پژوهش‌های یک فیزیکدان بزرگترین مشکل سفر در زمان را حل کرده است
فرارو- پارادوکس پدربزرگ تنها یکی از مشکلات در منطق است که با مفهوم سفر در زمان به وجود می‌آید، حالا یک فیزیکدان می‌گوید آن را حل کرده است.
به گزارش فرارو به نقل از لایو ساینس، سفر در زمان مدت‌هاست که به دلیل «پارادوکس پدربزرگ» غیرممکن اعلام شده است. این معما می‌پرسد اگر کسی به گذشته سفر کند و پدربزرگش را از بچه دار شدن باز دارد، در نتیجه خودش نیز به دنیا نیاید و این مسافر هیچوقت اتفاق نیافتد، چه می‌شود؟ یک مطالعه جدید ممکن است این مشکل را حل کرده باشد. این مطالعه با ترکیب نسبیت عام، مکانیک کوانتومی و ترمودینامیک نشان می‌دهد که سفر در زمان بدون اینکه منجر به این تضاد‌های منطقی شود نیز ممکن است. درک روزمره ما از زمان ریشه در فیزیک نیوتنی دارد، جایی که رویداد‌ها به صورت خطی از گذشته به آینده پیشرفت می‌کنند. با این حال نظریه نسبیت عام اینشتین که در سال ۱۹۱۵ تکمیل شد، این فرض شهودی را به چالش می‌کشد. این فرضیه نشان می‌دهد که بافت فضا-زمان می‌تواند به گونه‌ای رفتار کند که با عقل سلیم در تضاد است؛ همانطور که توسط پدیده‌هایی مانند سیاهچالهها نشان داده می‌شود.
یکی از جذاب‌ترین پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام، وجود بالقوه منحنی‌های زمان‌مانند بسته است، مسیر‌هایی در فضا-زمان که به دور خودشان حلقه می‌زنند و از نظر تئوری به مسافر اجازه می‌دهند که گذشته را دوباره ببیند. لورنزو گااسینو، فیزیکدان دانشگاه وندربیلت و نویسنده این مطالعه، گفت: «در نسبیت عام، همه اشکال انرژی و تکانه به‌عنوان منابع گرانش عمل می‌کنند و نه فقط جرم. این بدان معناست که اگر ماده در حال چرخش باشد، می‌تواند فضا-زمان را به همراه خود بکشد. در حالی که این اثر روی سیارات و ستارگان ناچیز است، اگر کل جهان در حال چرخش بود چه می‌شد؟» در جهانی که همه مواد در آن می‌چرخند، فضا-زمان می‌تواند به قدری منحرف شود که زمان عملاً به سمت خود خم می‌شود و یک حلقه تشکیل می‌دهد. یک سفینه فضایی که در امتداد چنین حلقه‌ای حرکت می‌کند، از نظر تئوری می‌تواند به نقطه شروع خود بازگردد، نه تنها در فضا بلکه در زمان. در حالی که به نظر می‌رسد جهان ما به عنوان یک کل به این شکل نمی‌چرخد، توده‌های چرخان مانند سیاهچالهها می‌توانند اثرات مشابهی ایجاد کنند و محیط‌های بالقوه‌ای برای منحنی‌های بسته زمانی ایجاد کنند.
پارادوکس‌های سفر در زمان
یکی از بزرگترین چالش‌های سفر در زمان در پارادوکس‌هایی است که ایجاد می‌کند. پارادوکس پدربزرگ تنها یک مثال است. این مسائل به این دلیل به وجود می‌آیند که ما فرض می‌کنیم قوانین ترمودینامیک، قوانین حاکم بر گرما و انرژی، به طور معمول در یک حلقه زمانی نیز عمل می‌کنند. گاواسینو گفت: «در واقع، قانون افزایش آنتروپی، کمیتی ترمودینامیکی که درجه بی‌نظمی در یک سیستم را اندازه می‌گیرد، تنها قانون فیزیک است که بین گذشته و آینده تمایز قائل می‌شود. تا آنجا که می‌دانیم، آنتروپی تنها دلیلی است که رویداد‌های گذشته را به خاطر می‌آوریم و نمی‌توانیم رویداد‌های آینده را پیش‌بینی کنیم.» آنتروپی بر بسیاری از تجربیات روزانه ما، از نحوه پیری بدن تا نحوه پردازش خاطرات، نظارت می‌کند. حتی اقدامات ساده، مانند راه رفتن، بر اصطکاک متکی هستند که خود آنتروپی را افزایش می‌دهد؛ بنابراین چگونه این فرآیند‌ها در یک حلقه زمانی رفتار می‌کنند؟
راه حل کوانتومی برای پارادوکس‌ها
تحقیقات گاواسینو برای این مشکلات راه حل جالبی ارائه می‌دهد. او با الهام گرفتن از کار فیزیکدان کارلو روولی، نشان داد که رفتار ترمودینامیک اساساً در یک منحنی بسته زمانی تغییر می‌کند. در چنین حلقه‌ای، نوسانات کوانتومی به وجود می‌آیند که می‌توانند آنتروپی را پاک کنند، فرآیندی که اساساً با آنچه در زندگی روزمره تجربه می‌کنیم متفاوت است. این نوسانات می‌تواند تأثیرات شگرفی بر یک مسافر زمان داشته باشد. به عنوان مثال، با کاهش آنتروپی، حافظه فرد ممکن است ناپدید شود و پیری معکوس شود. گاواسینو سؤال مهمی مطرح کرده است: «افزایش آنتروپی دلیل مرگ ماست. وقتی مرگ را وارونه کنید چه اتفاقی می‌افتد؟» این پدیده حتی می‌تواند رویداد‌های برگشت‌ناپذیر، مانند کشتن پدربزرگ خود را، موقتی در یک حلقه زمانی کند، و این پارادوکس را به کلی از بین ببرد.
گاواسینو گفت: «بیشتر فیزیکدانان و فیلسوفان در گذشته استدلال کرده‌اند که اگر سفر در زمان وجود داشته باشد، طبیعت همیشه راهی برای جلوگیری از موقعیت‌های متناقض پیدا می‌کند. اصل خودسازگاری در اینجا معرفی می‌شود، که نشان می‌دهد همه چیز باید برای ایجاد یک داستان منسجم منطقی هماهنگ باشد. کار من اولین اشتقاق دقیق این اصل خودسازگاری را مستقیماً از فیزیک تثبیت شده ارائه می‌دهد. به طور خاص، من چارچوب استاندارد کوانتومی را به کار بردم. مکانیک، بدون فرضیه‌های اضافی یا مفروضات بحث برانگیز، نشان داد که خودسازگاری تاریخ به طور طبیعی از قوانین کوانتوم ناشی می‌شود.» در حالی که یافته‌های گاواسینو چارچوب نظری قانع‌کننده‌ای برای سفر در زمان ارائه می‌دهد، این سوال باقی می‌ماند: آیا منحنی‌های بسته زمانی مانند واقعاً در جهان واقعی وجود دارند؟ اکثر فیزیکدانان درباره وجود آنها شک دارند.
به عنوان مثال، در سال ۱۹۹۲، استیون هاوکینگ به طور معروف یک «حدس حفاظت از زمان شناسی» را پیشنهاد کرد و گفت قوانین فیزیک ممکن است در وهله اول مانع از تشکیل حلقه‌های زمانی شوند. این می‌تواند شامل تبدیل شدن یا شکستن فضا-زمان درست قبل از ایجاد یک حلقه باشد. با این حال، کار گاواسینو برای پیش بردن مرز‌های درک ما ارزشمند است. گاواسینو می‌گوید: «چیزی که در مورد این موضوع به نظر من جالب است، روشی است که ما را مجبور می‌کند درباره نقش آنتروپی در تولید تجربه‌مان از جهان فکر کنیم، موضوع مورد علاقه من در تمام فیزیک است.» حتی اگر حلقه‌های زمانی وجود نداشته باشند، درک و مدل‌سازی آنها می‌تواند بینشی در مورد پدیده‌های واقعی ارائه دهد. برای مثال، بررسی چگونگی تکامل و رفتار آنتروپی واقعی در امتداد یک مسیر بسته در مقیاس زیراتمی، می‌تواند بینش‌های شگفت‌انگیزی در مورد رفتار سیستم‌های زیراتمی و ترمودینامیک آنها به دست دهد.
