آیا زمان صرفا یک توهم ناشی از درهمتنیدگی کوانتومی است؟
رأی دهید
بر اساس یک نظریه جدید، زمان ممکن است نه جنبه‌ای اساسی از واقعیت گیتی، بلکه صرفا توهمی باشد که در نتیجه درهمتنیدگی کوانتومی ایجاد شده است. یادداشتی از عرفان کسرایی، پژوهشگر دکتری فلسفه کیهان‌شناسی در دانشگاه بن آلمان.
ماهیت زمان از گذشته‌های دور، از عصر ارسطو و افلاطون تا دوره ایزاک نیوتن و آلبرت اینشتین، موضوع بحث و نظریه‌پردازی فلاسفه و دانشمندان بوده است. اما به‌راستی زمان چیست و چرا هنوز با وجود پیشرفت‌های خیره‌کننده علم، ماهیت آن ناشناخته مانده است؟
در اسطوره‌های باستانی، کرونوس پدر زئوس، خدای زمان است و نیروی ویرانگر همه‌چیزبلعنده و فرزندخوار. افلاطون در رساله تیمائوس زمان را تصویر متحرکی از ابدیت می‌خواند.
نیوتن در کتاب "اصول ریاضی فلسفه طبیعی" زمان را مطلق و حقیقی می‌داند که بدون هیچ ارتباط با بیرون و به خودی خود و به مقتضای طبع، به طور یکنواخت جریان می‌یابد. در نظریه نسبیت اینشتین اما در چارچوب‌های مرجع مختلف، توافقی بر سر هم‌زمان بودن وجود ندارد و زمان ماهیت اسرارآمیزتری دارد.
هانس رایشنباخ، فیلسوف علم آلمانی، در مقدمه کتاب "جهت زمان" می‌نویسد که جریان و گذر زمان در اختیار ما نیست و ما قادر به توقف آن نیستیم و نمی‌توانیم وارونه‌اش کنیم. ما به تعبیر رایشنباخ، به تکه چوبی شباهت داریم که همراه با جریان رودخانه پیش می‌رود و هیچ کاری جز همراهی با جریان رودخانه از او بر نمی‌آید.
اینک دانشمندان با انتشار مقاله‌ای با عنوان "ساعت مغناطیسی برای یک نوسانگر هارمونیک" (Magnetic clock for a harmonic oscillator) در مجله "فیزیکال ریویو اِی" (Physical Review A)، ایده جدیدی را درباره ماهیت زمان طرح کرده‌اند که به رغم دشوار بودن فهم آن، ممکن است درک جدیدی از این موجودیت مرموز در اختیارمان بگذارد.
این دیدگاه به بیان خلاصه، تعریف جدیدی از زمان ارائه می‌دهد و می‌گوید، زمان برخلاف آنچه پیش از این تصور می‌کردیم، یک عنصر اساسی از واقعیت فیزیکی ما نیست، بلکه در واقع ممکن است توهمی باشد که در اثر پدیده مشهور به "درهمتنیدگی کوانتومی" ایجاد شده است.
برای درک هسته اصلی این نظریه جدید، علاوه بر درهمتنیدگی کوانتومی، باید بفهمیم که زمان اصولا در "نسبیت عام" چگونه تعریف می‌شود و به چه شکل کار می‌کند.
درهمتنیدگی کوانتومی به زبان ساده می‌گوید، برای دو ذره مرتبط با هم، تغییر در یکی از آنها، سبب تغییر در دیگری خواهد شد و این پدیده صرف‌‌نظر از فاصله آنها، حتی با وجود فاصله بسیار زیاد چند میلیون سال نوری رخ می‌دهد.
به بیان دقیق‌تر، برای نمونه در فرآیند برخورد الکترون و پوزیترون، فوتون‌ها خلق و الکترون و پوزیترون نابود می‌شوند و در عین حال فوتون‌های خلق‌شده به خاطر شرط بقای اندازه حرکت اسپینی کل، به شکلی رفتار می‌کنند که مشاهده یکی از آنها، صرف نظر از فاصله‌شان، به صورت آنی بر دیگری اثر می‌گذارد.
این به معنای آن است که حالت یک سیستم در یک مکان، به تعبیر اینشتین، با رفتاری شبح‌وار حالت سیستمی دیگر را در مکانی دیگر تحت تاثیر خود قرار می‌دهد. از این رو این طور به نظر می‌رسد که اطلاعات در اثر درهمتنیدگی کوانتومی، دقیقا در همان زمان اندازه‌گیری و به شکل آنی و لحظه‌ای و با سرعتی فراتر از سرعت نور منتقل می‌شوند.
ایده درهمتنیدگی کوانتومی که در سال ۱۹۶۴ از سوی فیزیکدانی به نام جان بل طرح شد، یکی از مناقشه‌برانگیزترین مفاهیم مکانیک کوانتومی محسوب می‌شود، چرا که بر اساس نظریه اینشتین، اطلاعات اصولا نمی‌توانند سریع‌تر از نور حرکت کنند.
از دیگر سو بر اساس نظریه نسبیت عام، زمان در گیتی ما وجود دارد و واقعیت فیزیکی ما، در آنچه که فضا-زمان خوانده می‌شود، تنظیم شده است.
بر اساس این نظریه، زمان در نزدیکی میدان‌های گرانشی قدرتمند دچار اتساع می‌شود و برای مثال هر دقیقه در مجاورت افق رویداد ابرسیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری یعنی *Sgr A، از منظر ناظر زمینی چیزی حدود ۷۰۰ سال طول می‌کشد.
نظریه نسبیت می‌گوید که فضا-زمان در اثر گرانش، انحنا یا اصطلاحا خمیدگی پیدا می‌کند. مشاهده انحنای فضا-زمان در اثر وجود سیاهچاله یا گرانش‌های بزرگ برای دانشمندان موضوع تازه‌ای نیست و بر اساس پیش‌بینی نظریه نسبیت عام، آزمایش‌های فراوانی در تایید آن صورت گرفته است.
اما از منظر کوانتومی، زمان به هیچ وجه انحناپذیر نیست و بسیاری از فیزیکدانان بر این باورند که تعریف زمان باید در هر دوی این نظریه‌ها، یعنی نظریه کوانتومی و نظریه نسبیت اینشتین، ثابت باشد.
نکته اصلی این نظریه جدید این است که زمان ممکن است صرفا محصول جانبی از پدیده‌های کوانتومی و به عبارتی نتیجه‌ای از درهمتنیدگی باشد.
این نظریه می‌گوید، دلیل اینکه یک شیء در طول زمان تغییر می‌کند این است که با یک ساعت درهم‌تنیده شده است. از این رو، اگر ناظری از بیرون به گیتی نگاه کند، آن را کاملا ثابت و بدون تغییر می‌یابد.
این تعبیر تا حد زیادی به نقل قول مشهور از جان ویلر فیزیکدان در سال ۱۹۷۶ شباهت دارد که به گفته خود، آن را در یک گرافیتی در یک کافه در آستین تگزاس دیده بود: «زمان شیوه طبیعت است برای آن که نگذارد همه رخدادها با هم اتفاق بیفتند.»
با این حال، نظریه جدید درباره تعریف زمان بر مبنای درهمتنیدگی کوانتومی هنوز جزئیات مبهم و نامشخصی دارد و به ما دقیقا نمی‌گوید که زمان چیست. ما به صورت تناقض‌آمیزی برای آزمایش و فهم اینکه آیا واقعا زمان نتیجه‌ای از درهمتنیدگی کوانتومی است یا خیر، به زمان نیاز داریم.
ماهیت زمان از گذشته‌های دور، از عصر ارسطو و افلاطون تا دوره ایزاک نیوتن و آلبرت اینشتین، موضوع بحث و نظریه‌پردازی فلاسفه و دانشمندان بوده است. اما به‌راستی زمان چیست و چرا هنوز با وجود پیشرفت‌های خیره‌کننده علم، ماهیت آن ناشناخته مانده است؟
در اسطوره‌های باستانی، کرونوس پدر زئوس، خدای زمان است و نیروی ویرانگر همه‌چیزبلعنده و فرزندخوار. افلاطون در رساله تیمائوس زمان را تصویر متحرکی از ابدیت می‌خواند.
نیوتن در کتاب "اصول ریاضی فلسفه طبیعی" زمان را مطلق و حقیقی می‌داند که بدون هیچ ارتباط با بیرون و به خودی خود و به مقتضای طبع، به طور یکنواخت جریان می‌یابد. در نظریه نسبیت اینشتین اما در چارچوب‌های مرجع مختلف، توافقی بر سر هم‌زمان بودن وجود ندارد و زمان ماهیت اسرارآمیزتری دارد.
هانس رایشنباخ، فیلسوف علم آلمانی، در مقدمه کتاب "جهت زمان" می‌نویسد که جریان و گذر زمان در اختیار ما نیست و ما قادر به توقف آن نیستیم و نمی‌توانیم وارونه‌اش کنیم. ما به تعبیر رایشنباخ، به تکه چوبی شباهت داریم که همراه با جریان رودخانه پیش می‌رود و هیچ کاری جز همراهی با جریان رودخانه از او بر نمی‌آید.
اینک دانشمندان با انتشار مقاله‌ای با عنوان "ساعت مغناطیسی برای یک نوسانگر هارمونیک" (Magnetic clock for a harmonic oscillator) در مجله "فیزیکال ریویو اِی" (Physical Review A)، ایده جدیدی را درباره ماهیت زمان طرح کرده‌اند که به رغم دشوار بودن فهم آن، ممکن است درک جدیدی از این موجودیت مرموز در اختیارمان بگذارد.
این دیدگاه به بیان خلاصه، تعریف جدیدی از زمان ارائه می‌دهد و می‌گوید، زمان برخلاف آنچه پیش از این تصور می‌کردیم، یک عنصر اساسی از واقعیت فیزیکی ما نیست، بلکه در واقع ممکن است توهمی باشد که در اثر پدیده مشهور به "درهمتنیدگی کوانتومی" ایجاد شده است.
برای درک هسته اصلی این نظریه جدید، علاوه بر درهمتنیدگی کوانتومی، باید بفهمیم که زمان اصولا در "نسبیت عام" چگونه تعریف می‌شود و به چه شکل کار می‌کند.
درهمتنیدگی کوانتومی به زبان ساده می‌گوید، برای دو ذره مرتبط با هم، تغییر در یکی از آنها، سبب تغییر در دیگری خواهد شد و این پدیده صرف‌‌نظر از فاصله آنها، حتی با وجود فاصله بسیار زیاد چند میلیون سال نوری رخ می‌دهد.
به بیان دقیق‌تر، برای نمونه در فرآیند برخورد الکترون و پوزیترون، فوتون‌ها خلق و الکترون و پوزیترون نابود می‌شوند و در عین حال فوتون‌های خلق‌شده به خاطر شرط بقای اندازه حرکت اسپینی کل، به شکلی رفتار می‌کنند که مشاهده یکی از آنها، صرف نظر از فاصله‌شان، به صورت آنی بر دیگری اثر می‌گذارد.
این به معنای آن است که حالت یک سیستم در یک مکان، به تعبیر اینشتین، با رفتاری شبح‌وار حالت سیستمی دیگر را در مکانی دیگر تحت تاثیر خود قرار می‌دهد. از این رو این طور به نظر می‌رسد که اطلاعات در اثر درهمتنیدگی کوانتومی، دقیقا در همان زمان اندازه‌گیری و به شکل آنی و لحظه‌ای و با سرعتی فراتر از سرعت نور منتقل می‌شوند.
ایده درهمتنیدگی کوانتومی که در سال ۱۹۶۴ از سوی فیزیکدانی به نام جان بل طرح شد، یکی از مناقشه‌برانگیزترین مفاهیم مکانیک کوانتومی محسوب می‌شود، چرا که بر اساس نظریه اینشتین، اطلاعات اصولا نمی‌توانند سریع‌تر از نور حرکت کنند.
از دیگر سو بر اساس نظریه نسبیت عام، زمان در گیتی ما وجود دارد و واقعیت فیزیکی ما، در آنچه که فضا-زمان خوانده می‌شود، تنظیم شده است.
بر اساس این نظریه، زمان در نزدیکی میدان‌های گرانشی قدرتمند دچار اتساع می‌شود و برای مثال هر دقیقه در مجاورت افق رویداد ابرسیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری یعنی *Sgr A، از منظر ناظر زمینی چیزی حدود ۷۰۰ سال طول می‌کشد.
نظریه نسبیت می‌گوید که فضا-زمان در اثر گرانش، انحنا یا اصطلاحا خمیدگی پیدا می‌کند. مشاهده انحنای فضا-زمان در اثر وجود سیاهچاله یا گرانش‌های بزرگ برای دانشمندان موضوع تازه‌ای نیست و بر اساس پیش‌بینی نظریه نسبیت عام، آزمایش‌های فراوانی در تایید آن صورت گرفته است.
اما از منظر کوانتومی، زمان به هیچ وجه انحناپذیر نیست و بسیاری از فیزیکدانان بر این باورند که تعریف زمان باید در هر دوی این نظریه‌ها، یعنی نظریه کوانتومی و نظریه نسبیت اینشتین، ثابت باشد.
نکته اصلی این نظریه جدید این است که زمان ممکن است صرفا محصول جانبی از پدیده‌های کوانتومی و به عبارتی نتیجه‌ای از درهمتنیدگی باشد.
این نظریه می‌گوید، دلیل اینکه یک شیء در طول زمان تغییر می‌کند این است که با یک ساعت درهم‌تنیده شده است. از این رو، اگر ناظری از بیرون به گیتی نگاه کند، آن را کاملا ثابت و بدون تغییر می‌یابد.
این تعبیر تا حد زیادی به نقل قول مشهور از جان ویلر فیزیکدان در سال ۱۹۷۶ شباهت دارد که به گفته خود، آن را در یک گرافیتی در یک کافه در آستین تگزاس دیده بود: «زمان شیوه طبیعت است برای آن که نگذارد همه رخدادها با هم اتفاق بیفتند.»
با این حال، نظریه جدید درباره تعریف زمان بر مبنای درهمتنیدگی کوانتومی هنوز جزئیات مبهم و نامشخصی دارد و به ما دقیقا نمی‌گوید که زمان چیست. ما به صورت تناقض‌آمیزی برای آزمایش و فهم اینکه آیا واقعا زمان نتیجه‌ای از درهمتنیدگی کوانتومی است یا خیر، به زمان نیاز داریم.
