آیا ممکن است «فضا – زمان» تنها یک توهم باشد؟

بیگ بنگ: آیا زمان واقعی است؟ فضا چطور؟ به گفته ی تعدادی از محققان پیشرو در علوم کیهان شناسی، فضا- زمان، تار و پودی که هندسۀ آن با گرانش ستارگان، سیارات و ماده قابل تغییر است – ممکن است چیزی بیش از یک توهم یا سراب نباشد.

به گزارش بیگ بنگ، شاید اینشتین در ماه مارس ۱۹۵۵ میلادی، تقریبا یک ماه قبل از مرگش با نوشتن نامه‌ای به خانواده‌ی دوست تازه متوفی‌اش، میشل بِسو، یکی از مناقشات پیرامون زمان را مطرح کرد، وی نوشت: «او حالا کمی زودتر از من از این جهان عجیب ‌و غریب رخت بسته است، اما هیچ معنایی ندارد. کسانی مثل ما که به دنیای فیزیک اعتقاد دارند به خوبی می‌دانند که تمایز بین گذشته، حال و آینده توهمی بیش نیست؛ گرچه این توهم دیرینه و پایدار است.» مشخص نیست که آیا خانواده بسو با این شکل درد و دل اینشتین آرام شده بودند یا خیر، اما تقریبا تمام کسانی که فیزیک را درک می‌کنند می‌دانند که اینشتین درست گفته بود! شاید زمان تنها توهمی سر سختانه باشد!

فضا- زمان، واقعیت یا توهم؟

ریشه این بحث به هراکلیتوس (۴۷۵-۵۳۵ قبل از میلاد) برمی‌گردد، او گفته بود که ویژگی اصلی کیهان، تغییرپذیری آن است. در نقطه مقابل او پارمِنیدیس بود که ادعا می‌کرد که چنین تغییری وجود ندارد. در سال ۱۹۴۹ و در جشن ۷۰ سالگی اینشتین، کورت گودِل عدم وجود زمان را با ریاضی برای اینشتین اثبات کرد. به نظر می‌رسد که طبیعت تحت سلطه قوانین جاویدان است که از گستره زمان خارج هستند.

از جمله مخالفان حرف اینشتین، فیزیکدانی بنام لی اسمولین، عضو موسسه پریمتر در کانادا است. در اواسط دهه ۹۰ میلادی او پیشنهاد داد که سیاهچاله‌ها جهان‌های کوچک را تولید می‌کنند. در اواسط دهه گذشته میلادی نیز او نظریه ریسمان را زیر سوال برد. ادعایش این بود که این نظریه نتوانسته تاکنون یک پیش‌بینی قابل‌سنجش را تولید کند. حتی در کتاب پرفروش خود «تولد دوباره زمان» در سال ۲۰۱۳، او ادعا کرد که زمان کاملا واقعی است و هیچ چیزی توان پیشی گرفتن از آن را ندارد، حتی قوانین طبیعت!

اسمولین آشکارا گفته است که تثبیت مفهوم زمان برای زندگی روزمره ما فوایدی دارد. او می‌گوید: «اگر سیر زمان یک توهم نباشد، به زندگی ما ارزش و معنا می‌بخشد.» از نظر اینشتین، مرگ آن سرانجامی که ما فکر می‌کنیم را به دنبال خود ندارد، اما دید اسمولین با دید اینشتین هم‌خوانی ندارد. از طرفی اگر قوانین فیزیک شامل و تغییر و تکامل باشند، پس می‌توان گفت که فضای آینده محتمل هم می‌تواند شامل این تغییر و تکامل باشد.

اما به گفته ی کارلو روولی فیزیکدان ایتالیایی، “زمان” وجود ندارد و نیازى هم به وجود داشتن آن نیست چرا که واقعا می‌ شود توصیف معقولی از طبیعت داشت که در چارچوب بنیادی اش نیازى به وجود فضا و بخصوص زمان نباشد. بر این باورم که نگاه و برداشت کلى ما از جهان است که مفاهیم “فضا” و “زمان” را شکل داده است. به عبارت دیگر، فضا و زمان تنها براى انسان که تقریبى از «واقعیت» را با حواس پنجگانه خود درک مى کند موجودیت دارد. در مکانیک کوانتومی تمام ذرات ماده و همچنین انرژی را می‌توان به صورت موج توصیف کرد. موج نیز یک ویژگی غیرعادی دارد: تعداد نامحدودی از آن می‌تواند در یک مکان وجود داشته باشد. اگر روزی نشان داده شود که زمان و فضا از کوانتا تشکیل یافته‌اند، تمام آنها می‌توانند در یک نقطه بدون بُعد روی هم تلنبار شوند. روولی می‌گوید: «به معنایی فضا و زمان در این تصویر ذوب می‌شوند. دیگر فضا وجود ندارد، تنها کوانتاهایی وجود دارند روی کوانتاهای دیگر بدون اینکه در فضا غرق شوند.»

روولی به همراه یکی از بهترین ریاضیدانان دنیا یعنی آلن کونس از کالج فرانسه در پاریس روی این موضوع کار کرده است. آنها به همراه یکدیگر چارچوبی را ارائه داده‌اند که نشان می‌دهد، چگونه آنچه ما به عنوان “زمان” تجربه می‌کنیم، ممکن است از یک واقعیت بی‌زمان و بنیادی‌تر ظهور یافته باشد. همان‌گونه که روولی توصیف می‌کند: «زمان احتمالا یک مفهوم تقریبی است که در ابعاد بزرگ ظاهر می‌شود. کمی شبیه مفهوم سطح آب که از لحاظ ماکروسکوپی معنا دارد اما در ابعاد اتمی معنای خود را از دست می‌دهد.»

روولی با فهمیدن اینکه توضیحاتش ممکن است راز زمان را عمیق‌تر کند، می‌گوید بیشتر دانش فعلی ما روزی گیج‌کننده به نظر می‌رسید. «من فهمیده‌ام که این تصویر مشهودی نیست. اما این موضوع فیزیک بنیادی است: یافتن روش‌های جدید فکر کردن دربارۀ کیهان و دیدن اینکه آیا این روش‌ها کار می‌کنند یا نه. من فکر می‌کنم وقتی گالیله گفت زمین می‌چرخد، به همین شکل غیرقابل فهم بود. فضا برای کوپرنیک شبیه فضا برای نیوتن نبود و فضا برای نیوتن مانند فضا برای اینشتین نبود. ما همیشه کمی بیشتر می‌آموزیم.» روولی احساس می‌کند که یک انقلاب دیگر در مفهوم زمان به همین زودی اتفاق می‌افتد. «وقتی مقاله ی اینشتین منتشر شد، تفکر مردم درباره فضا-زمان را تغییر داد. ما دوباره در آستانه‌ واقعه‌ای شبیه آن هستیم.» وقتی گرد و خاک‌ها فرو نشینند، فضا-زمان هرچه که باشد می‌تواند حتی عجیب‌تر و وهم‌انگیزتر از چیزی باشد که اینشتین می‌توانست تصور کند.

تشخیص واقعیت یا توهم کیهانی!

دانشمندان در آزمایشگاه شتاب دهنده ملی آزماشگاه فرمی وزارت انرژی ایالات متحده، در تلاش هستند تا کشف کنند که آیا کیهان ما ”واقعی” است و یا صرفا یک توهم سه بعدی هولوگرافیک! که تنها ما فکر می‌کنیم که واقعی است. این محققان با استفاده از لیزرهای توان بالا، قصد دارند تعیین کنند که آیا فضا-زمان یک سیستم کوانتومی متشکل از بی شمار ذره ریز از اطلاعات است یا خیر.

دانشمندان، در توضیح نظریه خود، بر این قیاس تاکید می‌کنند که اگر شما به اندازه کافی در نزدیکی صفحه نمایش یک تلویزیون بایستید، می‌توانید تک تک پیکسل‌ها را ببینید، با دور شدن شما، تصویر به یک تصویر کامل تبدیل می‌شود و پیکسل‌ها دیگر به عنوان نقاط مجزایی از نور قابل تشخیص نیستند. بنابراین، دانشمندان پیشنهاد می‌دهند که اگر کاراکترهای نمایش داده شده روی صفحه نمایش تلویزیون ندانند که جهان سه بعدی آشکارشان تنها روی یک صفحه دو بعدی وجود دارد، ما نیز ممکن است غافل از این احتمال باشیم که فضای سه بعدی ما تنها یک توهم است.

به این ترتیب، دانشمندان بر این باورند که اطلاعات در مورد همه چیز موجود در جهان ما، ممکن است به نحوی در بسته های کوچکی از اطلاعات در دو بعد جاسازی شده باشند. دانشمندان فرض دیگری دارند که این اطلاعات در یک محفظه پیکسل مانند، حدود ۱۰ تریلیون تریلیون بار کوچک‌تر از یک اتم، (بعدی از اندازه که فیزیکدانان آن را مقیاس پلانک می‌خوانند) موجود است. در این مقیاس زیر اتمی، فیزیک استاندارد دیگر حاکم نیست و نظریه کوانتوم قوانین را تعیین می‌کند. به این ترتیب، امکان پذیر نیست – مطابق با اصل عدم قطعیت هایزنبرگ- که همزمان هم مکان دقیق و هم سرعت دقیق ذرات زیر اتمی را بدانیم. در نتیجه، این پدیده تضمین می‌کند که حتی زمانی که ماده تا صفر مطلق سرد شود، ماده همچنان به ارتعاش مانند امواج کوانتومی ادامه دهد. اگر فضای دیجیتالی پیشنهاد شده توسط محققان، حتی در پایین‌ترین حالت انرژی خود، همچنان به ارتعاش ادامه دهد، آنها معتقدند که نظریه‌شان ممکن است به اثبات برسد.

برای مبادرت به آزمایش این فرضیه، محققان“هولومتر (Holometer)” – و یا تداخل سنج هولوگرافیک – را ساخته‌اند تا ببینند که آیا ارتعاش کوانتومی موجود در ماده، در فضای خالی نیز یافت می‌شود. کریگ هوگان توسعه دهنده نظریه نویز هولوگرافی و مدیر در فرمی لب می‌گوید: « ما می‌خواهیم مشخص کنیم که آیا فضا-زمان، درست مانند ماده، یک سیستم کوانتومی است یا خیر. اگر چیزی را ببینیم، به طور کامل ایده های مربوط به فضا را که ما برای هزاران سال از آنها استفاده کرده‌ایم تغییر خواهد داد.» هولومتر که اخیرا راه اندازی شده و در حال حاضر با توان کامل در حال کار است، از یک جفت تداخل سنج (دستگاه‌هایی که برای تست تاثیر خارجی، یک پرتو لیزر را روی دیگری برهم نهی می‌کنند تا به دنبال ناهنجاری‌ها در شدت و یا فاز بگردند) استفاده می‌کند که در کنار یکدیگر واقعند. هر تداخل سنج یک پرتو لیزر یک کیلوواتی را روی یک شکاف پرتو و سپس دو بازوی ۴۰ متری (۱۳۰ فوتی) واقع در زوایای قائم نسبت به یکدیگر است هدایت می‌کند.

سپس پرتوهای لیزر منعکس شده و به شکاف پرتو باز می‌گردند و این دو پرتو برهم نهی می‌کنند؛ اگر هر گونه حرکتی تشخیص داده شود، در روشنایی پرتوی ترکیب شده، نوساناتی حاصل خواهد شد. سپس محققان این نوسانات را تجزیه و تحلیل خواهند کرد تا ببینند که آیا پرتو تحت تاثیر ارتعاش فضاست. یکی از مشکلات عمده در این تست، نویز خواهد بود – که محققان آن را “نویز هولوگرافیک” می‌نامند – و آنها انتظار دارند در همه‌ی فرکانس‌ها وجود داشته باشد.

برای کاستن این مشکل، این هولومتر در فرکانس‌های چندین مگا هرتز آزمایش می‌شود، به طوری که ادعا می‌شود حرکات موجود در مواد طبیعی مشکل خاصی نیستند. به گفته‌ی این گروه، فیـلتر کردن نویز زمینه غالب تداخل امواج رادیویی بسیار دشوار خواهد بود. آرون چوی فیزیکدان آزمایشگاه فرمی گفت: «اگر نویزی را پیدا کنیم که نتوانیم از شرش خلاص شویم، ممکن است چیزی اساسی در مورد طبیعت تشخیص دهیم. این لحظه ای هیجان انگیز برای فیزیک است. نتیجه‌ی مثبت، راه کاملا جدیدی را برای پرسش درباره نحوه‌ی کار ِ فضا باز می‌کند.» نظر شما در خصوص این آزمایشات چیست، آیا در نهایت می توانیم به جوهرۀ فضا-زمان نفوذ کنیم؟

نویسنده و تنظیم: سمیر الله وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منابع بیشتر: theguardian.com , gizmag.com , discovermagazine.com