سفر در زمان؛ نظریه‌ها، تناقضات و احتمالات
سفر در زمان (حرکت بین نقاط مختلفی از زمان) ده‌ها سال است که موضوع پرطرفداری برای داستان‌های علمی-تخیلی است. از سریال دکتر هو (Doctor Who) گرفته تا فیلم‌های پیشتازان فضا (Star Trek) و بازگشت به آینده (Back to the Future) دیده شده که انسان‌ها سوار وسیله نقلیه خود شده و به گذشته یا آینده می‌روند تا ماجراجویی‌های جدیدی را تجربه کنند. هر کدام از این داستان‌های تخیلی نظریه‌های سفر در زمان متفاوتی دارند.
ولی در واقعیت این نظریات مبهم هستند و دانشمندان زیادی اعتقاد دارند که سفر در زمان امکانپذیر نیست. برخی حتی می‌گویند که تلاش برای این کار برای هر کسی که تصمیم به انجام آن بگیرد، کشنده خواهد بود.
درک زمان
زمان چیست؟ در حالی که اکثر مردم زمان را یک مفهوم ثابت می‌پندارند، آلبرت انیشتین نشان داد که زمان یک توهم است؛ نسبی بوده و بسته به سرعت شما در فضا می‌تواند برای ناظران مختلف متفاوت باشد. برای انیشتین زمان بعد چهارم است. فضا یک عرصه سه بعدی توصیف شده که شامل طول، عرض و ارتفاع است. اما زمان مختصات دیگری را ارائه می دهد و آن جهت است، گرچه به طور مرسوم فقط به جلو حرکت می‌کند.
نظریه نسبیت خاص انیشتین می‌گوید که زمان بسته به سرعت حرکت شما نسبت به یک جسم دیگر، کند یا سریع می‌شود. با نزدیک شدن به سرعت نور عمر فردی که درون فضاپیما است بسیار کندتر از فردی که در خانه است، می‌گذرد. علاوه بر آن طبق نظریه نسبیت عام اینشتین گرانش می‌تواند زمان را خم کند.
پارچه‌ای چهار بعدی به نام فضا-زمان را تصویر کنید، هنگامی که چیزی بر روی آن قرار گیرد باعث گود یا خم شدن آن پارچه فضا-زمان می‌شود. خم شدن فضا-زمان باعث حرکت اجسام در یک مسیر منحنی می‌شود، انحنای فضا همان چیزی است که ما آن را با نام گرانش می‌شناسیم.
هر دو نظریه نسبیت عام و خاص با فناوری ماهواره GPS که دارای ساعت‌های بسیار دقیقی است، ثابت شده است. اثرات جاذبه و همچنین افزایش سرعت ماهواره‌ها بر فراز زمین نسبت به ناظران روی زمین، باعث ایجاد اختلاف زمانی ۳۸ میکروثانیه در روز می‌شود (مهندسان با انجام کالیبراسیون این تفاوت را برطرف می‌کنند). به تعبیری این اثر اتساع زمان نام دارد و به این معنی است که کسانی که مسافر زمان هستند هنگام بازگشت به زمین بسیار جوانتر از دوقلوهای همسان خود که در این سیاره باقی مانده‌اند، خواهند بود.
از طریق کرمچاله
نسبیت عام همچنین سناریوهایی را فراهم می‌کند که می‌تواند به مسافران زمان اجازه دهد تا به موقع برگردند. با این حال ممکن است سفر از طریق این معادلات به لحاظ جسمی دشوار باشد.
برای حرکت سریع‌تر از سرعت نور (۲۹۹۷۹۲ کیلومتر در ثانیه در محیط خلاء) احتمالاً یک روش وجود داشته باشد. براساس معادلات انیشتین یک جسمی که با سرعت نور حرکت می‌کند جرم بی‌نهایت و طول صفر دارد. به نظر می‌رسد که این امر از نظر فیزیکی غیرممکن است، گرچه برخی دانشمندان معادلات وی را گسترش داده و گفته‌اند که ممکن است این کار انجام شدنی باشد.
ناسا اظهار داشت که احتمالاً با ایجاد کرمچاله (Wormholes) بین نقاط مختلفی از فضا-زمان این امر امکانپذیر شود. در حالی که معادلات انیشتین امکان ساخت کرمچاله‌ها را فراهم می‌کنند، اما آنها ناپایدار بوده و خیلی سریع فرومی‌پاشند و فقط برای ذرات بسیار کوچک مناسب خواهند بود. علاوه بر آن دانشمندان تاکنون کرمچاله‌ها را مشاهده نکرده‌اند و فناوری مورد نیاز برای ساخت آنها فراتر از هر چیزی است که امروزه در اختیار بشر است.
بیشتر بخوانید: سفر با کرم چاله امکانپذیر اما آهسته خواهد بود!
نظریه‌های جایگزین سفر در زمان
در حالی که به نظر می‌رسد نظریه‌های انشتین سفر در زمان را دشوار می‌کنند، برخی‌ها راه حل‌های متفاوتی برای حرکت به جلو و عقب در زمان ارائه داده‌اند.
سیلندر بی‌نهایت
ستاره شناس فرانک تیپلر (Frank Tipler) مکانیسم سیلندر بی‌نهایت (سیلندر تیپلر) را پیشنهاد کرد که در آن ماده به میزان ۱۰ برابر جرم خورشید را درون استوانه‌ای بسیار طولانی اما بسیار متراکم قرار دهند. به گفته انستیتوی اندرسون پس از چرخاندن این استوانه به صورت چند میلیارد دور در دقیقه یک مارپیچ بسیار دقیق در اطراف سیلندر بی‌نهایت (Infinite cylinder) ایجاد می‌شود و فضاپیمایی که در نزدیکی آن است می‌تواند خود را در یک منحنی بسته و شبیه زمان قرار دهد. البته این روش محدودیت‌هایی نیز دارد که از آنها می‌توان به طول سیلندر اشاره کرد، طبق این مکانیسم برای اینکه سیلندر تیپلر کار کند طول آن باید بی‌نهایت باشد.
سیاه‌چاله‌ها
روش دیگر این است که فضاپیما را به سرعت در اطراف سیاهچاله حرکت دهید، یا با یک سازه عظیم و چرخان شرایط مشابه اطراف سیاهچاله را به صورت مصنوعی ایجاد کنید. استیون هاوکینگ در سال ۲۰۱۰ گفت: افرادی که درون سیاهچاله در حال چرخش هستند فقط نصف زمان افرادی که در زمین هستند را تجربه خواهند کرد.
تصور کنید آنها ۵ سال به دور سیاهچاله بچرخند اما این مدت در زمین ۱۰ سال طول خواهد کشید. افراد داخل فضاپیما وقتی به خانه برسند، سن مردم روی کره زمین پنج سال بیشتر از آنها خواهد بود. به عقیده هاوکینگ خدمه باید خیلی کار کنند تا رسیدن به سرعت نور را برای این کار عملی کنند. اما فیزیکدان آموس آیرون (Amos Iron) درباره محدودیت‌های این روش می‌گوید: احتمال دارد قبل از آنکه بتوان فضاپیما را با آن سرعت چرخاند، قطعات آن از هم جدا شوند.
بیشتر بخوانید: اشعه‌ی گامای سیاهچاله می تواند زمان را به عقب برگرداند
رشته‌های کیهانی
نظریه دیگر برای سفر در زمان چیزی به نام رشته‌های کیهانی (Cosmic strings) است، مجراهای باریکی از انرژی که در سرتاسر جهان در حال گسترش، امتداد دارند. پیش بینی می‌شود که این مجراهای نازک از کیهان اولیه باقی مانده و حاوی مقادیر عظیمی از جرم هستند، بنابراین می‌توانند فضا-زمان را در اطراف خود پیچ و تاب دهند.
دانشمندان می‌گویند رشته‌های کیهانی یا نامحدود هستند و یا در حلقه‌های بی‌پایان قرار دارند. از دیدگاه نظری نزدیک شدن دو رشته موازی به یکدیگر باعث می‌شود فضا-زمان با شدت زیاد و در یک پیکربندی خاص خم شوند که در نتیجه امکان سفر در زمان فراهم شود.
ماشین زمان
باور عمومی این است که برای سفر به جلو یا عقب در زمان به وسیله‌ای (ماشین زمان) نیاز است تا شما را به آنجا ببرد. تحقیقات برای ساخت ماشین زمان اغلب شامل خم کردن فضا-زمان است که در آن خطوط زمانی برگشته و یک حلقه شکل می‌دهند، که از لحاظ فنی با عنوان یک منحنی شبه زمان بسته (closed time-like curve) شناخته می‌شوند.
برای تحقق این امر اغلب تصور می‌شود که ماشین های زمان به شکل عجیب و غریبی از ماده که اصطلاحاٌ چگالی انرژی منفی (negative energy density) نام دارد، نیاز دارند. این ماده برخلاف ماده عادی دارای خصوصیات عجیب و غریبی است برای مثال هنگام فشار دادن در جهت مخالف حرکت می‌کند. چنین ماده‌ای از نظر تئوری می‌تواند وجود داشته باشد، اما در صورت وجود ممکن است فقط در مقادیر بسیار اندکی باشد.
با این حال تحقیقات سفر در زمان نشان می‌دهند که ساخت ماشین زمان بدون این ماده عجیب و غریب نیز امکانپذیر است. این کار با یک سوراخ به شکل دونات که درون کره‌ای از ماده عادی قرار دارد، آغاز می‌شود. در داخل این خلاء شبه دونات، زمان و مکان می‌تواند با استفاده از میادین گرانشی متمرکز به سمت خود خم شده تا یک منحنی شبه زمان بسته شکل بگیرد. البته این نظریه هم موانع بسیاری دارد. میدان‌های گرانشی مورد نیاز برای ایجاد چنین شبه زمان بسته مانند باید بسیار قوی بوده و دستکاری در آنها نیز باید بسیار دقیق باشد.
پارادوکس پدربزرگ
علاوه بر مشکلات فیزیکی، سفر در زمان ممکن است با وضعیت‌های منحصر به فردی نیز همراه باشد. یک مثال کلاسیک از این وضعیت‌ها پارادوکس پدربزرگ است به این ترتیب که در آن یک مسافر زمان به عقب برمی‌گردد و والدین یا پدربزرگش را می‌کشد و یا در روابط آنها دخالت می‌کند. در این صورت در آینده هرگز به دنیا نمی‌آید و یا در صورت متولد شدن زندگی وی برای همیشه تغییر می‌کند.
اگر چنین اتفاقی بیافتد، از نظر برخی فیزیکدان‌ها آن فرد در یک جهان موازی متولد نخواهد شد، اما در جهان دیگری متولد می‌شود! برخی دیگر می‌گویند فوتونهایی که نور را تشکیل می‌دهند در زمان بندی خود، ثبات خودشان را ترجیح می‌دهند در این حالت آنها در برنامه خودکشی آن فرد دخالت خواهند کرد.
بعضی از دانشمندان با گزینه‌های ذکر شده مخالفند و می‌گویند فارغ از این که از چه روشی استفاده کنید، سفر در زمان امکان پذیر نیست. چارلز لو (Charles Lu) اخترفیزیکدان موزه تاریخ طبیعی آمریکا می‌گوید: از نظر ریاضیات سفر در زمان ممکن نیست.
همچنین، ممکن است انسان به هیچ وجه نتواند از نظر جسمی این سفر را تحمل کند. جف تولاکسن (Jeff Tollaksen) استاد فیزیک دانشگاه چاپمن می‌گوید: حرکت با سرعت نور احتمالاً به وسیله‌ای مانند سانتریفیوژ نیاز داشته باشد، در این صورت این وسیله برای انسان کشنده خواهد بود.
استفاده از گرانش نیز کشنده خواهد بود. برای تجربه اتساع زمان می‌توان در یک ستاره نوترونی ایستاد، اما نیروهایی که فرد تجربه می‌کند در همان ابتدا باعث فروپاشی وی می‌شود.
آیا سفر زمان امکان پذیر است؟
در حالی که سفر در زمان امکان پذیر به نظر نمی‌رسد (حداقل از این نظر که انسان در آن زنده بماند) با فیزیکی که امروزه از آن استفاده می‌کنیم این رشته دائماً در حال تغییر است. پیشرفت در نظریه‌های کوانتومی می‌تواند درک درستی از چگونگی غلبه بر پارادوکس‌های سفر در زمان داشته باشند.
یک احتمال، گرچه لزوماً منجر به مسافرت در زمان نمی‌شود، حل این معما است که ذرات خاص چگونه می‌توانند سریع‌تر از سرعت نور با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. در این میان اما علاقه‌مندان به سفر در زمان حداقل می‌توانند از طریق فیلم‌ها، تلویزیون و کتاب‌ها آن را تجربه کنند.
.
بیشتر بخوانید: جهای‌های موازی: نظریات و شواهد