سریع‌تر از نور، بحثی در باب نظریه‌ی اطلاعات – قسمت ششم

بیگ بنگ: فروپاشی همزمانی در نظریه‌ی نسبیت، دقیقاً چیزی است که فیزیک‌دانان باید با آن بسازند. این مقوله هیچیک از اصول فیزیکی به جز انقباض طول و اتساع زمان را نقض نمی‌کند. اما آیا واقعاً اینطور است؟ آیا می‌توانیم از این فروپاشی همزمانی برای ارائه‌ی یک سناریوی غیر ممکن استفاده کنیم.

حداقل سعی که می توانیم بکنیم. برای مثال، می توانیم آزمایش ذهنی را کمی اصلاح کنیم تا انقباضی را وادار به وقوع کنیم. به جای داشتن دو سنسور که یکی جلوی انبار و دیگری در انتهای انبار باشد، هر کدام روی درب وابسته به خود عمل کند، فرض کنید تنها یک سنسور در درب جلویی تعبیه شده است. وقتی سنسور حس می کند که انتهای زوبین از آستانه در رد شده است، درب جلویی را می بندد و بلافاصله به درب پشتی پیام می فرستد تا باز شود.

در کسری از ثانیه، هر دو درب جلویی و عقبی باید در یک زمان پیش از آن که درب عقبی باز شود، بسته باشند. رویدادها دیگر مستقل نیستند. چون، به عبارتی، بستن درب جلویی باعث باز شدن درب عقبی می شود. عوض کردن ترتیب این دو رویداد نقص آشکار قوانین فیزیک خواهد بود. این از آن رو است که علیت باید حفظ شود، حتی در دنیای وارونه ی نسبیت.

فرض کنید قاتلی، گلوله ای را به سمت ژنرالی شلیک می کند. گلوله به ژنرال اصابت کرده و او را می کشد. تا موقعی که اسلحه شلیک نشده باشد، ژنرال هم زنده است.اما اگر ناظری نزدیک به صحنه وجود داشت که می توانست با سرعت نور حرکت کرده و اصابت گلوله را پیش از شلیک شدن اسلحه ببیند، ممکن بود بتواند اسلحه را پیش از آن که شلیک شود، از دست قاتل بقاپد. این یعنی او می توانست در زمان رو به عقب حرکت کرده و گذشته را تغییر دهد. این مسئله بیانی بی معنی است، اما در حوزه  فیزیک مدرن، چندان هم بی معنی نیست.

محدودیتی در باز ترتیب دهی رویدادها در نسبیت وجود دارد. اگر رویدادی (توسط یک ناظر) باعث بروز رویدادی دیگر شود، هیچ راهی وجود ندارد که ناظر دیگری بتواند ببیند، پیش از آنکه خود او ببیند.

نمودار فضا-زمان مینکوفسکی

نمودار فضا-زمان مینکوفسکی

می گوییم این دو رویداد از نظر عِلّی به هم مرتبطند. حتی با مد نظر قراردادن اختلال زمان در نسبیت، مسافری که با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت میکند، هرگز وارونگی وقایعی که از نظر علی به هم مرتبط هستند را نمی بیند. او هرگز تولد شما را پیش از دیدن تولد مادرتان نمی بیند. تولد مادرتان باید پیش از تولد شما رخ دهد، زیرا وجود تولد مادرتان علت وجود تولد شما است. دوباره به دو شکل زیر توجه کنید:

S

M

در پارادوکس اصلاح شده زوبین در کاهدانی، بستن درب جلویی باعث بازشدن درب پشتی می شود. بنابراین از هر دیدی که نگاه کنیم، چه از دید ناظر ساکن و چه از دید نیزه دار، درب عقبی باید پس از درب جلویی باز شود. با این سنسور اصلاح شده بیایید سناریو را دوباره بررسی کنیم.

از دید نیزه دار درب عقبی فقط زمانی باز می شود که سنسور جلویی به کار بیفتد. یعنی هنگامی که انتهای زوبینش از آستانه درب بگذرد. بخش جلویی زوبینش که ۱۵ متر هم طول دارد، پیش از آنکه سنسور را به کار انداخته و درب عقبی را باز کند، محکم به آن برخورد می کند. حاصل یک برخورد است، حداقل از دید نیزه دار. حال به نظر می رسد که اینشتین را گیر انداخته ایم. چون مانند قبل، از دید ناظر ساکن به نظر می آید این امر امکان پذیر باشد که زوبین به خوبی در انبار جا شده و زمان کافی هم برای بازکردن درب و جلوگیری از برخورد وجود داشته باشد. در یک چارچوب مرجع، برخورد به وجود می آید و در دیگری اتفاقی نمی افتد.

این تناقض است یا اینگونه به نظر خواهد رسید. اما راهی برای حل این مشکل وجود دارد. یک ریزه کاری که باید آن را به حساب آوریم. همین جا است که نظریه ی اطلاعات خودش را آشکار می سازد. سنسور تعبیه شده در جلوی انبار می بایست سیگنالی را به درب عقبی ارسال کند تا باز شود. باید اطلاعات (فرمان بازکردن) را از جلوی انبار به عقب آن انتقال دهد. حداقل یک بیت اطلاعات باید از جلوی کاهدانی به عقب آن حرکت کند و اطلاعات هم که نمی تواند به طور آنی از جایی به جای دیگر برود. زیرا اطلاعات وجودی فیزیکی دارد. فرستادن این بیت اطلاعات زمان می برد.

در چارچوب مرجع ناظر ساکن، سنسور جلویی درب را می بندد و پیامی را برای درب عقبی می فرستد. با این حال، نوک زوبین با ۸۰ درصد سرعت نور در حال نزدیک شدن به درب پشتی است. در حقیقت، سوای آنکه این پیام سریعتر از سرعت نور حرکت کند، هیچ راهی وجود ندارد که بشود این مسیر را سریع تر پیمود.

سیگنالی که به درب عقبی فرستاده می شود، دیر به آنجا می رسد. زوبین قبل از آن که پیام برسد، به درب عقبی اصابت می کند. پس، حتی از دید ناظر ساکن هم برخوردی شدید وجود دارد. ناظران با هم موافق اند که برخورد رخ می دهد. اینجا باید خوشحال باشیم که از بروز پارادوکس جلوگیری شد. اینکه جلوی بروز پارادوکس گرفته شد به این معنی است که زمانی این اتفاق می افتد که اطلاعات نتواند سریع تر از سرعت نور حرکت کند.

نظریه اینشتین، مستحکم و پابرجا می ماند، اما فقط تا زمانی که محدودیتی در مقدار سرعت حرکت نور وجود داشته باشد. اگر به هر طریق اطلاعات می توانست سریع تر از نور حرکت کند، علیت دچار خدشه می شد. آن وقت، قادر بودید پیامی را به گذشته بفرستید و آینده را تحت تأثیر قرار دهید. تا آن هنگام که اطلاعات اینگونه رفتار و با سرعتی تا حداکثر سرعت نور و کم تر از آن حرکت کنند، نظریه ی اینشتین کاملاً سازگار و بدون تناقض است.

این همان چیزی است که در پس جلمه ی « هیچ  چیز نمی تواند سریعتر از سرعت نور حرکت کند» نهفته است. البته در حقیقت این جلمه بیش از حد ساده شده است. چیزهایی وجود دارند که می توانند سریع تر از سرعت نور حرکت کنند. قاعده واقعی و همیشه درست این است که اطلاعات نمی تواند سریعتر از سرعت نور حرکت کند. در غیر این صورت قانون علیت نقض می شود. ترتیب دهی وقایع در عالم دیگر معنی نخواهد داشت. چون آن وقت می شود ماشین زمان ساخت و پیش از تولد مادرتان، متولد شوید.

پارادوکس های ظاهری در نسبیت وابسته به انتقال و حرکت اطلاعات هستند. نسبیت عمیقاً نظریه ای درباره ی اطلاعات است. برخی اوقات قواعد آن به طرزی باورنکردنی پیچیده و ظریف می شوند. اما کماکان پابرجا هستند، علی رغم تعداد بسیاری از دانشمندان که در قرن گذشته سعی کردند شکاف و رخنه ای در آن بیابند. معمای سفر با سرعتی بیشتر از سرعت نور پازلی درباره ی اطلاعات است. بنابراین، مسأله حرکت در زمان هم معمایی اطلاعاتی است.

ادامه دارد »»»

در قسمت قبل در مورد پارادوکس زوبین صحبت شد


(12 نفر , میانگین : 4٫75 از 5)

لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=39417


توجه : هرگونه استفاده از این مطلب بدون ذکر نام 'سایت علمی بیگ بنگ' و لینک به این مقاله غیر قانونی و از لحاظ اخلاقی غیر انسانی می باشد، لطفا به حقوق مولف احترام بگذارید.

مطالب علمی مرتبط

۱ Response

  1. mhd گفت:

    اگر از دو سنسور استفاده کنیم که از نظر کوانتومی اجزایی در هم تنیده داشته باشند آنگاه اطلاعات از سنسور اول آنی به سنسور دوم انتقال خواهد یافت و از دید ناظر دیگری علیت قطعا نقض خواهد شد زیرا حتما ناظری وجود خواهد داشت که توالی این دورویداد را بر عکس ببیند بنابراین نسبیت فقط در حیطه مفروضات کلاسیک خود معتبر است. واقعا نظریه اطلاعات کوانتومی نظریه حیرت انگیزی است.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *