سفر در زمان – جابه‌جایی بین نقاط مختلف در زمان – در طول چندین دهه موضوع محبوبی برای داستان‌های علمی تخیلی بوده است. فرانشیزها (Franchis) از “Doctor Who” و “Star Trek” تا “Back to the Future” انسان‌ها را در نوعی وسیله نقلیه دیده‌اند که به گذشته و آینده می‌رود و آماده تجربه ماجراهای جدید است.
با این حال، واقعیت پیچیده‌تر می‌باشد. همه دانشمندان به امکان پذیر بودن سفر در زمان معتقد نیستند. حتی برخی از آنان می‌گویند که تلاش برای انجام چنین کاری دردسرساز است.
درک زمان
زمان چیست؟ در حالی که اکثر مردم زمان را ثابت در نظر می‌گیرند. آلبرت اینشتین فیزیکدان توضیح داد که زمان یک توهم است و یک کمیت نسبی است، یعنی می‌تواند برای ناظران مختلف بسته به سرعت آن‌ها در فضا متفاوت باشد. برای اینشتین زمان “بعد چهارم” است. فضا به عنوان یک عرصه سه بعدی تعریف شده که با نشان دادن موقعیت، مختصات – مانند طول، عرض و ارتفاع – مسافر را مشخص می‌کند. زمان مختصه دیگری – جهت – را می‌سازد. گرچه به طور معمول، حرکت آن رو به جلو است. (بلعکس، نظریه جدیدی ادعا می‌کند که زمان “حقیقی” است.)
تئوری نسبیت خاص اینشتین می‌گوید که سرعت گذشت زمان، بسته به سرعت حرکت شما نسبت به چیز دیگری کاهش یا افزایش می‌یاد. با نزدیک شدن به سرعت نور، فردی در داخل سفینه فضایی بسیار آهسته‌تر از دوقلویش که در خانه است، پیر می‌شود. همچنین طبق نظریه نسبیت عام اینشتین، گرانش می‌تواند زمان را خم کند.
یک پارچه چهار بعدی را مجسم کنید که فضا-زمان نامیده می‌شود. وقتی که هر چیز دارای جرمی روی این پارچه قرار بگیرد، موجب خم شدن یا گودی فضا-زمان می‌شود. خمش فضا-زمان باعث می‌شود که اشیاء بر روی مسیر منحنی حرکت کنند و این انحنای فضا همان چیزی است که ما آن را به عنوان جاذبه می‌شناسیم.
هر دو نظریه نسبیت عام و خاص، با تکنولوژی ماهواره‌ای GPS که دارای ساعت‌های بسیار دقیق هستند، تایید شده‌اند. اثرات جاذبه، به علاوه‌ی سرعت افزایش یافته ماهواره‌ها در بالای زمین نسبت به ناظران بر روی زمین، باعث می‌شود که ساعت‌های تنظیم نشده در هر روز به اندازه‌ی ۳۸ میکرو ثانیه جلو بیفتند. (مهندسان، درجه‌بندی‌هایی برای حساب کردن این تفاوت‌ها ایجاد می‌کنند.)
به یک معنا، این اثر اتساع زمانی نامیده می‌شود. به این معنی که فضانوردان مسافران زمان هستند، زمانی که آنان به زمین باز‌گردند، به اندازه‌ی بسیار بسیار اندکی جوان‌تر از قلوها‌ی همسان خود که بر روی همین سیاره مانده بودند، هستند.
مقاله‌ی مرتبط: آیا سفر در زمان امکان‌پذیر است؟
استفاده از کرم چاله
طبق نظر ناسا، نسبیت عام همچنین سناریوهایی فراهم می‌کند که می‌توانند مسافران را در زمان به عقب برگردانند. با این حال، ممکن است دستیابی فیزیکی به این معادلات سخت باشد.
یکی از این احتمالات، می‌تواند حرکت سریع‌تر از نور باشد که حرکت با سرعت ۱۸۶۲۸۲ مایل بر ثانیه (۲۹۹۷۹۲ کیلومتر در هر ثانیه) در خلا است. هر چند معادلات اینشتین نشان می‌دهند که یک شی با سرعت نور، می‌تواند هم جرم بی نهایت و هم طول صفر داشته باشد. چنین چیزی از لحاظ فیزیکی غیرممکن به نظر می‌رسد، اگر چه بعضی از دانشمندان معادلات او را تعمیم داده و گفته‌اند که شاید این امکان پذیر باشد.
یک احتمال مربوط که ناسا آن را توضیح داده، ایجاد کرم چاله‌ها (کرم چاله یک گذرگاه تئوری در صفحه فضا-زمان است که می‌تواند راه میانبری برای سفرهای طولانی در کیهان ایجاد کند.) بین نقاط فضا-زمان است. با وجود این که معادلات اینشتین برای آن‌ها نوشته شده است، اما این روابط بسیار سریع از هم فرو می‌پاشند و فقط برای ذرات بسیار کوچک مناسب خواهند بود. علاوه بر این دانشمندان هنوز این کرم چاله‌ها را عملا مشاهده نکرده‌اند. همچنین تکنولوژی مورد نیاز برای ایجاد کرم چاله، بسیار فراتر از آن چیزی است که ما امروزه داریم.
نظریه‌های جایگزین سفر در زمان
در حال که به نظر می‌رسد نظریه‌های اینشتین، سفر در زمان را دشوار می‌سازند، بعضی گروه‌ها راه حل‌های جایگزینی را برای انتقال به جلو و عقب در زمان پیشنهاد می‌دهند.
استوانه بی نهایت
فرانک تیپلر (Frank Tipler) اخترشناس، مکانیزمی (که گه گاه به عنوان استوانه‌ی تیپلر شناخته می‌شود) پیشنهاد داد که در آن شخص می‌تواند ماده‌ای را که جرمش ۱۰ برابر جرم خورشید است را برداشته و آن را به صورت یک استوانه بسیار بلند و بسیار متراکم لوله کند.
به گفته مؤسسه اندرسون (Anderson Institute)، پس از چرخش چنین وسیله‌ای تا چند میلیارد دور در دقیقه، یک سفینه فضایی در نزدیکی آن – که از یک مسیر مارپیچ بسیار دقیق در اطراف این استوانه متابعت می‌کند – می‌تواند خودش را بر روی یک “منحنی بسته زمان مانند” قرار دهد. برای این روش محدودیت‌هایی وجود دارد، هر چند این واقعیت هم وجود دارد که استوانه باید برای این کار به صورت بی‌نهایتی بلند باشد.
مقاله‌ی مرتبط: تئوری جدید منشأ سیاهچاله‌ها
سیاه چاله‌ها
یکی دیگر از احتمالات می‌تواند حرکت دادن یک سفینه حول یک سیاه چاله (سیاه‌چاله ناحیه‌ای از فضا-زمان است که آثار گرانشی آن، چنان نیرومند است که هیچ چیز – حتی ذرات و تابش‌های الکترومغناطیسی مثل نور – نمی توانند از میدان گرانش آن بگریزد.) یا به طور مصنوعی، فراهم کردن این شرایط با یک ساختار بزرگ در حال چرخش باشد.
استیون هاوکینگ (Stephen Hawking) فیزیکدان در سال ۲۰۱۰ در یادداشت‌های روزانه‌اش نوشته است: ” آن‌ها گرداگرد آن می‌چرخند و تنها نیمی از زمان کسانی که دور از سیاه‌چاله هستند را تجربه می‌کنند. در واقع سفینه و خدمه‌ی آن در زمان سفر می‌کنند.”
” تصور کنید آن‌ها به اندازه‌ی پنج سال خودشان حول این سیاه‌چاله می‌چرخند. در جاهای دیگر زمان به اندازه‌ی ده سال خواهد گذشت. زمانی که آنان به خانه باز گردند، همه‌ی اشخاص روی زمین، حدود پنج سال بیشتر از آن‌ها عمر کرده‌اند.
با این حال، او بیان می‌کند که برای تحقق چنین موضوعی، خدمه‌ی سفینه باید نزدیک به سرعت نورحرکت کنند. فیزیکدان آموس (Amos Iron) در Technion-Israel موسسه‌ی تکنولوژی Haifa در اسرائیل، به یکی دیگر از محدودیت هایی که در صورت استفاده از چنین دستگاهی وجود دارد، اشاره می‌کند؛ و آن احتمال این است که قبل از رسیدن به چنین سرعتی در چرخش، اجزای دستگاه از هم جدا شوند.
رشته‌های کیهانی
نظریه دیگری برای مسافران زمان، شامل چیزی است که رشته‌های کیهانی – لوله‌های باریک انرژی که در سراسر طول جهان در حال گسترش،کشیده شده‌اند – نامیده می‌شوند. پیش‌بینی می شود که این نواحی باریک، که از کیهان اولیه به جا مانده اند، حاوی مقادیر زیادی جرم باشند؛ بنابراین می‌توانند فضا-زمان اطرافشان را خم کنند.
دانشمندان می‌گویند که رشته‌های کیهانی یا در بی نهایت و یا در حلقه‌هایی هستند، بدون هیچ انتهایی. به صورت تئوری نزدیک شدن یک جفت از چنین رشته‌هایی که موازی هم هستند، به طور شدیدی فضا زمان را خم خواهد کرد. چنین پیکربندی خاصی سفر در زمان را ممکن می‌سازد.
ماشین‌های زمان
به طور کلی تصور می‌شود که سفر به جلو یا عقب در زمان، نیازمند یک دستگاه – ماشین زمان – برای انتقال شما به آنجا است. تحقیقات ماشین زمان اغلب شامل خم کردن فضا-زمان تا آنجایی است که خطوط زمانی بر روی خود برگردند، تا یک حلقه بسازند که به طور فنی به عنوان “منحنی بسته زمان مانند” شناخته می‌شود.
برای انجام این امر، اغلب تصور می‌شود که ماشین‌های زمان به یک شکل عجیب و غریب از ماده نیاز دارند که به اصطلاح “چگالی انرژی منفی” نامیده می‌شوند. چنین ماده‌ی عجیبی خواص نامانوسی هم دارد؛ از جمله حرکت در جهت مخالف مواد معمول، زمانی که هل داده می‌شود. چنین ماده‌ای از لحاظ تئوری می‌تواند وجود داشته باشد، اما اگر این گونه باشد، ممکن است فقط در مقادیری که برای ساخت یک ماشین زمان بسیار کم است، وجود داشته باشد.
گرچه تحقیقات در مورد سفر در زمان نشان می‌دهد که ساخت ماشین‌های زمان بدون نیاز به مواد عجیب و غریب نیز ممکن است. این تحقیقات با بررسی یک سوراخ به شکل دونات در میان یک حوزه از مواد عادی آغاز می‌شود. در داخل این خلاء به شکل دونات، فضا-زمان می‌تواند با استفاده از میدان‌های گرانشی متمرکزبرای ساخت منحنی‌های بسته زمان مانند، روی خود خم شود. برای سفر به گذشته در زمان، مسافر حول سوراخ دونات شکل سرعت می‌گیرد؛ و با پشت سر گذاشتن هر لبه، به عقب‌تر برمی‌گردد. برای این نظریه نیز، موانعی وجود دارد. گرچه میدان‌های گرانشی مورد نیاز برای ایجاد چنین منحنی‌های بسته‌ی زمان مانندی، باید بسیار قوی باشند و همچنین کار کردن با آن‌ها نیز بسیار دقیق باشد.
مقاله‌ی مرتبط: ماشین زمان کوانتوم: چگونه آینده می‌تواند چیزی را که اکنون اتفاق می‌افتد تغییر دهد؟
پارادوکس پدر بزرگ
علاوه بر مشکلات فیزیکی، ممکن است سفر در زمان با برخی موقعیت های منحصر به فرد همراه باشد.یک مثال کلاسیکی برای این مورد پارادوکس پدربزرگ است که در آن یک مسافر زمان به گذشته رفته و والدین یا پدربزرگش را می‌کشد – خط رسم اصلی در فیلم‌های “ترمیناتور (Terminator)” – یا به هر صورتی در رابطه آن‌ها دخالت می‌کند – فکر “بازگشت به آینده ” را بکنید – بنابراین او هرگز متولد نمی‌شود و یا زندگی او برای همیشه تغییر می‌کند.
اگر چنین اتفاقی بیفتد، بعضی از فیزیکدانان معتقدند، شما در یکی از جهان‌های موازی متولد نخواهید شد اما باز هم در دنیای دیگری متولد شده‌اید. سایر دانشمندان می‌گویند که فوتون‌هایی که نور را تشکیل می‌دهند، وجود خود در خطوط زمانی را ترجیح می‌دهند، که با برنامه شرورانه خودکشی شما تداخل ایجاد می‌کند.
برخی از دانشمندان با گزینه های ذکر شده در بالا مخالف هستند و اعتقاد دارن که سفر در زمان غیر ممکن است و اهمیتی ندارد که روش مورد استفاده چه باشد.
از طرفی ممکن است انسان‌ها قادر به مقاومت در برابر سفرهای زمانی نباشند. Jeff Tollakse، استاد فیزیک در دانشگاه چپمن (Chapman)، در سال ۲۰۱۲ گفته است:” حرکت با سرعتی نزدیک به سرعت نور، تنها به یک سانتریفیوژ نیاز دارد، اما روشی مهلک خواهد بود.
استفاده از جاذبه نیز مرگبار است. برای تجربه اتساع زمان، می توان بر روی یک ستاره نوترونی ایستاد؛ اما نیروهایی که یک انسان در چنین حالتی تجربه می‌کند، در همان ابتدای کار اعضای او را از هم جدا خواهد کرد.
بنابراین آیا سفر در زمان امکان پذیر است؟
در حالی که به نظر می‌رسد با کمک گرفتن از فیزیکی که امروزه از آن استفاده می‌کنیم، سفر در زمان امکان پذیر نیست – حداقل، به این معنا که انسان‌ها بتوانند از آن جان سالم به در ببرند – این عرصه دائما در حال تغییر است. ممکن است پیشرفت‌هایی در نظریه‌های کوانتومی، ادراکی از چگونگی غلبه بر پارادوکس‌های سفر در زمان ارائه دهند.
یک احتمال، با وجود اینکه لزوما به سفر در زمان منجر نمی‌شود، حل و گره گشایی از این معما است که چگونه ذرات معینی می‌توانند به صورت آنی و سریع‌تر از سرعت نور با هم ارتباط برقرار کنند. اگرچه در عین حال، افراد علاقه‌مند به سفر در زمان می توانند آن را حداقل از طریق فیلم، تلویزیون و کتاب تجربه کنند.
