فیزیک، سیاهچالهها و ساعتها را بررسی میکند تا به یکی از بنیادیترین پرسشهای علم پاسخ دهد: زمان چرا و چگونه جریان دارد؟ با وجود اینکه در زندگی روزمره، نگاه کردن به ساعت امری بدیهی به نظر میرسد، اما از دیدگاه فیزیک، پاسخ روشنی برای چرایی جریان زمان وجود ندارد. پژوهشهای جدید در حوزه کوانتوم حتی این احتمال را مطرح میکنند که زمان، نه یک واقعیت بنیادی، بلکه محصول اندازهگیری و درهمتنیدگی کوانتومی باشد.
هنگامی که صبح با عجله به ساعت نگاه میکنیم تا به محل کار برسیم، عملاً جریان زمان را یک واقعیت انکارناپذیر فرض میکنیم. با این حال، فیزیک هنوز نتوانسته توضیح قانعکنندهای ارائه دهد که چرا زمان فقط به یک جهت حرکت میکند. به گفته ناتالیا آرس، فیزیکدان دانشگاه آکسفورد، این موضوع «یکی از بزرگترین رازهای علم» است.
زمان در فیزیک کلاسیک و مدرن
آلبرت اینشتین در نظریه نسبیت، زمان را بههمراه فضا بهعنوان ساختاری انعطافپذیر توصیف کرد که میتواند کش بیاید و خم شود. در مقابل، مکانیک کوانتومی، زمان را تقریباً به حاشیه راند و آن را بهعنوان یک پسزمینه در نظر گرفت. نه فیزیک کلاسیک و نه نظریههای مدرن، هیچکدام نتوانستهاند جریان یکسویه زمان را بهطور کامل توضیح دهند.
این بنبست نظری، برخی فیزیکدانان را به پرسشی رادیکال رسانده است:
اگر اصلاً چیزی به نام زمان وجود نداشته باشد چه؟
ایده توهم بودن زمان
این ایده برای نخستین بار در سال ۱۹۸۳ توسط فیزیکدانان، دان پیج و ویلیام ووترز، بهصورت نظاممند مطرح شد. فرضیه آنها که با نام سازوکار پیج–ووترز شناخته میشود، بیان میکند که جهان در بنیاد خود، یک تابع موج کوانتومیِ بدون زمان است. آنچه ما بهعنوان زمان تجربه میکنیم، از درهمتنیدگی کوانتومی میان اجزای این جهان ناشی میشود.
بر اساس این دیدگاه، جهان به دو بخش تقسیم میشود: سیستمهای فیزیکی که مشاهده میکنیم و نوعی «ساعت درونی». زمانی که این دو بخش بهواسطه درهمتنیدگی کوانتومی به یکدیگر متصل میشوند، این تصور شکل میگیرد که زمان در حال گذر است، در حالی که کل جهان میتواند در حالتی ایستا باقی مانده باشد.
سیمونه ریاتچ، فیزیکدان دانشگاه تلآویو، این چارچوب نظری را «بسیار قانعکننده» توصیف میکند.
از نظریه تا آزمایشگاه
برای دههها، این فرضیه صرفاً یک ایده نظری تلقی میشد که امکان آزمون تجربی ندارد. اما در سالهای اخیر، پیشرفت در حوزه ساعتهای کوانتومی این وضعیت را تغییر داده است. در سال ۲۰۲۴، پائولا وروکی از شورای ملی پژوهش ایتالیا نشان داد که چگونه میتوان در یک سیستم کوانتومی درهمتنیده، چیزی شبیه به جریان زمان را بهصورت ریاضی توصیف کرد.
در این مدل، سیستم از دید یک ناظر بیرونی کاملاً ایستا به نظر میرسد، اما وقتی با یک ساعت درونی مقایسه میشود، تغییرات قابل مشاهدهای دارد. این نتیجه، این ایده را تقویت میکند که زمان بیش از آنکه یک واقعیت مطلق باشد، یک تجربه نسبی است.
ساعتها، آنتروپی و بهای زمان
پژوهشها همچنین نشان میدهند که ساعتها ابزارهایی خنثی و منفعل نیستند. به گفته مارکوس هوبر از دانشگاه فنی وین، هر ساعتی که زمان را اندازهگیری میکند، بهطور اجتنابناپذیر آنتروپی تولید میکند. به بیان سادهتر، زمانسنجی همواره یک هزینه فیزیکی دارد.
در مقیاس کوانتومی، این هزینه حتی آشکارتر میشود. صرفِ خواندن زمان میتواند تغییراتی غیرقابل بازگشت در سیستم ایجاد کند. این یافتهها نشان میدهد که زمان پیوندی عمیق با آنتروپی و فرآیندهای برگشتناپذیر دارد.
آیا سیاهچالهها ساعت جهان هستند؟
به باور وروکی، شاید کاملترین «ساعت»های طبیعت، سیاهچالهها باشند. با وجود اینکه سیاهچالهها تقریباً بهطور کامل از محیط اطراف خود ایزوله هستند، اما از طریق درهمتنیدگی کوانتومی با جهان بیرون ارتباط برقرار میکنند.
همانطور که استیون هاوکینگ نشان داد، تابشی که از سیاهچالهها منتشر میشود، در سطح کوانتومی با اطلاعات درون آنها مرتبط است. این ویژگی باعث شده است که برخی پژوهشگران احتمال دهند سیاهچالهها بتوانند نقش «ساعت جهانی» را در چارچوب سازوکار پیج–ووترز ایفا کنند.
اگر این فرض درست باشد، ردپای جریان زمان را میتوان در ترمودینامیک سیاهچالهها و رفتار آنتروپی آنها جستوجو کرد.
اندازهگیری، فروپاشی و جهتدار شدن زمان
وروکی استدلال میکند که پیکان زمان، از دل فرآیند اندازهگیری پدیدار میشود. در دنیای کوانتومی، هر اندازهگیری با یک فروپاشی غیرقابل بازگشت همراه است. این ویژگی، یکی از معدود سازوکارهایی است که میتواند جریان یکسویه زمان را توضیح دهد.
بر اساس این نگاه، زمان چیزی نیست که صرفاً از بیرون مشاهده شود. هر سیستم فیزیکی که اندازهگیری انجام میدهد – انسانها نیز در این دسته قرار میگیرند – در شکلگیری زمان نقش دارد. وروکی این دیدگاه را چنین خلاصه میکند:
«به محض اینکه درباره زمان سؤال میکنید، در حال خلق زمان هستید.»
نتیجهگیری
پژوهشهای نوین در فیزیک کوانتومی، تصویر سنتی ما از زمان را به چالش کشیدهاند. شاید زمان، آنگونه که تجربه میکنیم، نه یک موجودیت بنیادی، بلکه پیامدی از اندازهگیری، درهمتنیدگی و آنتروپی باشد. اگر این دیدگاه تأیید شود، درک ما از جهان، علیت و حتی نقش خودمان بهعنوان ناظر، دگرگون خواهد شد.
اگر به پرسشهای بنیادین فیزیک و رازهای جهان علاقهمند هستید، مقالههای مرتبط ما را بخوانید یا دیدگاه خود را در بخش نظرات با ما به اشتراک بگذارید.
