یکی از چالش های رایج در منطق که با مفهوم سفر به گذشته ارتباط دارد، پدیده ای به نام “پارادوکس پدربزرگ” است. اکنون یک فیزیکدان ادعا می کند که موفق به حل این معضل شده است.
به گزارش به نقل از لایو ساینس، سفر به گذشته به دلیل مسئله ای به نام «پارادوکس پدربزرگ» به عنوان امری غیرممکن شناخته شده است. این معما مطرح می کند که اگر فردی به زمان گذشته برود و پدربزرگ خود را از داشتن فرزند بازدارد، او نیز به دنیا نخواهد آمد و دچار تناقض می شود. اما یک مطالعه جدید ممکن است این چالش را حل کرده باشد. این پژوهش که ترکیبی از نظریه نسبیت عام، مکانیک کوانتومی و ترمودینامیک را در برمی گیرد، نشان داده است که سفر به گذشته بدون ایجاد تناقضات منطقی نیز امکان پذیر است. درک روزمره ما از زمان ناشی از فیزیک نیوتنی است که بر اساس آن رویدادها به صورت خطی از گذشته به آینده پیش می روند. اما نظریه نسبیت عام اینشتین، که در سال ۱۹۱۵ کامل شد، این فرض اساسی را به چالش می کشد و نشان می دهد که ساختار فضازمان می تواند به گونه ای رفتار کند که به نظر منطقی نمی آید، همانطور که سیاه چاله ها این موضوع را به وضوح نمایان کرده اند.
یکی از جذاب ترین پیش بینی های حاصل از نظریه نسبیت عام، وجود منحنی های بسته زمانی است؛ مسیرهایی در فضازمان که می توانند به دور خود بچرخند و به مسافر این اجازه را می دهند که به گذشته بازگردد. لورنزو گااسینو، فیزیکدان دانشگاه وندربیلت و نویسنده این تحقیق، گفت: «در نظریه نسبیت عام، همه انواع انرژی و تکانه به عنوان منابع گرانش عمل می کنند، نه صرفاً جرم. این بدان معناست که اگر ماده ای در حال چرخش باشد، می تواند فضازمان را به حرکت درآورد. حال اگر کل جهان به چرخش درآمد، چه نتایجی به دنبال خواهد داشت؟» در چنین جهانی که تمامی مواد در حال چرخش باشند، فضازمان می تواند آنچنان دچار انحراف شود که زمان به سوی خود خم گردد و یک حلقه ایجاد کند. سفینه ای که در این حلقه حرکت کند، از نظر نظری می تواند نه تنها در فضا بلکه در زمان نیز به نقطه آغازین خود بازگردد. با اینکه به نظر می رسد جهان ما به این شکل نمی چرخد، اما توده های چرخان مانند سیاه چاله ها می توانند آثار مشابهی را به وجود آورده و شرایطی را برای منحنی های بسته زمانی فراهم کنند.
چالش های سفر به گذشته
یکی از بزرگ ترین موانع پیش روی سفر به گذشته، پارادوکس هایی است که به دنبال خود می آورد. پارادوکس پدربزرگ تنها یکی از این موارد است. این مسائل به این دلیل بروز می کنند که ما فرض می کنیم قوانین ترمودینامیک، که به قواعد حاکم بر گرما و انرژی مربوط هستند، در یک حلقه زمانی نیز معتبرند. گااسینو بیان کرد: «واقعیت این است که قانون افزایش آنتروپی، که کمیتی ترمودینامیکی است و میزان بی نظمی در یک سیستم را اندازه گیری می کند، تنها قانون فیزیکی است که بین گذشته و آینده تمایز قائل می شود. به نظر می رسد آنتروپی تنها دلیل یادآوری ما از رویدادهای گذشته و ناتوانی مان در پیش بینی رویدادهای آینده باشد.» آنتروپی بر تجربیات روزمره ما تأثیر می گذارد، از روند پیری بدن تا شیوه ی پردازش خاطرات. حتی اقداماتی ساده مثل راه رفتن به اصطکاک وابسته اند که خود به افزایش آنتروپی منجر می شود؛ بنابراین سوال اینجاست که چگونه این فرآیندها در یک حلقه زمانی عمل می کنند؟
راه حل کوانتومی برای پارادوکس ها
تحقیقات گااسینو راه حل جذابی برای این چالش ها ارائه می دهد. او با الهام از کار فیزیکدان کارلو روولی، نشان داد که رفتار ترمودینامیک به طور بنیادی در یک منحنی بسته زمانی دستخوش تغییر می شود. در این حلقه، نوسانات کوانتومی پدیدار می شوند که می توانند آنتروپی را تعدیل کنند، فرایندی که به طور کل با آنچه در زندگی روزمره تجربه می کنیم متفاوت است. این نوسانات می توانند تأثیرات عمیقی بر روی مسافر زمان داشته باشند. به عنوان نمونه، با کاهش آنتروپی، ممکن است حافظه فرد از بین برود و پیری معکوس گردد. گااسینو سؤالی کلیدی مطرح کرده است: «افزایش آنتروپی عامل مرگ ماست. اگر مرگ را معکوس کنیم، چه می شود؟» این پدیده همچنین می تواند رویدادهای غیرقابل برگشتی، مانند کشتن پدربزرگ، را موقتی در یک حلقه زمانی کند و در نتیجه این پارادوکس را به کلی ناپدید کند.
گااسینو اظهار داشت: «اکثر فیزیکدانان و فیلسوفان قبلاً استدلال کرده اند که اگر سفر به زمان ممکن باشد، طبیعت به هر حال راهی برای جلوگیری از بروز تناقضات پیدا می کند. اصل خودسازگاری در اینجا مطرح است، که نشان می دهد همه چیز باید برای شکل گیری یک داستان منطقی هماهنگ باشد. کار من اولین استنتاج دقیق این اصل خودسازگاری را مستقیماً از فیزیک تأسیس شده ارائه می کند. به طور خاص، من از چارچوب استاندارد مکانیک کوانتومی استفاده کرده ام، بدون فرضیات اضافی یا مفروضات بحث برانگیز، و نشان دادم که خودسازگاری تاریخ به طور طبیعی از قوانین کوانتومی ناشی می شود.» در حالی که یافته های گااسینو چارچوب نظری قابل توجهی برای سفر به زمان فراهم می آورد، سوال همچنان باقی است: آیا واقعاً منحنی های بسته زمانی در جهان وجود دارند؟ بسیاری از فیزیکدانان در این باره تردید دارند.
به عنوان مثال، در سال ۱۹۹۲، استیون هاوکینگ به طرز مشهوری یک «حدس حفاظت از زمان شناسی» را ارائه کرد و بیان کرد که قوانین فیزیک ممکن است به طور کلی مانع از ایجاد حلقه های زمانی شوند. این می تواند شامل تغییر یا شکستن فضازمان درست پیش از شکل گیری یک حلقه باشد. با این وجود، کار گااسینو به پیشبرد مرزهای دانش ما کمک شایانی کرده است. گااسینو اضافه می کند: «موضوعی که برای من در این بحث جالب است، طریقه ای است که ما را به تفکر درباره نقش آنتروپی در شکل گیری تجربیات مان از جهان وامی دارد، که این مسئله همواره در فیزیک برای من در اولویت بوده است.» حتی اگر حلقه های زمانی وجود نداشته باشند، بررسی و مدل سازی آن ها می تواند بینش های تازه ای درباره پدیده های واقعی به ما ارائه دهد. به عنوان مثال، مطالعه چگونگی تکامل و رفتار آنتروپی در طول یک مسیر بسته با مقیاس زیراتمی می تواند درک های شگفت آوری درباره رفتار سیستم های زیراتمی و ترمودینامیک آن ها به ما ببخشد.