پژوهش‌های یک فیزیکدان بزرگترین مشکل سفر در زمان را حل کرده است

بعدی- پارادوکس پدربزرگ تنها یکی از مشکلات منطقی است که با مفهوم سفر در زمان همراه است و اکنون یک فیزیکدان می گوید که آن را حل کرده است.

به گزارش همه در یک به نقل از لایو ساینس، سفر در زمان به دلیل “پارادوکس پدربزرگ” مدتهاست غیرممکن اعلام شده است. این معما می پرسد اگر کسی به گذشته سفر کند و پدربزرگش را از بچه دار شدن باز دارد، چه اتفاقی می افتد تا خودش هرگز به دنیا نیاید و سفر انجام نشود. یک مطالعه جدید ممکن است این مشکل را حل کند. این تحقیق با ترکیب نسبیت عام، مکانیک کوانتومی و ترمودینامیک نشان می دهد که سفر در زمان بدون اینکه منجر به این تضادهای منطقی شود امکان پذیر است. درک روزمره ما از زمان از فیزیک نیوتنی سرچشمه می گیرد، جایی که رویدادها به صورت خطی از گذشته به آینده پیشرفت می کنند. اما نظریه نسبیت عام اینشتین که در سال 1915 تکمیل شد، این فرض شهودی را به چالش کشید. این فرضیه نشان می‌دهد که ساختار فضا-زمان می‌تواند به گونه‌ای رفتار کند که عقل سلیم را به چالش بکشد. همانطور که توسط پدیده هایی مانند سیاهچاله ها نشان داده شده است.

یکی از جالب‌ترین پیش‌بینی‌های نسبیت عام، وجود احتمالی منحنی‌های بسته در زمان است، مسیرهایی در فضا-زمان که به دور خود حلقه می‌زنند و از نظر تئوری به مسافران اجازه می‌دهند که گذشته را دوباره ببینند. لورنزو گاچینو، فیزیکدان دانشگاه وندربیلت و نویسنده این مطالعه گفت: در نسبیت عام، همه اشکال انرژی و تکانه به عنوان منبع گرانش عمل می کنند، نه فقط جرم. این بدان معناست که اگر ماده بچرخد، می‌تواند فضازمان را همراه خود بکشد. اگرچه این تأثیر روی سیارات و ستارگان اندک است، اگر کل جهان بچرخد چه می شود؟ در دنیایی که همه مواد در حال چرخش هستند، فضا-زمان می‌تواند به قدری پیچ خورده باشد که زمان عملاً روی خودش جمع می‌شود و یک حلقه تشکیل می‌دهد. یک سفینه فضایی که در چنین چرخه ای حرکت می کند، از نظر تئوری می تواند نه تنها در فضا، بلکه در زمان نیز به نقطه شروع خود بازگردد. اگرچه جهان ما به عنوان یک کل به این شکل نمی چرخد، توده های چرخشی مانند سیاهچاله ها می توانند اثر مشابهی ایجاد کنند و محیطی ممکن برای منحنی های زمان بسته فراهم کنند.

پارادوکس های سفر در زمان

یکی از بزرگترین مشکلات سفر در زمان در پارادوکس هایی است که ایجاد می کند. پارادوکس پدربزرگ تنها یک مثال است. این مسائل به این دلیل به وجود می آیند که ما فرض می کنیم قوانین ترمودینامیک، قوانین حاکم بر گرما و انرژی، معمولاً در یک حلقه زمانی عمل می کنند. گاواسینو گفت: «در واقع قانون افزایش آنتروپی، کمیتی ترمودینامیکی که درجه بی نظمی را در یک سیستم اندازه گیری می کند، تنها قانون فیزیک است که بین گذشته و آینده تمایز قائل می شود. تا آنجا که می دانیم، آنتروپی تنها دلیلی است که رویدادهای گذشته را به خاطر می آوریم و نمی توانیم رویدادهای آینده را پیش بینی کنیم. آنتروپی بر بسیاری از تجربیات روزمره ما، از پیری بدن تا نحوه پردازش خاطرات، نظارت می کند. حتی اقدامات ساده ای مانند راه رفتن به اصطکاک متکی هستند که خود آنتروپی را افزایش می دهد. بنابراین چگونه این فرآیندها در یک حلقه زمانی رفتار می کنند؟

راه حل های کوانتومی برای پارادوکس ها

تحقیقات گاواسینو راه های جالبی برای حل این مشکلات ارائه می دهد. او با الهام از کار فیزیکدان کارلو روولی نشان داد که رفتار ترمودینامیکی در منحنی زمان بسته اساساً تغییر می کند. در چنین حلقه‌ای، تغییرات کوانتومی رخ می‌دهد که می‌تواند آنتروپی را از بین ببرد، فرآیندی کاملاً متفاوت از آنچه در زندگی روزمره تجربه می‌کنیم. این تغییرات می تواند اثرات جدی بر روی مسافر زمان داشته باشد. به عنوان مثال، با کاهش آنتروپی، می توان حافظه فرد را پاک کرد و پیری را معکوس کرد. گاواسینو سوال مهمی را مطرح کرد: “افزایش آنتروپی علت مرگ ماست.” وقتی مرگ را وارونه می کنید چه اتفاقی می افتد؟ این پدیده حتی می تواند اتفاقات غیرقابل برگشتی مانند کشتن پدربزرگ خود را در یک حلقه از زمان موقتی کند و این پارادوکس را به کلی از بین ببرد.

گاواسینو گفت: “بیشتر فیزیکدانان و فیلسوفان در گذشته استدلال کرده اند که اگر سفر در زمان وجود داشته باشد، طبیعت همیشه راهی برای جلوگیری از موقعیت های متناقض پیدا می کند.” اینجاست که اصل خودتنظیمی مطرح می‌شود که بیان می‌کند همه چیز باید با هم هماهنگ شود تا داستانی منطقی منسجم بسازد. کار من اولین اشتقاق دقیق این اصل سازگاری را مستقیماً از فیزیک ثابت ارائه می دهد. به طور خاص، من از فریم کوانتومی استاندارد استفاده کردم. «مکانیک، بدون فرضیات اضافی یا فرضیات بحث برانگیز، نشان داد که خودتنظیمی تاریخ به طور طبیعی از قوانین کوانتومی ناشی می‌شود». در حالی که یافته‌های گاواسینو یک چارچوب نظری جذاب برای سفر در زمان ارائه می‌کند، این سوال همچنان باقی است: آیا چنین خطوط زمانی بسته واقعاً در دنیای واقعی وجود دارد؟ اکثر فیزیکدانان به وجود آنها شک دارند.

به عنوان مثال، در سال 1992، استیون هاوکینگ به طور معروف «فرضیه حفظ گاه‌شماری» را مطرح کرد و گفت که قوانین فیزیک می‌توانند در وهله اول از تشکیل حلقه‌های زمانی جلوگیری کنند. این ممکن است شامل زمان شکستن یا شکستن قبل از ایجاد حلقه باشد. با این حال، کار گاواسینو برای پیش بردن مرزهای درک ما ارزشمند است. گاواسینو می‌گوید: «چیزی که در این مورد به نظر من جالب است این است که ما را مجبور می‌کند به نقش آنتروپی در تولید تجربه‌مان از جهان فکر کنیم، موضوعی که موضوع مورد علاقه من در تمام فیزیک است. حتی اگر حلقه‌های زمانی وجود نداشته باشند، درک و مدل‌سازی آنها می‌تواند بینشی نسبت به پدیده‌های واقعی فراهم کند. برای مثال، بررسی چگونگی تکامل و رفتار آنتروپی واقعی در یک مسیر بسته در مقیاس زیراتمی، می‌تواند بینش شگفت‌انگیزی در مورد رفتار سیستم‌های زیراتمی و ترمودینامیک آنها به دست دهد.