سفر در زمان پروژه ای شدنی
می توان گفت، ما همیشه در حال سفر به زمان هستیم، همانطور که از گذشته به آینده می رویم. اما سفر در زمان معمولاً به امکان تغییر سرعت سفر به آینده یا معکوس کردن کامل آن برای سفر به گذشته اشاره دارد. اگرچه از قرن نوزدهم یک طرح داستانی در داستان بود (به بخش زمان در ادبیات مراجعه کنید)، سفر در زمان عملاً نشان داده نشده یا تأیید نشده است، و ممکن است هنوز غیرممکن باشد.
سفر در زمان در زمان مطلق نیوتنی امکان پذیر نیست (ما به طور قطعی و خطی به سمت آینده حرکت می کنیم). بر اساس نسبیت خاص هم امکان پذیر نیست (ما توسط مخروط های نورمان محدود شده ایم). اما نسبیت عام دورنمای (حداقل از نظر تئوری) سفر در زمان را افزایش می‌دهد، یعنی امکان حرکت به عقب و/یا جلو در زمان، مستقل از جریان عادی زمانی که ما روی زمین مشاهده می‌کنیم، تقریباً به همان روشی که در حرکت بین نقاط مختلف فضا استفاده نماییم.
سفر در زمان معمولاً به این معناست که ذهن و بدن یک فرد بدون تغییر باقی می‌ماند و خاطراتش دست نخورده باقی می‌ماند، در حالی که مکان او در زمان تغییر می‌کند. اگر جسم و ذهن مسافر وضعیت خود را در زمان مقصد برگرداند، هیچ سفر زمانی قابل درک نخواهد بود.
سناریوهای سفر در زمان
اگرچه، در اصل، تفاوت اساسی با مفهوم H.G. Wells در مورد ماشین فیزیکی با اهرم ها و شماره گیری ها، راه حل ها و سناریوهای گمانه زنی متفاوتی برای سفر در زمان در طول سال ها ارائه شده است. با این حال، قابل قبول بودن فیزیکی واقعی این راه حل ها در دنیای واقعی نامشخص است.
در ساده‌ترین حالت، همانطور که در بخش زمان نسبیتی دیدیم، اگر کسی از زمین با سرعت‌های نسبیتی حرکت کند و سپس برگردد، زمان بیشتری بر روی زمین می‌گذرد تا مسافر، بنابراین مسافر از زمان خود می‌گذرد. دیدگاه، به طور موثر “به آینده سفر کرده اند”. این بدان معنا نیست که مسافر به طور ناگهانی به سمت آینده زمین پریده است، همانطور که اغلب تصور می شود سفر در زمان است، اما همانطور که بر اساس زمان بیرونی زمین قضاوت می شود، مسافر نسبت به دوقلوی خود که در آن باقی مانده است گذر زمان کمتری را تجربه کرده است. زمین. اگرچه این سفر در زمان واقعی نیست، بلکه بیشتر در ماهیت «پیش‌برد سریع» در زمان است: این یک سفر یک‌طرفه به جلو و بدون راه برگشت است.
با این حال، به نظر می رسد که برخی از پایه های علمی در نظریه نسبیت برای امکان سفر در زمان واقعی در سناریوهای خاص وجود دارد. کرت گودل در روزهای اولیه نسبیت نشان داد که راه‌حل‌هایی برای معادلات میدانی نسبیت عام وجود دارد که فضا-زمان‌ها را چنان تاب‌خورده توصیف می‌کنند که حاوی «منحنی‌های زمان‌مانند بسته» هستند، جایی که یک مخروط زمان فردی می‌پیچد و در خود بسته می شود و مسیری را از حال به آینده یا گذشته دور می دهد. راه حل گودل اولین چالش در قرن ها برای ایده غالب زمان خطی بود که بیشتر فیزیک بر آن استوار است. اگرچه یک راه حل موردی خاص، مبتنی بر یک جهان بی نهایت و در حال چرخش (نه جهان متناهی و غیر چرخشی که در واقع خود را در آن می یابیم)، راه حل های دیگری برای سفر در زمان از آن زمان شناسایی شده اند که نیازی به یک جهان بی نهایت و چرخان ندارند، اما بحث برانگیز باقی بماند
در دهه 1970، فیزیکدان بحث برانگیز فرانک تیپلر، ایده های خود را برای “ماشین زمان” منتشر کرد، با استفاده از یک استوانه بی نهایت طولانی که در امتداد محور طولی خود می چرخد، که به ادعای او امکان سفر در زمان به جلو و عقب در زمان را بدون نقض قوانین فیزیک فراهم می کند. اگرچه استیون هاوکینگ بعداً عقاید تیپلر را رد کرد.
در سال 1994، Miguel Alcubierre یک سیستم فرضی را پیشنهاد کرد که به موجب آن یک فضاپیما فضای مقابل خود را منقبض می‌کند و فضای پشت آن را گسترش می‌دهد، که منجر به سفر مؤثرتر از نور و در نتیجه (به طور بالقوه) سفر در زمان می‌شود، اما باز هم کاربردهای عملی ساخت این نوع درایو Warp بازدارنده است.
دیگر فیزیکدانان نظری مانند کیپ تورن و پل دیویس نشان داده‌اند که چگونه یک کرم‌چاله در فضا-زمان می‌تواند از لحاظ نظری دروازه‌ای فوری برای دوره‌های زمانی مختلف ایجاد کند، تقریباً به همان روشی که نسبیت عام امکان سفر فضایی آنی را از طریق کرم‌چاله‌ها فراهم می‌کند. کرم‌چاله‌ها لوله‌ها یا مجراها یا راه‌های میان‌بر فضا-زمان هستند، جایی که فضا-زمان به قدری منحرف شده است که به عقب خم می‌شود، مفهوم علمی تخیلی دیگری که توسط نظریه نسبیت به واقعیت بالقوه تبدیل شده است. اشکال این است که مقادیر غیرقابل تصور انرژی برای ایجاد چنین کرم چاله ای مورد نیاز است، اگرچه آزمایش هایی در مورد امکان ایجاد مینی کرم چاله ها و مینی سیاه چاله ها در شتاب دهنده ذرات در CERN در سوئیس انجام می شود. همچنین به نظر می رسد که چنین کرم چاله ای فوراً به یک سیاهچاله فرو می ریزد، مگر اینکه روشی برای باز نگه داشتن آن ابداع شود (احتمالاً به اصطلاح “انرژی منفی” نامیده می شود، که از نظر تئوری امکان پذیر است، اما هنوز عملاً امکان پذیر نیست). . استیون هاوکینگ پیشنهاد کرده است که بازخورد تشعشعی، مشابه با بازخورد در صدا، کرم چاله را از بین می برد، که بنابراین به اندازه کافی دوام نمی آورد تا بتوان از آن به عنوان ماشین زمان استفاده کرد. در واقع کنترل محل (و زمان) خروج کرم چاله یک دام دیگر است.
یک امکان بالقوه دیگر سفر در زمان، اگرچه مسلماً چیزی شبیه به یک شات طولانی است، به رشته‌های کیهانی (یا رشته‌های کوانتومی) مربوط می‌شود، تکه‌های طولانی انرژی باقی مانده پس از انفجار بزرگ، نازک‌تر از یک اتم اما به‌طور باورنکردنی متراکم که در سراسر جهان می‌پیچد. ریچارد گات پیشنهاد کرده است که اگر دو رشته کیهانی از نزدیک به یکدیگر یا حتی نزدیک یک سیاهچاله بگذرند، انحنای فضا-زمان به‌خوبی می‌تواند آنقدر شدید باشد که منحنی زمان بسته ایجاد کند. با این حال، ریسمان های کیهانی همچنان حدس و گمان هستند و شانس یافتن چنین پدیده ای بسیار ناچیز است (و حتی اگر امکان پذیر باشد، چنین حلقه ای ممکن است خود را در داخل یک سیاهچاله در حال چرخش به دام افتاده بیابد).
فیزیکدان ران مالت به بررسی امکان استفاده از لیزر برای کنترل سطوح شدید گرانش پرداخته است که می تواند به طور بالقوه برای کنترل زمان مورد استفاده قرار گیرد. به گفته مالت، پرتوهای گردشی نور کنترل‌شده با لیزر می‌توانند شرایطی مشابه سیاه‌چاله‌های در حال چرخش را با ویژگی‌های کشش فریم و قابلیت سفر در زمان ایجاد کنند.
برخی دیگر به دنبال مکانیک کوانتومی برای راه حلی برای سفر در زمان هستند. در فیزیک کوانتوم، مفاهیم اثبات شده ای مانند برهم نهی و درهم تنیدگی به طور موثر به این معنی است که یک ذره می تواند همزمان در دو (یا چند) مکان باشد. یک تفسیر از این (به بخش زمان کوانتومی مراجعه کنید) دیدگاه «جهان های متعدد» است که در آن همه حالت های کوانتومی مختلف به طور همزمان در چند جهان موازی در یک چندجهانی کلی وجود دارند. اگر بتوانیم به این جهان های موازی جایگزین دسترسی پیدا کنیم، ممکن است شکلی از سفر در زمان ممکن شود.
در سطح زیر میکروسکوپی – در سطح به اصطلاح فوم کوانتومی، حباب‌های ریز ماده به طول یک میلیارد تریلیون تریلیونم سانتی‌متر، که دائماً به وجود می‌آیند و خارج می‌شوند – حدس زده می‌شود که تونل‌های کوچک یا میانبرهای فضا-زمان مدام در حال شکل گیری، ناپدید شدن و اصلاح هستند. برخی از دانشمندان بر این باورند که ممکن است بتوان چنین تونل کوانتومی را گرفت و تریلیون ها بار آن را در مقیاس انسانی بزرگ کرد. با این حال، این ایده هنوز در مرحله بسیار حدس و گمان است،
لازم به ذکر است که با همه این طرح ها و ایده ها، به نظر نمی رسد که امکان سفر بیشتر به گذشته در زمان ابداع فناوری سفر وجود داشته باشد.
ذرات سریعتر از نور
معادلات نسبیت نشان می‌دهد که ذرات سریعتر از نور (ابر نور) اگر وجود داشته باشند، از نظر تئوری در زمان به عقب حرکت می‌کنند. بنابراین، از نظر تئوری دوباره می‌توان از آنها برای ساخت نوعی «ضد تلفن» برای ارسال سیگنال‌های سریعتر از نور استفاده کرد و در نتیجه در زمان به عقب ارتباط برقرار کرد. اگرچه تئوری نسبیت ذرات را از شتاب گرفتن از سرعت زیر نور به سرعت نور منع می کند (از جمله اثرات دیگر، زمان به سرعت برای چنین ذره ای کاهش می یابد و به طور مؤثر متوقف می شود و جرم آن تا بی نهایت افزایش می یابد)، اما مانع نمی شود. احتمال وجود ذراتی که همیشه سریعتر از نور حرکت می کنند. بنابراین، در مورد ذره‌ای با چنین ویژگی‌هایی، هنوز در تئوری امکان سفر سریعتر از نور وجود دارد.
یک ذره نظری نسبتاً عجیب در فیزیک به نام تاکیون وجود دارد که معمولاً سریعتر از نور حرکت می کند و نتیجه آن این است که چنین ذره ای به طور طبیعی در زمان به سمت عقب حرکت می کند که ما می شناسیم. بنابراین، در تئوری، هرگز نمی‌توان چنین ذره‌ای را دید که نزدیک می‌شود، فقط می‌رود، و ذره حتی می‌تواند نظم طبیعی علت و معلول را نقض کند. برای یک تاکیون، سرعت نور کمترین حد سرعت است، در حالی که حد سرعت بالا بی نهایت است و سرعت آن با کاهش انرژی افزایش می یابد. حتی عجیب‌تر، جرم یک تاکیون از نظر فنی یک عدد خیالی است (یعنی عدد مجذور منفی است)، هر چیزی که در عمل به معنای واقعی باشد.
باید تاکید کرد که هیچ شواهد تجربی وجود ندارد که نشان دهد تاکیون ها واقعا وجود دارند و بسیاری از فیزیکدانان حتی این احتمال را رد می کنند. تاکنون هرگز مشاهده یا ثبت نشده است (اگرچه جستجو ادامه دارد، به ویژه از طریق تجزیه و تحلیل پرتوهای کیهانی و در شتاب‌دهنده‌های ذرات)، و تاکیون نیز هرگز ایجاد نشده است، بنابراین آنها فرضی باقی می‌مانند، اگرچه نظریه قویاً وجود آنها را تأیید می‌کند.
تحقیقات با استفاده از آشکارسازهای MINOS و OPERA نشان داده است که ذرات ریز به نام نوترینو ممکن است سریعتر از نور حرکت کنند. با این حال، تحقیقات جدیدتر دیگری از سرن، یافته‌ها را مورد مناقشه قرار داده است و این موضوع هنوز قطعی نیست. نوترینوها صرفاً ذرات فرضی مانند تاکیون ها نیستند، بلکه بخش شناخته شده ای از فیزیک ذرات مدرن هستند. اما آنها ذرات ریز، تقریباً بدون جرم، نامرئی، از نظر الکتریکی خنثی و با برهمکنش ضعیف هستند که درست از ماده معمولی عبور می کنند، و در نتیجه اندازه گیری و مقابله با آنها بسیار دشوار است (حتی جرم آنها هرگز به طور دقیق اندازه گیری نشده است).
پارادوکس های سفر در زمان
عموماً دانشمندان احتمال سفر به عقب در زمان را بسیار بعیدتر از سفر به آینده می دانند. ایده سفر در زمان به گذشته مملو از مشکلات است، از جمله احتمال پارادوکس های زمانی ناشی از نقض علیت (یعنی احتمال اینکه یک معلول به نحوی بر علت آن مقدم باشد). این مهم ترین نمونه در پارادوکس پدربزرگ است: اگر یک مسافر فرضی زمان به گذشته برگردد و پدربزرگ خود را بکشد، خود مسافر زمان هرگز در زمانی که قرار بود متولد شود، متولد نمی شد. اگر او هرگز متولد نشود، نمی تواند در زمان سفر کند و پدربزرگش را بکشد، به این معنی که او به دنیا می آید.
برخی تلاش کرده‌اند امکان سفر در زمان به گذشته را با این واقعیت توجیه کنند که چنین پارادوکس‌هایی هرگز در عمل به وجود نمی‌آیند. برای مثال، این واقعیت ساده که مسافر زمان در آغاز سفرش وجود دارد، خود دلیلی بر این است که او نمی‌توانست پدربزرگش را بکشد یا گذشته را به هیچ وجه تغییر دهد، یا به این دلیل که اراده آزاد در گذشته وجود ندارد، یا به این دلیل که نتایج چنین تصمیمات از پیش تعیین شده است یا، در عوض، استدلال می‌شود که هر تغییری که توسط یک مسافر فرضی زمان آینده ایجاد می‌شود، باید قبلاً در گذشته مسافر رخ داده باشد، که منجر به همان واقعیتی شود که مسافر از آن حرکت می‌کند.
استیون هاوکینگ، فیزیکدان نظری، پیشنهاد کرده است که خود قوانین بنیادی طبیعت – به ویژه ایده ای که همیشه مقدم بر آثار است – ممکن است به نحوی از سفر در زمان جلوگیری کند. غیبت ظاهری «گردشگران از آینده» در اینجا در زمان حال ما، استدلال دیگری است، هرچند نه دقیق، که علیه امکان سفر در زمان، حتی در آینده‌ای از نظر فناوری پیشرفته، مطرح شده است (فرض در اینجا این است که تمدن‌های آینده ، میلیون ها سال از نظر تکنولوژی پیشرفته تر از ما، باید توانایی سفر داشته باشد).
اما برخی از تفاسیر سفر در زمان، سعی کرده اند با پذیرش امکان سفر بین «نقاط شاخه»، واقعیت های موازی یا جهان های موازی، چنین پارادوکس های بالقوه ای را حل کنند، به طوری که هر رویداد جدید ناشی از بازدید یک مسافر زمان به گذشته در گذشته رخ دهد. یک واقعیت متفاوت است و بنابراین بر جریان زمانی اصلی تأثیر نمی گذارد. ایده جهان های موازی که برای اولین بار توسط هیو اورت سوم در تفسیر «جهان های متعدد» از نظریه کوانتومی در دهه 1950 مطرح شد، اکنون کاملاً جریان اصلی است و توسط بسیاری از فیزیکدانان (اگرچه به هیچ وجه به هیچ عنوان) پذیرفته شده است.