهان-خط خورشید پیچ می‌خورد که آن هم دور جهان-خط مرکز کھکشان خودمان مارپیچ می‌شود.
فرض کنیم که فضا-زمان آن‌چنان آشفته شود که برخی از جهان-خط‌ها حلقه‌ای بسته را ایجاد کنند. چنین جهان-خط‌هایی در همه‌ی مسیر زمان‌گونه خواهند شد. آنها به شکل موضعی از همه‌ی ویژگی‌های آشنای فضا و زمان پیروی می‌کنند، ولی دالان‌هایی (راه‌رو هایی) به گذشته خواهند شد. اگر بخواهیم دقیقا چنین خم زمان-‌گونه‌ی بسته‌ای (CTC) را دنبال کنیم، در همه‌ی مسیر با خویشتن‌های گذشته‌ی خودمان مواجه می‌شویم و به گوشه‌ای رانده خواهیم شد. ولی با دنبال کردن بخشی از CTC می‌توانیم به گذشته برگردیم و در رویدادهای آن نقش داشته باشیم. می‌توانیم با خویشتن جوان‌تر خودمان دست بدهیم یا اگر حلقه به اندازه‌ی کافی بزرگ باشد، اجداد خود را ملاقات کنیم.
برای این کار باید یا از CTCهایی استفاده کنیم که به طور طبیعی رخ می‌دهند یا با آشفته کردن و پاره کردن بافت فضا‌‌‌-زمان CTCهایی بسازیم. پس ماشین زمان به جای این که نوعی وسیله‌ی نقلیه‌ی خاص باشد راهی به گذشته باز می‌کند که وسایل نقلیه‌ عادی، مانند فضاپیما می‌تواند در
طول آن حرکت کند. اما بر خلاف مسیری فضایی، CTC (یا به نسبت، لوله‌ی بسته‌ی زمان-گونه) چنانچه به کرات پیموده شود، گسترش می‌یابد. تنها تعداد زیادی کرم‌های جهان-خط می‌توانند در آن قرار بگیرند و نه بیشتر. اگر کسی تا نقطه‌ی خاصی در آن پیش رود، با هر کسی که به آن رویداد رسیده دیدار خواهد کرد. آیا کیهان ما اکنون، یا در آینده، می‌تواند دارای CTCها باشد؟
نمی‌دانیم ولی فرض‌های نظری مختلفی درباره‌ی چگونگی تشکیل احتمالی آنها وجود دارد. کرت گودل ریاضیدان راه حلی برای معادلات اینشتین پیدا کرد که CTCها را توضیح می‌دهد. در این روش کل کیهان می‌چرخد
(طبق شواهد و مدارک فعلی، کیهان واقعی نمی‌چرخد). همچنین CTCها در راه حل‌های معادلات اینشتین برای توصیف سیاهچاله‌های چرخشی پدیدار می‌شوند. این راه‌حل‌ها ماده‌ی تورم یابنده را نادیده می‌گیرند و بر سر این که تا چه اندازه برای سیاهچاله‌های واقعی به کار می روند مناقشه وجود دارد . علاوه بر این مسافر زمان پس از رسیدن به گذشته درون سیاهچاله گیر می‌افتد، مگر این که روند چرخش آن از مقادیر بحرانی بیشتر شود. اخترفیزیک‌دانان معتقدند بعید است سیاهچاله‌ای طبیعی به آن سرعت دوران داشته باشد. شاید تمدنی به مراتب پیشرفته‌تر از ما بتواند ماده را به درون آنها پرتاب کند، روند چرخش آنها را بالا ببرد تا CTCهای امن ایجاد شوند، ولی بسیاری از فیزیک‌دانان در مورد این امکان تردید دارند.

تصویر ۲
اگر فضا-زمان حلقه بزند خمیدگی زمان-گونه بسته‌ای امکان شکل‌گیری دارد. با ورود به چنین خمیدگی‌ای در فردا و پیش رفتن در زمان می‌توانیم وارد امروز شویم.

جان ویلر فیزیکدان دانشگاه پرینستون نوعی میانبر به نام کرمچاله در درون فضا-زمان را مطرح کرده است. کیپ ثورن از موسسه تکنولوژی کالیفرنیا و دیگران نشان داده‌اند که چگونه دو سر کرمچاله می‌تواند حرکت کند تا CTC را بسازد. بنا به محاسبه‌ی اخیر ریچارد گات از پرینستون، ریسمانی کیهانی (ساختار نظری دیگر که شاید در طبیعت وجود داشته باشد یا نباشد) که به سرعت از درون یک‌دیگر بگذرد CTCها را ایجاد خواهد کرد.

اکنون راهی بسیار طولانی برای یافتن هر گونه CTC در پیش رو داریم با این حال، شاید آنها در دسترس تمدن‌های آینده که تلاش خوبی برای بررسی پارادوکس‌های سفر در زمان به خرج دهند قرار بگیرد. پس بیایید
گاهی از نزدیک به این پارادوکس‌ها بیندازیم تا ببینیم طبق فیزیک کلاسیک و کوانتومی، سفر در زمان چه اصولی را-اگر که چنین چیزی باشد- نقض می‌کند.

فیزیک کلاسیک به‌وضوح می‌گوید که با رفتن به گذشته، سونيا باید همان کارهایی را انجام دهد که تاریخ برایش ثبت کرده. برخی فیلسوفان این را محدودیتی غیرقابل پذیرش در برابر «اراده‌ی آزاد» می‌دانند. ولی به عنوان استدلالی علیه سفر در زمان در چارچوب فیزیک کلاسیک، این ایراد راه به جایی نمی‌برد. چون فیزیک کلاسیک در نبود CTCها علیتی است: هر آن چیزی که در هر لحظه رخ می‌دهد تمام و کمال به علت چیزی است که در لحظه‌ای قبل‌تر (یا بعدتر) رخ می‌دهد. بنابراین هر عملی که انجام دهیم، پیامد اجتناب‌ناپذیری است از آن چیزی که پیش از آن که حتی درک کرده باشیم رخ داده است. این علیت سفت و سخت معمولاً ناسازگار با اراده‌ی آزاد درنظر گرفته می‌شود. پس آنقدر که خود فیزیک تهدیدی برای اراده‌ی آزاد است، سفر در زمان نیست.

اصل مطلب در پارادوکس پدربزرگ نقض اراده‌ی آزاد نیست بلکه نقض اصلی است بنیادی که هم مبنای هم علم است و هم عقلانیت عادی که ما به آن اصل خودگردانی می‌گوییم. طبق این اصل می‌توان در محیط پیرامون خود هرگونه ترکیبی از ماده را که به‌طور موضعی در قوانین فیزیک مجاز می‌باشد را ایجاد کرد، بدون توجه به این که بقیه کیهان مشغول چه کاری است. هنگامی که کبریت میزنیم، نگران آن نیستیم که چون مثلا ساختار سیارات با کبریت ناهمساز است، کبریت روشن نشود. خودگردانی خصوصیتی منطقی است که بهره‌مندی قوانین فیزیک از آن بسیار مطلوب است. چون بر همه‌ی علوم تجربی مهر تأیید میزند: معمولا یادمان می‌رود که می‌توانیم دستگاه‌های خود را با هر ترکیب مجاز از سوی قوانین فیزیک سر هم کنیم در حالی که بقیه‌ی کیهان مشغول کار خودش است.
در نبود CTCها، هم فیزیک کلاسیک و هم کوانتوم با اصل خودگردانی سازگارند. ولی به در حضور آنها فیزیک کلاسیک دیگر سازگار نمی‌ماند. به علت چیزی که جان فریدمن از دانشگاه ویسکانسین و دیگران آن را اصل سازگاری می‌نامند: تنها ساختارهایی از ماده می‌توانند به طور موضعی ایجاد شوند که به طور جهانی خودسازگار باشند. طبق این اصل جهان بیرون از آزمایشگاه می‌تواند کارهای ما را در درون آن مهار کند ولو هر کاری که انجام می‌دهید ، به طور موضعی با قوانین فیزیک سازگار باشد. غالبا ما از این قید بی‌خبر هستیم، چون اصول خودگردانی و سازگاری هرگز با هم سرشاخ نمی‌شوند ولی به طور کلاسیک، با بودن CTCها، می‌شوند.
فیزیک کلاسیک می‌گوید که تنها یک تاریخ هست. پس اگر سونیا بخواهد برخلاف چیزی که تاریخ حکم می‌کند دست به هر کاری بزند، سازگاری او را ملزم می‌کند که نقش خود را در آن ایفا کند. چه بسا او پدربزرگش را ببیند.

اما هنگامی که پدر بزرگ به کسی که قرار است مادر بزرگ آينده‌ی سونیا شود می‌گوید چه اتفاقی افتاده، دختر نگران سلامتی او می‌شود. پدربزرگ بسیار تحت تأثیر قرار می‌گیرد و به او پیشنهاد ازدواج می‌دهد و او هم می‌پذیرد. چاره‌ای جز این نیست – در فیزیک کلاسیک چیزی مانند این باید حتما رخ دهد. سونیا نه تنها تاریخ را عوض نمی‌کند بلکه تبدیل به بخشی از آن نیز می‌شود.

خب حالا اگر سونیا تصمیم می‌گرفت عليه تاریخ قیام کند چه می‌شد؟ فرض کنیم که او به عقب بر می‌گشت تا خویشتن جوان خود را ببیند. در این دیدار خویشتن جوان‌تر او آن چیزی را که خویشتن پیرتر می‌گوید ضبط میکند و به وقت مناسب وقتی آن خویشتن پیرتر شد، در عمل تلاش می‌کند تا چیزی دیگری بگوید. آیا باید فرض کنیم-به شکلی مزخرف- که بر خلاف نیت اولیه برای انجام کاری دیگر، با بی‌اختیاری مقاومت ناپذیری برای به زبان آوردن آن واژه‌های اصلی مواجه می‌شود؟ سونیا حتی می‌تواند روباتی را برای سخن گفتن به جای خودش برنامه ریزی کند: آیا روبات به طریقی مجبور می‌شود که از برنامه اش نافرمانی کند؟
در چارچوب فیزیک کلاسیک پاسخ بله است. چیزی باید جلوی سونیا یا روبات را برای تغییر دادن چیزی که پیش‌ از آن اتفاق افتاده ، بگیرد. اما لزومی ندارد چیزی خارق‌العاده باشد. هر اتفاق پیش پا افتاده‌ای کفایت می‌کند. ماشین سونیا خراب می‌شود، یا برنامه‌ی روبات دچار باگ می‌شود. ولی به هر ترتیب طبق فیزیک کلاسیک سازگاری نیازمند آن است که اصل خودگردانی نقض شود.
اکنون بیایید به سر وقت داستان منتقد هنری مسافر زمان برگردیم. ما این نقض عقل سلیم را پارادوکس دانش می نامیم (پارادوکس پدربزرگ یک پارادوکس ناسازگاری است). در اینجا ما از واژه‌ی «دانش» در مفهومی گسترده استفاده می‌کنیم، که طبق آن نقاشی، مقاله‌ای علمی، تکه‌ای ماشین آلات و ارگانیسمی زنده همگی مظاهر دانش هستند. پارادوکس‌های دانش این اصل را نقض می‌کنند که دانش می‌تواند تنها دنباله‌ی فرایندهای حل مسئله، مانند تکامل زیست شناختی با اندیشیدن انسان، پا به عرصه وجود بگذارد. سفر در زمان گویا در حلقه‌ای ناسازگار باعث سیر دانش از آینده به گذشته و برعکس می‌شود.بدون اینکه کسی یا چیزی هرگز با مسائل متناظر کلنجار رفته باشد. چیزی که در اینجا از منظر فلسفی قابل اعتراض است آن دانش نیست (چیزهایی که به گذشته برده می‌شوند-مثل نقاشی چاپ شده) بلکه عنصر اراده‌ی آزاده است. دانش لازم برای ابداع آن چیزها نباید توسط خود آن چیزها تأمین شود.
در پارادوکس ناسازگاری رویدادهای فیزیکی گویی جدی‌تر از آن چیزی که به آن عادت داریم مهار شده‌اند. در پارادوکس دانش مهار آنها به آن جدیت نیست. برای مثال حالت کیهان قبل از آمدن متنقد هنری تعيين نمی‌کند که چه کسی از آینده می‌آید ( اگر کسی بیاید) یا اینکه او چه چیزی با خودش به‌همراه خواهد آورد. قوانین عليتی فیزیک کلاسیک به منتقد اجازه می‌دهد تا تصاویری عالی یا تصاویری مبتذل با خود بیاورد یا اصلا هیچ تصویری نیاورد. این علیت پذیری چیزی نیست که به طور معمول از فیزیک کلاسیک انتظار داریم، ولی هیچ مانع بنیادینی برای سفر در زمان به‌حساب نمی‌آید. درواقع علیت ناپذیری به قوانین کلاسیک اجازه می‌دهند تا با اصلی اضافی همراه شوند که می‌گوید دانش تنها می‌تواند در نتیجه‌ی فرایندهای حل مسئله پدیدار شود .
ولی این اصل ما را به همان مسئله‌ی خودگردانی می‌رساند که در پارادوکس پدربزرگ با آن روبه رو شدیم. چه چیزی می‌تواند جلوی سونیا را بگیرد تا اختراعات تازه را به دنیای گذشته نبرده و آنها را به سازندگان فرضی آنها نشان ندهد؟ پس اگرچه فیزیک کلاسیک می‌تواند به هر صورت، نوعی سفر در زمان را بپذیرد که پارادوکسیکال به‌نظر میرسد، این کار را با هزینه‌ی نقض اصل خودگردانی انجام می‌دهد. پس هیچ نوع تحلیل کلاسیکی نمی‌تواند به طور کامل این پارادوکس را حذف کند.

با این وجود تمام این‌ها از دید آکادمیک ما بوده، چون فیزیک کلاسیک نادرست است. موقعیت‌های بسیاری هست که در آن فیزیک کلاسیک تقریبی عالی از حقیقت است. اما وقتی که خمیدگی‌های زمان-گونه‌ی بسته در کار باشند، حتی به آن نزدیک هم نمی شود.
یک نکته که پیش‌تر در مورد CTCها می‌دانیم آن است که اگر وجود داشته باشند برای درک آنها به مکانیک کوانتومی نیاز داریم. استیون هاوکینگ از دانشگاه کمبریج استدلال کرده که اثرات کوانتوم مکانیکی یا مانع از تشکیل CTCها می‌شود یا این که هر مسافر زمان احتمالی را که به نزدیکش برسد نابود خواهد کرد.

طبق محاسبات هاوکینگ که از تقریبی برای نادیده گرفتن اثرات گرانشی میدان کوانتومی استفاده می‌کند، افت و خیزها در چنین میدان‌هایی در نزدیک CTC به بی‌نهایت میل می‌کنند. تا زمانی که کشف کنیم چگونه نظریه‌ی کوانتوم را به‌طور کامل در گرانش به‌کار بگیریم، چنین تقریب‌هایی اجتناب ناپذیر است؛ ولی فضا-زمان‌های شامل CTCها تکنیک‌های فعلی را به ورای محدوه‌ای منتقل می‌کنند که با اطمینان خاطر بشود از آنها استفاده کرد. اثرات کوانتوم مکانیکی که شرح خواهیم داد نه تنها مانع سفر در زمان نمی‌شوند، بلکه در عمل آن را راحت‌تر هم می‌کنند.
مکانیک کوانتومی شاید حضور خمیدگی‌های زمان-گونه‌ی بسته را لازم داشته باشد. CTC ها با وجود اینکه به سختی در مقیاس‌های بزرگ یفت می‌شوند شاید در مقیاس‌های میکروسکوپی فراوان باشند. جایی که اثرات کوانتوم مکانیکی غالب است. البته هنوز هیچ نظریه‌ی رضایت بخشی برای گرانش کوانتومی در دست نیست. ولی طبق بسیاری از نسخه‌های پیشنهاد شده؛ اگرچه فضا-زمان در مقیاس‌های بزرگ هموار به نظر می‌رسد، دارای ساختار زیرمیکروسکوپی کف مانندی است در بر گیرنده‌ی تعداد زیادی کرمچاله و نیز CTCهایی که به
۱۰ به توان منفی ۴۲ ثانیه در گذشته می‌رسند. طبق تمام آن چیزی که می‌دانیم، سفر در زمان توسط ذرات زیر اتمی شاید همین الان در بیخ گوش ما دارد اتاف می‌افتد.

از آن مهم‌تر مکانیک کوانتومی می‌تواند پارادوکس‌های سفر در زمان را برطرف کند. این پایه‌ای‌ترین نظریه‌ی فیزیکی است که در دست داریم و دربرگیرنده‌ی رهیافتی انقلابی از جهان‌بینی کلاسیک است. این نظریه به جای اینکه چیزهایی که مشاهده می‌کنیم را با قطعیت پیش‌بینی نماید ، همه‌ی پیامدهای مشاهده را با احتمالات متفاوت هرکدام، پیش‌بینی می‌کند. اگر منتظر واپاشی یک نوترون (به پروتون، الكترون و پادنوترینو) باشیم به احتمال بسیار زیاد در حدود ۲۰ دقیقه آن را خواهیم دید.

ولی ممکن است درجا آن را ببینیم یا شاید تا ابد بایستی به انتظار بنشینیم. از این تصادفی بودن چگونه سر در بیاوریم؟ آیا در مورد حالت درونی نوترون‌ها چیزی که فعلا ناشناخته باشد، وجود دارد که از نوترونی به نوترون دیگر متفاوت است و توضیح می‌دهد که چرا هر نوترون هنگام واپاشی چنین می‌کند؟ معلوم می‌شود که این ایده‌ی به ظاهر جذاب با پیش‌بینی‌های مکانیک کوانتومی که به طور تجربی آزمود شده، هم‌خوانی ندارد.
تلاش‌هایی صورت گرفته تا شهود کلاسیک ما را در مکانیک کوانتومی حفظ کند. اما در مجموع هیچ‌کدام موفقیت نبوده‌اند. پس ما ترجیح می‌دهیم مکانیک کوانتومی را به همین صورتی که هست بپذیریم و مفهومی از واقعیت را انتخاب کنیم که به طور سرراست ساختار خود این نظریه را بازتاب می‌دهدـ هنگامی که به مکانیک کوانتومی اشاره می‌کنیم منظور ما به اصطلاح تفسير چندجهانی آن است که برای نخستین بار هيو أورت در ۱۹۵۷ مطرح کرد.(یکی از مدل‌های جهان‌های موازی) به گفته‌ی اورت اگر چیزی بتواند به طور فیزیکی رخ دهد، چنین نیز می‌شود – اما در جهانی دیگر. واقعیت فیزیکی مجموعه‌ای است از جهان‌ها که گاهی چندجهانی نامیده می‌شود. هر جهان در چندجهانی دارای کپی خودش از نوترونی است که می‌خواهیم واپاشی آن را مشاهده کنیم. برای هر لحظه‌ای که در آن شاید نوترون واپاشی کند، یک جهان هست که در آن نوترون در همان لحظه واپاشی می‌کند. چون ما واپاشی آن را در لحظه‌ای مشخص می‌بینیم، خودمان نیز باید در کپی‌هایی متعدد وجود داشته باشیم، یکی برای هر جهان. در یک جهان می‌بینیم که نوترون در ۱۰:۳۰ شکافت، در دیگری در
۱۰:۳۱ و… نظریه‌ی کوانتومی به شکلی که در چندجهانی به کار رفته علیتی است – احتمال ذهنی هر نتیجه را با بیان نسبت جهان‌هایی که در آنها نتیجه‌ی مورد نظر رخ می‌دهد، پیش‌بینی می‌کند. تفسیر اورت از مکانیک کوانتومی هنوز در ہین فیزیکدانان بحث برانگیز
است.

تصویر ۳
واپاشی نوترون در هر زمانی امکان دارد رخ دهد. هرچند در بعضی از زمان‌ها احتمالش بیشتر است. طبق تفسیر چندجهانی اورت از مکانیک کوانتومی برای لحظه‌ای که شاید نوترون واپاشی کند، کیهان دیگری هست که در آن در همان لحظه واپاشی صورت می‌گیرد.

مکانیک کوانتومی به صورت متداول به عنوان ابزاری محاسباتی به کار می‌رود که با داشتن ورودی (اطلاعات درباره فرایندی فیزیکی) احتمال هر نتیجه‌ی ممکن را به مشخص می‌کند. بیشتر اوقات لازم نیست تا ریاضیات توصیف کننده‌ی آن فرایند را تفسیر کنیم. ولی در دو شاخه از فیزیک – کیهان‌شناسی کوانتومی و نظریه‌ی کوانتومی محاسبات – چنین کاری کفایت نمی‌کند. این شاخه‌ها به عنوان موضوع کامل بحثشان به کارکردهای درونی سیستم‌های فیزیکی در حال مطالعه می‌پردازند. تفسیر اورت در بین پژوهشگران این دو رشته رواج دارد.

طبق تفسیر اورت، مکانیک کوانتومی چه چیزی درباره‌ی پارادوکس‌های سفر در زمان می‌گوید؟ خب، پارادوکس پدربزرگ اصلا پیش نمی‌آید. فرض کنین که سونیا سراغ پروژهای «پارادوکسیکال» می‌رود که اگر به پایان برسد می‌تواند جلوی تولد خودش را بگیرد. چه می‌شود؟ اگر فضازمان کلاسیکی شامل CTCها باشد، آن‌وقت طبق مکانیک کوانتومی، جهان‌های چندجهانی باید به شیوه‌ای نامعمول پیوند داشته باشند. به جای تفکیک‌ شدگی‌های زیاد جهان‌های موازی هر یک شامل CTCها، در عمل یک فضا-زمانی در هم پیچیده داریم با جهان‌های متعدد به هم پیوسته. این پیوندها سونیا را مجبور می‌کند که به جهانی برود که تا لحظه ی ورود، با جهانی که ترک کرده یکسان است، ولی از آن پس به دلیل حضور وی متفاوت می‌شود.
بالاخره آیا سونيا مانع از تولد خودش می‌شود یا خیر؟ این بستگی دارد به این که داریم به کدام جهان اشاره می‌کنیم. در جهانی که او ترک کرده، همان که در آن متولد شد، پدربزرگ وی با مادربزرگش ازدواج کرده چون در آن جهان، او ملاقاتی با سونیا نداشت. در جهانی دیگر همان که سونیا به گذشته‌اش سفر می‌کند، پدربزرگش با آن زن ازدواج نمی‌کند و سونيا هرگز متولد نمی‌شود.
به این ترتیب این واقعیت که سونیا مشغول سفر در زمان است بر کنش‌های او محدودیت ایجاد نمی‌کند و مشخص می شود طبق مکانیک کوانتومی هرگز چنین نخواهد شد. مکانیک کوانتومی حتی با بودن CTCها با اصل خودگردانی سازگاری دارد.
فرض کنیم سونیا نهایت تلاشش را بکند تا کار پارادوکسیکال انجام دهد . او عزم خود را جزم می کند تا فردا پا به ماشین زمان بگذارد و امروز پیدایش شود، مگر نسخه‌ای از او نخست امروز پیدایش شود، که از فردا آمده باشد؛ و این که اگر نسخه ای از وی امروز پیدایش شود، او فردا پا به ماشین زمان نخواهد گذاشت.

در فيزیک کلاسیک این تصمیم خودمتناقض است، ولی نه در مکانیک کوانتومی. در نیمی از جهان‌ها -که آنها را A می نامیم- سونیای پیرتر پا از ماشین زمان بیرون می‌گذارد. درنتیجه همان‌طور که تصمیم گرفت، سونیا فردا پا به ماشین زمان نخواهد گذاشت و بنابراین هر جهان A شامل دو سونیاست با سن‌های کمی متفاوت. در سایر جهان‌ها (B) کسی از ماشین زمان بیرون نمی‌آید. بنابراین سونیا سفر را شروع می‌کند و به جهان A می‌رسد که در آن با نسخه‌ی جوان‌تر خودش رو به رو می‌شود. باز هم او می‌تواند چنان رفتار کند که گویی در گذشته است و دست به کارهایی بزند که از خاطرات (دقيق) وی مجزا است.

پس در نیمی از جهان‌ها دیداری بین دو سونيا هست، و در نیمی دیگر نیست. در جهان‌های A سونیایی پیرتر «از غيب» ظاهر می‌شود و در جهان‌های B وی «در غیب» ناپدید می‌شود. بنابراین هر جهان A شامل دو سونیاست، که
نسخه‌ی پیرتر زندگی را در جهان B شروع کرده است. سونیایی که در هر جهان B و غیب شده باشد، به یک جهان A مهاجرت کرده است.

نقشه‌های سونیا هرچقدر هم که در هم پیچیده باشند، مکانیک کوانتومی می‌گوید که جهان‌ها به شکلی به هم پیوند یافته‌اند که او می‌تواندبا سازگاری آنها را اجرا کند.

فرض کنیم که سونيا تلاش کند با دو بار سفر به دور پیوندی، مسبب پارادوکس شود. او می‌خواهد تا در آن جهان که شروع کرده دوباره
پیدایش شود و به جای مرغ سرخ کرده‌ای که به خاطر می‌آورد، با خویشتن گذشته‌ی خود برای شام اسپاگتی بخورد. او می‌تواند باب میلش رفتار کند و به هر آنچه که دوست داردددر همراهی با خویشتن جوان‌تر خود بخورد؛ اما چندجهانی به دلیل پیوندیافتن به شیوه‌ای متفاوت از شیوه‌ی پارادوکس پیشین مانع از انجام چنین کاری در جهان اصلی خودش می‌شود. سونیا تنها در جهانی دیگر می‌تواند با نسخه‌ای از خودش اسپاگتی بخورد، در حالی که در جهان اصلی او باز هم تنها نشسته و مرغ سرخ کرده نوش جان می‌کند .
سفر در زمان پدیده‌ی عجیب دیگری را هم ممکن می‌کند که آن را جداسازی نامتقارن می‌نامیم. فرض کنیم که دوست سونیا، استيون، هنگامی که وی در یکی از روش‌هایی که گفتیم از ماشین زمان استفاده می‌کند، پشت سرش ایستاده باشد. در نیمی از جهان‌ها سونیا وارد می‌شود و هرگز برنمی‌گردد. در این صورت از دید استیون این امکان وجود دارد که سونیا از او جدا شود. نیمی از نسخه‌های استیون می‌بینند که سونیا دارد خارج می‌شود و هیچ‌وقت بر نمی‌گردد. نیمه‌ی دیگر به سونیای دوم می‌رسد. ولی از دید سونیا هیچ امکانی برای جدایی از استیون وجود ندارد، چون هر نسخه از خودش در جهانی پیاده می شود که نسخه‌ای از استیون در آن هست که مجبور است او را با نسخه‌ی دیگری از خودش به اشتراک بگذارد.
اگر استیون و سونیا نقشه‌ای یکسان طراحی کنند – فقط و فقط در صورتی پا به ماشین زمان بگذارند که دیگری نخست پیدایش نشود، می‌توانند به طور کامل جدا شوند و سر از جهان‌های متفاوت در آورند. اگر آنها قصد دیگری داشته باشند، هر کدام می‌توانند در هم‌راهی با هر تعداد از نسخه‌های دیگری، به هدف خود برسند. اگر سفر در زمان در مقیاسی بزرگ قابل دسترسی بود، تمدن‌های کهکشانی رقیب می‌توانستند از اثرات جداسازی نامتقارن برای تصاحب همه‌ی کهکشان استفاده کنند. همچنين تمدنی کامل می‌توانست خودش را به هر تعداد رونوشت کپی کند، همان‌طور که سونیا کرد. هر چه این کار بیشتر انجام شود، این احتمال افزایش می‌یابد که ناظری ناپدید شدن آن را از جهان خودش ببیند، همان طور که استیون می‌بیند که سونیا از جهان A ناپدید می شود در زمانی که کپی او در جهان B پدیدار می‌شود.( شاید این توضیح دهد که چرا تاکنون با هیچ فرازمینی کلاقات نداشته‌ایم!)
در داستان منتقد هنری، مکانیک کوانتومی رخ دادن رویدادها را از نقطه‌نظر شرکت کنندگان مجاز می‌شمارد، بسیار شبیه به چیزی که دامت می‌گوید. آن جهان که مبدأ منتقد است باید جهانی باشد که در آن هنرمند ( در نهایت) آموخت که به خوبی نقاشی بکشد. در آن جهان، تصاویر با تلاشی خلاقانه خلق شدند و باز آفرینی‌ها بعدا به گذشته‌ی جهان دیگری منتقل شده‌اند. در آنجا نقاشی‌ها به راستی سرقت هنری شدند . البته اگر بتوان به کار نسخه‌ی دیگری از خویش سرقت هنری گفت و نقاش «چیزی از هیچ» به دست آورد. ولی پارادوکسی در اینجا نیست چون اکنون وجود آن تصاویر ناشی از تلاش خلاقانه‌ی اصیلی بوده است، ولو در جهانی دیگر.
در تخیل علمی و از سوی برخی فیلسوفان این ایده پیش‌بینی شده که با جهان‌های موازی می‌توان پارادوکس‌های سفر در زمان را حل کرد. چیزی که ما در این جا ارائه کردیم با استنتاج آن از نظریه‌ی فیزیکی موجود، بیش از آن که راه حلی تازه باشد مسیر جدیدی است برای رسیدن به آن. همه‌ی ادعاهایی که درباره‌ی سفر در زمان بیان کردیم عبارت‌اند از نتایج استفاده از مکانیک کوانتومی استاندارد برای محاسبه‌ی رفتار مدارهای منطقی، مانند آن چیزهایی که در کامپیوترها به کار می‌روند، به جز این فرضیه‌ی اضافی که اطلاعات می تواند با CTCها به گذشته برود. مسافران زمان در این مدل کامپیوتری عبارت‌اند از بسته‌های اطلاعات. نتایجی مشابه با استفاده از دیگر مدل‌ها به دست آمده‌اند.
این محاسبات مشخص پارادوکس‌های ناسازگاری را کنار می‌گذارند، که مشخص می‌شود فقط ساخته‌های جهان‌بینی کهنه و کلاسیک هستند. ما استدلال کردیم که پارادوکس‌های دانش نیز هیچ مانعی بر سر راه سفر در زمان نخواهد گذاشت. اما تا وقتی که مفاهیمی مانند دانش و آفرینندگی با موفقیت به زبان فیزیک برگردانده نشده باشند، نمی‌توان گفت که مو لای درز این استدلال نمی‌رود. تنها آن موقع است که می‌توان گفت آیا اصل «بدون ناهار رایگان» مورد نیاز – که فرایندهای حل مسئله را برای آفرینش دانش به کار می‌گیرد- در حضور CTCها، با مکانیک کوانتومی و مابقی فیزیک، سازگار است یا خیر.

و در آخر استدلالی هست که اغلب عليه سفر در زمان به کار گرفته می‌شود. هاوکینگ آن را چنین بازگو می‌کند بهترین مدرک برای آن که سفر در زمان هرگز ممکن نخواهد شد آن است که لشگری از توریست‌های آینده به ما یورش نیاورده‌اند.» ولی این خطاست. چون CTC در نهایت تنها به لحظه‌ای که در گذشته ایجاد شد دسترسی دارد. اگر نخستین CTC قابل ناوبری زمین در ۲۰۵۴ درست شود، مسافران زمان در پی آن می‌توانند از آن برای سفر به ۲۰۵۴ یا پس از آن استفاده کنند، ولی نه پیش‌تر. CTCهای قابل ناوبری شاید پیشاپیش در جایی در کهکشان وجود داشته باشند. ولی حتی در آن صورت نیز نباید انتظار «لشگری از توریست‌های آمده از آینده» را داشته باشیم. با توجه به گنجایش محدود CTCها و این که ذخیره‌ی ما از آنها در هر زمانی نمی‌تواند در این جهان دوباره تأمین شود، CTC منبعی تجدیدناپذیر است. تمدن‌های فرازمینی یا فرزندان ما اولویت‌های خود را برای استفاده از آنها خواهند داشت، و دلیلی نداریم که فرض کنیم دیدار از زمین قرن بیستم در فهرست آنها از اهمیت به‌سزایی برخوردار باشد. حتی اگر هم که داشته باشد، آنان تنها به برخی جهان‌ها قدم می‌گذارند که در میان آنها گویا این جهان نیست. ما نتیجه گرفتیم که اگر سفر در زمان امکان‌پذیر نباشد، آن‌وقت دلیل آن باید کشف شود. چه بسا روزی CTCهای قابل ناوبری را کشف کنیم یا بسازیم یا اصلا چنین نشود. ولی اگر چیزی مثل تصویر چندجهانی حقیقت داشته باشد – و در کیهان‌شناسی کوانتومی و نظریه‌ی کوانتومی محاسبات هیچ جایگزین ممکنی شناخته نشود – در آن صورت همه‌ی اعتراض‌های استاندارد نسبت به سفر در زمان به مدل‌های نادرست واقعیت فیزیکی بستگی خواهد داشت. بنابراین بهتر است هر کسی که هنوز تمایل دارد ایده‌ی سفر در زمان را رد کند به نوعی استدلال تازه‌ی علمی یا فلسفی دست پیدا کند.

دوید دویچ _ مارک لاک‌وود

برگردان: آرین رسولی

کانال تلگرام: arian_xboy@
اینستاگرام: arianrasouliii@

منبع:

scientific American- the quantum physics of time travel- Deutsch&Lockwood