زمان مفهومی است که هر روز با آن سروکار داریم. هر دقیقه ۶۰ ثانیه، هر ساعت ۶۰ دقیقه و هر روز ۲۴ ساعت است. ما در دل یک ساختار خطی از زمان زندگی می‌کنیم؛ چیزی که آن را به‌عنوان «زمان خطی» می‌شناسیم. از کودکی با این نظم بزرگ می‌شویم و ناخودآگاه باور می‌کنیم که زمان همیشه همین‌گونه پیش می‌رود: از گذشته به آینده، بی‌وقفه و بدون بازگشت.

کپی لینک

خلاصه پادکستی مقاله

ساخته‌شده با هوش مصنوعی

حالا تصور کنید کسی در خیابان از شما بخواهد زمان را روی کاغذ بکشید. احتمالاً تصویری از یک ساعت، یک عقربه‌ی در حال حرکت یا شاید تقویمی با روزهایی که یکی‌یکی خط خورده‌اند، ترسیم می‌کنید. اما واقعیت آن است که این‌ها تنها نمادهایی از گذر زمان هستند؛ نشانه‌هایی که ما برای درک بهتر این پدیده‌ی نادیدنی ساخته‌ایم. این تصاویر، تنها سطحی‌ترین برداشت‌های ما از چیزی هستند که شاید بسیار عمیق‌تر و رازآلودتر از آن باشد که تصور می‌کنیم.

طرح هوش مصنوعی از ساعت جیبی برای مفهوم زمان

زمان، با همه‌ی نفوذش در زندگی‌مان، همچنان یکی از مبهم‌ترین مفاهیم هستی است. ما آن را اندازه می‌گیریم، با آن برنامه‌ریزی می‌کنیم و حتی پیر شدنمان را با آن می‌سنجیم، اما هنوز نمی‌دانیم دقیقاً چیست. دانشمندان، فیزیکدانان نظری و فیلسوفان، از قرن‌ها پیش در تلاش‌ هستند تا زمان را بفهمند و تعریف کنند، اما هنوز هم پاسخ روشنی وجود ندارد.

اما واقعاً زمان چیست؟ آیا می‌توانیم اثبات کنیم که زمان واقعاً وجود دارد؟ یا ممکن است تمام آنچه درباره‌ی زمان می‌دانیم، تنها یک قرارداد ذهنی و ابزاری برای نظم‌بخشی به دنیای پیچیده‌مان باشد؟

فهرست مطالب

زمان چیست؟

پیکان زمان و راز آنتروپی؛ چرا زمان همیشه به جلو می‌رود؟

از کوانتوم تا قطعیت؛ نگاه لی اسمولین به پیکان زمان

مرگ حرارتی و سرنوشت نهایی جهان

از قطعیت نیوتن تا ناپایداری کوانتومی

زمان از دل درهم‌تنیدگی؛ نگاهی نو به یکی از بزرگ‌ترین معماهای فیزیک

آیا مغز ما زمان را اختراع کرده است؟

کپی لینک

زمان چیست؟

ارسطو بیش از دو هزار سال پیش گفته بود: «زمان، ناشناخته‌ترینِ ناشناخته‌ها است» و هنوز هم این جمله، کاملاً درست به‌نظر می‌رسد. ما هر روز با زمان زندگی می‌کنیم، لحظه به لحظه آن را احساس می‌کنیم، اما وقتی بخواهیم دقیق بپرسیم «زمان چیست؟»، پاسخ ساده‌ای برایش نداریم.

اگر تعریف زمان را در اینترنت جست‌وجو کنیم، معمولاً به این صورت تعریف می‌شود: «زمان یک بُعد است.» و خب، تا حدی این تعریف درست است. ما برای قرار گذاشتن با کسی، فقط مکان را مشخص نمی‌کنیم، بلکه حتماً زمانی را نیز تعیین می‌کنیم. مکان، بدون زمان ناقص است؛ اما اگر دقیق‌تر نگاه کنیم، می‌فهمیم این تعریف، همه‌ی حقیقت را در برنمی‌گیرد. چون زمان فقط یک بُعد نیست، بلکه یک معیار هم است.

زمان یکی از اسرارآمیزترین پدیده‌های جهان است

به‌عنوان مثال وقتی بگوییم: «من متولد دهه‌ی ۱۳۶۰ هستم»، از زمان به‌عنوان یک واحد اندازه‌گیری استفاده می‌کنیم. حالا تصور کنید به‌جای آن بگوییم: «من ۱۸ میلیارد کیلومتر پیش به دنیا آمده‌ام»؛ عجیب نیست؟ چون برخلاف فضا، نمی‌توان برای زمان از واحدهای مکانی استفاده کرد.

در فضای سه‌بعدی، حرکت به عقب و برگشتن به نقطه‌ی قبلی کار دشواری نیست. اگر برای خرید به فروشگاه رفته و فراموش کرده باشید شیر بخرید، می‌توانید به‌راحتی بازگردید و آن را تهیه کنید. اما زمان چنین قابلیتی ندارد. وقتی چند دقیقه سپری شد، دیگر هیچ راهی برای بازگرداندن آن لحظه‌ها وجود ندارد. زمان تنها در یک مسیر حرکت می‌کند: به‌سوی آینده. همین ویژگیِ یک‌طرفه‌بودنِ زمان را دانشمندان با اصطلاحی دقیق توصیف کرده‌اند: پیکان زمان.

برای درک بهتر مفهوم زمان، تصور کنید در فضای کاملاً خالی و بی‌نشانِ کیهان معلق شده‌اید؛ جایی که نه بالا وجود دارد، نه پایین، نه چپ و نه راست. در چنین شرایطی، هیچ راهی برای تشخیص جهت‌های مکانی ندارید؛ اما درباره‌ی زمان، ماجرا متفاوت است. زمان همیشه جهت دارد و ما آن را به‌خوبی احساس می‌کنیم. می‌دانیم که از گذشته آمده‌ایم، اکنون را تجربه و به‌سمت آینده حرکت می‌کنیم.

ما ویژگیِ یک‌طرفه‌بودن زمان را در زندگی روزمره پذیرفته‌ایم. زمان، برای ما همیشه از گذشته به آینده می‌رود، هرگز برنمی‌گردد و هیچ راهی برای تجربه‌ی دوباره‌ی لحظات از‌دست‌رفته وجود ندارد؛ اما وقتی وارد دنیای کوانتومی ذرات بنیادی می‌شویم، تصویر کاملاً متفاوتی از زمان نمایان می‌شود.

زمان از بیگ‌بنگ شروع شد، از حال به‌سمت آینده می‌گذرد

در سطح زیراتمی و در چارچوب فیزیک کوانتوم، معادلات بنیادی اغلب «زمان‌متقارن» هستند. یعنی اگر زمان را به عقب برگردانیم، رفتار سیستم‌ها همچنان با همان قوانین توصیف می‌شود. در این جهان، رفتن به جلو یا عقب در زمان، تفاوتی در فرمول‌بندی فیزیکی ایجاد نمی‌کند. به‌عبارتی، زمان در این مقیاس نه جهت دارد و نه ترجیح.

فیزیک کوانتوم به زبان ساده؛ جهانی در هاله‌ احتمال

مطالعه '30

16 12 03

ذرات بنیادی به زبان ساده؛ راز کوچکترین اجزای سازنده جهان

مطالعه '22

19 روز قبل

حتی در دنیای بزرگ‌تر و ملموس‌تر ما، اگر فیلمی از برخورد یک توپ با زمین را از ابتدا تا انتها تماشا کنیم و سپس آن را برعکس پخش کنیم، در نگاه اول شاید تفاوتی احساس نکنیم. این یعنی برخی فرایندها در ظاهر نسبت به زمان بی‌تفاوت‌اند؛ اما واقعیت کمی پیچیده‌تر است.

در عمل، توپ با هر بار برخورد، بخشی از انرژی خود را در قالب گرما از دست می‌دهد. این اتلاف انرژی، که ناشی از اصطکاک و مقاومت هوا است، باعث می‌شود که توپ نتواند دقیقاً به نقطه‌ی شروع بازگردد. در واقع، همین پدیده‌های برگشت‌ناپذیر در سطح کلان هستند که به زمان جهت می‌دهند.

دانشمندان، این گذار از تقارن زمانی در دنیای کوانتومی به ناسازگاری زمانی در دنیای کلاسیک را «پیدایش پیکان زمان» می‌نامند؛ اما پرسش اساسی اینجاست: این تغییر دقیقاً در کجا و چگونه اتفاق می‌افتد؟ چرا با اینکه قوانین بنیادین طبیعت، زمان را به عقب و جلو یکسان می‌بینند، ما در زندگی واقعی فقط حرکت به‌سمت آینده را تجربه می‌کنیم؟

آیا پیکان زمان واقعاً ویژگی ذاتیِ طبیعت است، یا چیزی‌ است که از تعامل ما با محیط و از فرایندهای ترمودینامیکی و آنتروپی سرچشمه می‌گیرد؟ و از آن مهم‌تر: آیا این جریان همیشگی رو به جلو، تا ابد ادامه خواهد داشت؟

کپی لینک

پیکان زمان و راز آنتروپی؛ چرا زمان همیشه به جلو می‌رود؟

برای درک علت یک‌سویه‌بودن زمان و اینکه چرا همواره به‌سوی آینده حرکت می‌کند، باید به سراغ فرایندهای برگشت‌ناپذیر در طبیعت برویم. یکی از بنیادی‌ترین این فرایندها، مفهومی کلیدی در علم ترمودینامیک به‌نام آنتروپی است.

آنتروپی در تعریف ساده، معیاری از میزان بی‌نظمی یا تعداد حالت‌های ممکن برای آرایش اجزای یک سیستم است. هرچه یک سیستم، آشفته‌تر و غیرقابل‌ پیش‌بینی‌تر باشد، آنتروپی آن بالاتر خواهد بود. اما در نگاه دقیق‌تر، آنتروپی به میزان اطلاعاتی اشاره دارد که برای توصیف کامل وضعیت میکروسکوپی سیستم نیاز داریم.

حمیده خادم زاده

آنتروپی به زبان ساده؛ چرا همه‌چیز رو به زوال می‌رود؟

مطالعه '26

برای درک بهتر مفهوم آنتروپی، تصور کنید وارد اتاقی منظم و مرتب می‌شوید. توصیف آن ساده است: یک صندلی در سمت راست، آباژوری کنار پنجره و پرده‌ای صاف و مرتب پشت آن قرار دارد. اما حالا همان اتاق را به‌صورت به‌هم‌ریخته تصور کنید: پیراهنی سبز به‌طور نامنظم روی دسته‌ی صندلی و پیراهن آبی روی آن افتاده است. در این حالت، برای توصیف دقیق وضعیت اتاق، باید جزئیات بیشتری را بیان کنید. هرچه بی‌نظمی بیشتر شود، توصیف آن دشوارتر و نیازمند اطلاعات بیشتری می‌شود و این دقیقاً یعنی آنتروپی بیشتر.

همین اصل در مقیاس کیهانی نیز وجود دارد. در لحظه‌ی بیگ‌بنگ، تمام ماده‌ی جهان در نقطه‌ای بسیار فشرده، همگن و منظم، متمرکز بود؛ حالتی با آنتروپی فوق‌العاده پایین. اما از آن زمان تاکنون، جهان به‌طور پیوسته در حال انبساط و پراکندگی و در نتیجه، آنتروپی آن دائماً رو به افزایش است.

برای درک بهتر، تصور کنید تمام جوراب‌های جهان را درون یک کشوی کوچک و منظم قرار داده‌اید. دقیقاً می‌دانید هر جفت کجا قرار دارد؛ اما اگر همان جوراب‌ها را به اطراف اتاق پرتاب کنید، نظم اولیه از بین می‌رود و توصیف موقعیت هر جوراب بسیار دشوارتر می‌شود. هرچه این بی‌نظمی بیشتر شود، سیستم پیچیده‌تر و آنتروپی بالاتر خواهد بود.

قانون دوم ترمودینامیک بیان می‌کند که در هر فرایند طبیعی و خودبه‌خودی، آنتروپی یک سیستم بسته هرگز کاهش نمی‌یابد. این مقدار یا ثابت می‌ماند (مثلاً در حالت تعادل) یا به‌طور اجتناب‌ناپذیر افزایش پیدا می‌کند.

افزایش آنتروپی، نه‌تنها گسترش بی‌نظمی را نشان می‌دهد، بلکه ممکن است کلید درک «پیش‌روی زمان» نیز باشد. به‌عنوان مثال، تصور کنید دو گاز مختلف در دو سمت یک محفظه قرار دارند. اگر درِ میان آن‌ها را باز کنیم، گازها با هم مخلوط می‌شوند و ترکیبی بی‌نظم‌تر می‌سازند. این فرایند فقط در یک جهت اتفاق می‌افتد: از نظم به بی‌نظمی. شما نمی‌توانید به‌طور طبیعی گازهای مخلوط‌شده را جدا کنید و به حالت اول بازگردانید. این درست مانند زمان است: مسیری یک‌طرفه، بدون بازگشت.

البته در تئوری، برگشت به وضعیت اولیه ممکن است، اما احتمال آن از نظر آماری تقریباً صفر است. یعنی نه اینکه برگشت‌پذیری مطلقاً ممنوع باشد، بلکه آنقدر احتمالش کم است که در واقعیت هرگز رخ نمی‌دهد. همین نابرابری آماری و تمایل طبیعی سیستم‌ها به سمت بی‌نظمی بیشتر، پایه‌ی مفهوم پیکان زمان است.

اگر آنتروپی همیشه در حال افزایش است، پس شاید زمان هم چاره‌ای به‌جز حرکت به جلو ندارد

پیکان زمان، همان جهت‌مندی قابل‌ تشخیص زمان است که همواره از گذشته به آینده حرکت می‌کند. اگر آنتروپی وجود نداشت یا تغییری در وضعیت جهان رخ نمی‌داد، هیچ تفاوتی میان گذشته و آینده نبود. در چنین جهانی، سال ۲۰۱۷ هیچ تفاوتی با یک میلیارد سال بعد نداشت. اما واقعیت این است که آنتروپی پیوسته در حال افزایش است، و همین افزایش، زمان را به جلو می‌راند. به‌ همین دلیل زندگی ما ساختاری مشخص دارد: متولد می‌شویم، زندگی می‌کنیم، و در نهایت می‌میریم.

کپی لینک

آنتروپی و زمان؛ کدام‌یک دیگری را به‌ جریان می‌اندازد؟

حالا سؤال مهمی مطرح می‌شود: آیا افزایش آنتروپی واقعاً باعث حرکت زمان به جلو می‌شود؟ یا برعکس، این جریان زمان است که جهت آنتروپی را تعیین می‌کند؟ ما می‌دانیم که آنتروپی و زمان به‌نوعی به هم مرتبط‌ هستند، اما هنوز مشخص نیست کدام‌یک علت و کدام‌یک معلول‌اند.

آنتروپی به ما نشان می‌دهد که می‌توان تخم‌مرغ را شکست و هم زد، اما نمی‌توان آن را به حالت اولیه‌اش بازگرداند. وقتی تخم‌مرغ مخلوط می‌شود، به وضعیتی آشفته‌تر و بی‌نظم‌تر می‌رسد که برگشت‌پذیری در آن عملاً ممکن نیست. این روند، طبیعی و بدیهی به‌نظر می‌رسد.

اما حالا تصور کنید فیلمی از همین فرایند را به عقب پخش کنیم. در آن صورت، می‌بینیم که تخم‌مرغِ هم‌زده آرام‌آرام به شکل اولیه‌اش بازمی‌گردد؛ انگار زمان وارونه شده است. این مثال ساده، ما را با پرسشی اساسی روبه‌رو می‌کند: زمان و آنتروپی، کدام علت و کدام معلول هستند؟ پاسخ به این پرسش، به قلب یکی از رازهای بنیادین فیزیک می‌رسد: رابطه‌ی دقیق بین زمان و آنتروپی و اینکه کدام‌یک منشأ دیگری‌ است.

اگر بپذیریم که آنتروپی عامل اصلی جهت‌دار بودن زمان است، پس منطقی به‌نظر می‌رسد که کاهش آنتروپی باعث حرکت معکوس زمان شود؛ اما چنین چیزی را در دنیای واقعی مشاهده نمی‌کنیم.

به‌عنوان مثال، درون یخچال، آنتروپی موضعی کاهش می‌یابد؛ چون گرما از فضای داخلی گرفته می‌شود و دمای آن پایین می‌آید. اما اگرچه محیط مرتب‌تر و سردتر می‌شود، زمان همچنان به مسیر خود ادامه می‌دهد. اگر تردید دارید، کافی است یک ساعت را داخل یخچال بگذارید؛ خواهید دید که عقربه‌ها همان‌طور رو به جلو حرکت می‌کنند و زمان، کوچک‌ترین توجهی به سرمای محیط ندارد.

در واقع، قانون دوم ترمودینامیک در اینجا نقض نمی‌شود، زیرا اگر کل سیستم، یعنی یخچال به‌همراه فضای اطرافش را در نظر بگیریم، آنتروپی مجموع همچنان در حال افزایش است. یخچال برای کاهش دمای درون خود نیاز به مصرف انرژی دارد. کمپرسور دستگاه، گرمای داخل را بیرون می‌کشد، اما در این فرایند، مقدار بیشتری گرما به محیط اطراف منتقل می‌شود. بنابراین، حتی اگر آنتروپی فضای داخل یخچال کاهش یابد، آنتروپی کلی، در سطح وسیع‌تر افزایش می‌یابد.

سارا ارجمند

همه چیز درباره قانون دوم ترمودینامیک؛ آیا می‌توان این قاعده بنیادی را نقض کرد؟

مطالعه '13

برای اینکه رابطه‌ی زمان با آنتروپی را بهتر بفهمیم، باید ابتدا خودِ مفهوم زمان را دقیق‌تر درک کنیم. اما مشکل اینجاست که ما واقعاً نمی‌دانیم زمان چیست؛ فقط می‌دانیم که وجود دارد و همه‌چیز در جهان، ظاهراً از گذشته به‌سوی آینده در حال حرکت است.

زمان را می‌توان اینگونه توصیف کرد: فرایندی که آینده‌ی ناشناخته را، از مسیر اکنون، به گذشته‌ای تبدیل می‌کند که ثبت و قطعی شده است. به‌ بیان ساده، هر لحظه‌ای که از آینده می‌آید، از لحظه‌ی اکنون عبور می‌کند و به بخشی از گذشته تبدیل می‌شود؛ گذشته‌ای که حالا دیگر قابل‌ انکار نیست و در واقعیت جهان حک شده است.

هر ثانیه که می‌گذرد، اطلاعاتی در جهان ثبت می‌شود؛ شاید همین افزایش مداوم داده‌ها، زمان را به جلو می‌برد

اگر به این موضوع کمی دقیق‌تر فکر کنیم، متوجه می‌شویم که این فرایند در هر لحظه نیازمند تولید اطلاعات جدید است. چرا؟ چون تا قبل از وقوع هر رخداد، آن اتفاق تنها یک احتمال در آینده بود، اما به‌محض اینکه رخ می‌دهد، به حقیقتی تبدیل می‌شود که باید ثبت شود. بنابراین، هر ثانیه که می‌گذرد، داده‌ای جدید به آرشیو هستی افزوده می‌شود؛ مجموعه‌ای از رویدادهای قطعی که گذشته را می‌سازند و این افزایش مداوم اطلاعات، جریان رو به جلوی زمان را نشان می‌دهد. اینجاست که آنتروپی وارد ماجرا می‌شود.

در بسیاری از نظریه‌ها، افزایش اطلاعات با افزایش آنتروپی برابر دانسته می‌شود. به‌بیان دیگر، هرچه زمان جلوتر می‌رود و اطلاعات بیشتری ثبت می‌شود، آنتروپی نیز بیشتر می‌شود. برخی فیزیکدانان معتقدند همین پیوند میان افزایش آنتروپی و افزایش اطلاعات، می‌تواند دلیل بنیادی جریان یک‌طرفه‌ی زمان باشد. زمان ممکن است چیزی نباشد به‌جز روند تبدیل آینده‌ی پر از احتمال، به گذشته‌ای سرشار از داده و قطعیت.

کپی لینک

از کوانتوم تا قطعیت؛ نگاه لی اسمولین به پیکان زمان

فیزیکدان برجسته‌ی آمریکایی، لی اسمولین، در مقاله‌ای که در سال ۲۰۲۱ منتشر کرد، دیدگاهی متفاوت درباره‌ی زمان ارائه داد؛ دیدگاهی که مرز میان گذشته، حال و آینده را نه براساس ساعت و تقویم، بلکه بر پایه‌ی دانش و قطعیت تعریف می‌کند.

از نگاه اسمولین، گذشته کاملاً کلاسیکی است؛ یعنی رویدادهایی که در گذشته اتفاق افتاده‌اند، قطعی‌ و تغییرناپذیر هستند و احتمال، دیگر جایی در آن‌ها ندارد. این رویدادها به‌شکل واقعیت‌های مشخص در حافظه‌ی جهان ثبت شده‌اند و نمی‌توان آن‌ها را رخ‌نداده تلقی کرد. در مقابل، آینده هنوز کوانتومی است؛ مجموعه‌ای از امکان‌ها، احتمالات و مسیرهایی که هنوز به واقعیت تبدیل نشده‌اند.

او باور دارد که لحظه‌ی حال، جایی است که این گذار شگفت‌انگیز رخ می‌دهد: احتمالات کوانتومیِ آینده در لحظه‌ی حال، به رخدادهای قطعیِ گذشته تبدیل می‌شوند. به‌عبارت دیگر، ما درست در مرز تبدیل امکان به دانش قطعی زندگی می‌کنیم. مرزی که اسمولین آن را خط جداکننده‌ی زمان می‌نامد؛ همان چیزی که پیکان زمان را شکل می‌دهد.

از نگاه اسمولین، زمان فرایندی است که در آن، احتمالات کوانتومیِ آینده به واقعیت‌های قطعیِ گذشته تبدیل می‌شوند

اگرچه اسمولین در مقاله‌اش مستقیماً به مفهوم اطلاعات اشاره نمی‌کند، می‌توان این گذار را نوعی افزایش اطلاعات در نظر گرفت: هر بار که رویدادی اتفاق می‌افتد، یک احتمال به واقعیت تبدیل و در نتیجه، اطلاعات جدیدی به جهان افزوده می‌شود. اگر اطلاعات با آنتروپی مرتبط باشد، که بسیاری از فیزیکدانان این پیوند را پذیرفته‌اند، آنگاه می‌توان گفت که این روند آنتروپی را نیز افزایش می‌دهد.

پس در نگاه اسمولین، آنچه زمان را به جلو می‌راند، همین تبدیل پیوسته‌ی آینده‌ی کوانتومی به گذشته‌ی کلاسیکی است. ازآنجاکه گذشته‌ی کلاسیک، قطعی و ثبت‌شده است و دیگر نمی‌توان آن را ناشناخته یا نادیده گرفت، برگشت‌پذیری زمان معنا ندارد. البته باید گفت که این نظریه نه یک اصل تثبیت‌شده، بلکه یک فرضیه‌ است. هم دیدگاه اسمولین و هم تفسیرهای مبتنی‌بر ارتباط آن با اطلاعات و آنتروپی، هنوز در حد پیشنهاد و خوراک فکری قرار دارند.

کپی لینک

مرگ حرارتی و سرنوشت نهایی جهان

ما هنوز دقیقاً نمی‌دانیم زمان چیست، اما آیا زمان تا ابد به جلو حرکت خواهد کرد؟ برای پاسخ به این پرسش، باید مفهوم آنتروپی را دقیق‌تر بررسی کنیم. آنتروپی فقط نشان‌دهنده‌ی بی‌نظمی نیست، بلکه بیانگر فرسایش تدریجی انرژی مفید در جهان نیز است.

هرجا انرژی به کار گرفته می‌شود، بخشی از آن به شکل‌هایی تبدیل می‌شود که دیگر قابل استفاده نیستند. مثلاً بنزین پس از سوختن، به گرما و دود تبدیل می‌شود یا بدن انسان قند را می‌سوزاند و گرما تولید می‌کند. در همه‌ی این فرایندها، انرژی مفید کاهش می‌یابد و آنتروپی بیشتر می‌شود، روندی یک‌طرفه که در مقیاس کیهانی هم جریان دارد. اینجاست که به یکی از پیش‌بینی‌های شگفت‌انگیز فیزیک می‌رسیم: مرگ حرارتی جهان.

اگر آنتروپی به‌صورت پیوسته افزایش یابد و انرژی مفید به‌طور کامل از بین برود، جهان به مرحله‌ای می‌رسد که دیگر در آن هیچ فرایندی رخ نمی‌دهد؛ نه حرکت، نه واکنش، نه حتی آگاهی. همه‌چیز در سکون فرو می‌رود. در چنین جهانی، که هیچ تغییری در آن رخ نمی‌دهد، آیا هنوز می‌توان گفت زمان در حال گذر است؟ پاسخش را هنوز نمی‌دانیم. شاید در جهانی که هیچ چیز در آن تغییر نمی‌کند، دیگر چیزی به‌نام زمان هم معنایی نداشته باشد.

کپی لینک

از قطعیت نیوتن تا ناپایداری کوانتومی

شاید درک ما از زمان در آستانه‌ی یک تغییر بزرگ باشد. پژوهش‌های تازه نشان می‌دهند که زمان، برخلاف چیزی که همیشه فکر می‌کردیم، ممکن است یکی از اجزای اصلی جهان نباشد. شاید زمان چیزی باشد که از رفتارهای پیچیده‌ی دنیای کوانتوم به‌وجود می‌آید. این نگاه جدید، تصور ما از جهان را به چالش می‌کشد و می‌تواند تأثیرهای مهمی بر فیزیک و درک ما از واقعیت داشته باشد.

کپی لینک

مفهوم زمان در فیزیک کلاسیک

تا مدت‌ها، زمان همچون رودخانه‌ای یکنواخت و بی‌وقفه تصور می‌شد که از گذشته به سوی حال و آینده جریان دارد. در نگاه کلاسیک، زمان یک بستر مطلق و جدا از همه‌چیز بود، زمینه‌ای ثابت که رویدادها در آن رخ می‌دهند، بدون آنکه ناظر یا محتوای رویدادها نقشی در آن داشته باشند. این دیدگاه را آیزاک نیوتن پایه‌گذاری کرد. او زمان را «مطلق، حقیقی و ریاضیاتی» می‌دانست؛ پدیده‌ای مستقل که با سرعتی ثابت، بی‌تأثیر از جهان، پیش می‌رود؛ اما این تصویر، اوایل قرن بیستم و با ورودِ آلبرت اینشتین، دگرگون شد.

کپی لینک

مفهوم زمان در نسبیت اینشتین

در نظریه‌ی نسبیت خاص، اینشتین نشان داد که زمان مفهومی مطلق نیست، بلکه به وضعیت حرکت ناظر بستگی دارد. هرچه سرعت یک جسم به سرعت نور نزدیک‌تر شود، گذر زمان برای آن کندتر خواهد شد، پدیده‌ای که به آن اتساع زمان (Time Dilation) گفته می‌شود.

شاید زمان، آن عنصر بنیادی که همیشه تصورش را می‌کردیم نباشد، بلکه تنها یکی از پیامدهای پیچیده‌ی رفتار ذرات در جهان کوانتومی باشد

اینشتین در نظریه‌ی نسبیت عام پا را فراتر گذاشت و گرانش را نه به‌عنوان نیرویی مرموز، بلکه به‌عنوان نتیجه‌ی خم‌شدن فضا-زمان در اطراف اجرام سنگین توصیف کرد. این خمیدگی نه‌تنها مسیر حرکت اجسام را تغییر می‌دهد، بلکه بر گذر زمان نیز تأثیر می‌گذارد. در نزدیکی میدان‌های گرانشی شدید، مثلاً اطراف سیاه‌چاله‌ها یا ستارگان نوترونی، زمان کندتر از حالت عادی می‌گذرد.

نسبیت خاص به زبان ساده؛ داستانی از پیوندهای نامرئی جهان

مطالعه '26

06 11 03

نسبیت عام به زبان ساده؛ سفری به درون یکی از شگفت‌انگیزترین نظریه‌های فیزیک

مطالعه '19

14 11 03

هم در نگاه نیوتن و هم در نظریه‌ی اینشتین، زمان همچنان یکی از عناصر بنیادی طبیعت به‌شمار می‌آید. چه آن را مطلق بدانیم، چه نسبی، در هر دو دیدگاه این فرض وجود دارد که «زمان واقعاً وجود دارد» و بستر اصلی تمام تحولات جهان است.

اما فیزیک کوانتوم، چالش تازه‌ای را مطرح می‌کند: شاید زمان، مانند دما یا فشار، چیزی نباشد که خودش به‌تنهایی وجود داشته باشد، بلکه نتیجه‌ی رفتار جمعی و پیچیده‌ی اجزای کوچک‌تر طبیعت باشد. در این صورت، در مقیاس زیراتمی شاید اصلاً چیزی به‌نام «زمان» به معنای آشنای ما وجود نداشته باشد و اینجاست که همه‌چیز تغییر می‌کند.

کپی لینک

مفهوم زمان در نظریه‌ ریسمان

در نظریه‌ی ریسمان، ذرات بنیادی دیگر نقطه‌هایی بدون بعد نیستند، بلکه ریسمان‌های کوچکی در حال نوسان‌ هستند. این نوسانات، ویژگی‌های مختلف ذرات مانند جرم و بار را تعیین می‌کنند. اما نکته‌ی جالب‌تر آن است که در برخی نسخه‌های این نظریه، خودِ زمان نیز یک ویژگی از پیش‌موجود در جهان نیست، بلکه می‌تواند از همین الگوهای ارتعاشی ریسمان‌ها به‌وجود آمده باشد. به‌ عبارت دیگر، چیزی که ما به‌عنوان فضا-زمان می‌شناسیم، احتمالاً نتیجه‌ی رفتار ریسمان‌هایی در ابعاد بالاتر باشد؛ رفتاری که تجربه‌ی ما از زمان را شکل می‌دهد.

متین ترکیان

نظریه ریسمان چیست؟ نگاهی جامع به ماهیت و مفهوم آن

مطالعه '8

کپی لینک

مفهوم زمان در نظریه‌ گرانش کوانتومی حلقه‌ای

در نظریه‌ی گرانش کوانتومی حلقه‌ای، فضا و زمان پیوسته و صاف نیستند، بلکه از بخش‌های گسسته و دانه‌دانه تشکیل شده‌اند، مثل پیکسل‌های یک تصویر دیجیتال. در این چارچوب، زمان نه چیزی جاری و پیوسته، بلکه نتیجه‌ی کنش‌های این «دانه‌های فضا-زمان» است که طی برهم‌کنش‌های آن‌ها، تجربه‌ی گذر زمان به‌وجود می‌آید.

کپی لینک

زمان از دل درهم‌تنیدگی؛ نگاهی نو به یکی از بزرگ‌ترین معماهای فیزیک

در بیشتر معادلات مکانیک کوانتومی، زمان تنها یک پارامتر بیرونی است، یعنی خودش وارد دینامیک سیستم نمی‌شود و فقط به‌عنوان پس‌زمینه‌ای ثابت برای محاسبه‌ی تغییرات عمل می‌کند. در این چارچوب، زمان تغییر نمی‌کند و بر چیزی هم اثر نمی‌گذارد؛ صرفاً بستری است که در آن احتمال رویدادها بالا و پایین می‌رود. اما این نگاه، با آنچه در نظریه‌ی نسبیت می‌بینیم، تفاوتی بنیادین دارد.

در نسبیت، زمان بخشی از ساختار فضا-زمان است؛ عنصری پویا که تحت‌تأثیر جرم، انرژی و حرکت تغییر می‌کند. این اختلاف عمیق میان دو ستون اصلی فیزیک، یکی از بزرگ‌ترین معماهای علم مدرن را شکل می‌دهد.

درهم‌تنیدگی، یکی از عجیب‌ترین پدیده‌های دنیای کوانتومی است. وقتی دو ذره درهم‌تنیده می‌شوند، دیگر نمی‌توان به‌طور مستقل درباره‌ی وضعیت هرکدام صحبت کرد؛ وضعیت یکی به‌صورت آنی بر دیگری تأثیر می‌گذارد، حتی اگر در دو سوی کهکشان باشند. اینشتین این رفتار را «عمل شبح‌گونه از راه دور» نامید و با شک به آن نگاه کرد، اما امروزه آزمایش‌ها بارها آن را تأیید کرده‌اند.

این تأثیر آنی بین ذرات، چالشی مستقیم برای مفهوم سنتی علیت است؛ یعنی همان اصل بنیادین که می‌گوید علت باید پیش از معلول رخ دهد. درهم‌تنیدگی، این نظم زمانی را زیر سؤال می‌برد.

در سال ۱۹۸۳، فیزیکدانان مدلی ارائه کردند که می‌گفت: شاید زمان، نتیجه‌ی همین درهم‌تنیدگی باشد. در این مدل، اگر یک سامانه‌ی کوانتومی به دو زیرسامانه تقسیم شود، یکی از آن‌ها می‌تواند نقش ساعت را بازی کند. زمانی‌ که این ساعت با زیرسامانه‌ی دوم درهم‌تنیده شود، رابطه‌ی آن‌ها باعث می‌شود که احساس گذشت زمان به‌وجود بیاید.

شاید زمان، آن‌طور که همیشه تصور می‌کردیم، بخشی از بافت جهان نباشد؛ بلکه حاصل وابستگی‌های پنهان میان اجزای کوانتومی آن باشد

در این نگاه، بدون درهم‌تنیدگی، هیچ گذر زمانی وجود ندارد. جهان ایستا، خاموش و بی‌حرکت است، نه طلوعی هست، نه غروبی، نه گذشته‌ای، نه آینده‌ای. تنها وقتی بین اجزای جهان، وابستگی‌های کوانتومی شکل بگیرد، چیزی که ما آن را زمان می‌نامیم، آغاز می‌شود.

جالب آنجا است که این دیدگاه با یکی از معادلات بنیادی در گرانش کوانتومی، یعنی معادله‌ی ویلر–دویت (Wheeler–DeWitt) همخوانی دارد، معادله‌ای که زمان اصلاً در آن وجود ندارد. در این توصیف کامل و کوانتومی از کل جهان، متغیر زمان حذف شده است؛ انگار جهان در کلیت خود، بدون نیاز به زمان تعریف می‌شود. تنها وقتی به بخش‌های کوچک‌تر یا زیرسامانه‌های آن نگاه می‌کنیم، چیزی شبیه به زمان کم‌کم نمایان می‌شود.

اگر بپذیریم که زمان از درهم‌تنیدگی کوانتومی سرچشمه می‌گیرد، این ایده می‌تواند پیامدهای عمیقی برای علم و فناوری داشته باشد. در رایانش کوانتومی و نظریه‌ی اطلاعات، شاید بتوان اطلاعات را نه با تکیه بر توالی زمانی، بلکه از طریق الگوهای همبستگی میان ذرات پردازش کرد، رویکردی که می‌تواند افق‌های تازه‌ای در فناوری بگشاید.

کپی لینک

آیا مغز ما زمان را اختراع کرده است؟

ایده‌ی به‌ وجود آمدن زمان از چیزی عمیق‌تر، فقط یک نظریه‌ی فیزیکی نیست، بلکه ضربه‌ای اساسی به بسیاری از باورهای قدیمی ما درباره‌ی واقعیت است. این نگاه، ما را وادار می‌کند تا با پرسش‌هایی جدی درباره‌ی ماهیت جهان، علیت و حتی آگاهی روبه‌رو شویم.

ما معمولاً جهان را به‌صورت یک خط زمانیِ در حال حرکت درک می‌کنیم: گذشته‌ای که گذشته، حالی که در آن هستیم و آینده‌ای که هنوز نیامده؛ اما اگر زمان واقعاً از دل همبستگی‌های کوانتومی شکل بگیرد، ممکن است واقعیت چیزی شبیه به یک بلوک ایستا باشد؛ جایی که همه‌ی لحظه‌ها، همزمان و هم‌ارزش‌ هستند و فقط ذهن ما است که یک حال را تجربه می‌کند.

اگر زمان از دل ساختارهای پنهان و روابط کوانتومی شکل می‌گیرد، شاید آنچه ما گذر زمان می‌نامیم، نه ویژگیِ خود جهان، بلکه نتیجه‌ی نگاه ما به آن باشد

این تصور با نظریه‌ی نسبیت اینشتین تطابق دارد. او معتقد بود که تمام نقاط در فضا-زمان به‌طور یکسان واقعی هستند، نه گذشته‌ای در کار است و نه آینده‌ای که هنوز نیامده، بلکه همه‌چیز همزمان وجود دارد. این نگاه، مفهوم سنتی «حال جهانی» را از بین می‌برد؛ یعنی لحظه‌ای یگانه که برای همه واقعی باشد، دیگر معنا ندارد.

در چنین جهانی، چیزی به‌نام جریان زمان، صرفاً یک تجربه‌ی ذهنی است. احساس ما از حرکت رویدادها در زمان، شاید فقط حاصل نحوه‌ی پردازش اطلاعات در مغز ما باشد، نوعی فیلتر شناختی برای درک بهتر دنیایی که ذاتاً ایستا است. این برداشت می‌تواند تأثیرات عمیقی بر تلاش‌های دانشمندان برای اتحاد نظریه‌ی کوانتوم و نسبیت عام بگذارد.

ممکن است بدون حضور زمان، تجربه‌ی آگاهانه نیز شکل نگیرد؛ زیرا آگاهی به نوعی وابسته به توالی رویدادها و پردازش پیوسته‌ی اطلاعات در بستر زمان است

در نظریه‌ی نسبیت عام، زمان یک موجودیت پویا و قابل‌ تأثیر است، چیزی که توسط گرانش خم می‌شود، کش می‌آید یا حتی کند می‌گذرد. اما در مکانیک کوانتومی، ماجرا کاملاً فرق دارد. اینجا زمان صرفاً یک پارامتر خارجی‌ به‌شمار می‌آید؛ چیزی که خودش تغییر نمی‌کند، بلکه تغییرات سیستم در چارچوب آن رخ می‌دهد.

این دو دیدگاه، از اساس با یکدیگر ناسازگارند. اما حالا نظریه‌های نوظهوری مانند نظریه‌ی ریسمان و گرانش کوانتومی حلقه‌ای (Loop Quantum Gravity)، پنجره‌ای جدید به روی مفهوم زمان گشوده‌اند، پنجره‌ای که شاید ما را به درک عمیق‌تری از جهان هدایت کند.

طرح هوش مصنوعی از مفهوم زمان در ذهن انسان

برخی نظریه‌ها پیشنهاد می‌کنند که آنچه ما به‌عنوان جریان زمان یا رابطه‌ی علت و معلول تجربه می‌کنیم، نه بازتابی از واقعیت بیرونی، بلکه ساخته‌ی ذهن ما است. به‌بیان ساده‌تر، شاید ما در جهانی زندگی می‌کنیم که در ذات خود بی‌زمان است، اما مغز ما با چیدن رویدادها در یک خط داستانیِ گذشته، حال و آینده، به آن معنا می‌بخشد.

ما در واقع در لحظه‌ی حال زندگی نمی‌کنیم؛ آنچه تجربه می‌کنیم، بازتابی از گذشته‌ای‌ است که مغز ما به‌تازگی پردازش کرده است

مطالعات عصب‌شناسی نشان داده‌اند که مغز ما اطلاعات حسی را طوری سازمان می‌دهد که از دل آن، یک روایت منسجم زمانی بسازد. این «سفر ذهنی در زمان» نه‌تنها پایه‌ی تجربه‌ی ما از واقعیت است، بلکه برای بقا حیاتی است: به ما کمک می‌کند تهدیدها را پیش‌بینی کنیم، تصمیم بگیریم و برای آینده برنامه‌ریزی کنیم.

اگر زمان فقط یک سازوکار ذهنی برای بقا و نه یک ویژگی بنیادی طبیعت باشد، آنگاه باید دوباره درباره‌ی رابطه‌ی آگاهی و جهان فیزیکی فکر کنیم. آیا درک ما از زمان، فقط یک «مکانیزم بقا» است و نه واقعیتی عینی؟ و اگر چنین باشد، چه بلایی سر مفاهیمی مثل اراده‌ی آزاد و علیت می‌آید؟

با تمام آنچه فیزیک کلاسیک، نسبیت اینشتین، فیزیک کوانتوم و حتی عصب‌شناسی به ما می‌گویند، به‌نظر می‌رسد زمان، آن مفهوم ساده‌ای نیست که در زندگی روزمره تجربه‌اش می‌کنیم. شاید زمان یک ویژگی بنیادی طبیعت نباشد، بلکه نتیجه‌ی تعاملات پیچیده‌ی اجزای زیراتمی، افزایش آنتروپی یا حتی پردازش ذهنی مغز انسان باشد. در این نگاه، آنچه ما «گذشت زمان» می‌نامیم، شاید تنها روایتی باشد که ذهن برای درک و بقا ساخته است.

بااین‌حال، هیچ‌کدام از این دیدگاه‌ها هنوز پاسخ قطعی به چیستی زمان نمی‌دهند. اگر زمان واقعاً پدیده‌ای پدیدارشونده باشد، نه‌تنها باید فیزیک را بازنویسی کنیم، بلکه مفاهیمی مانند آگاهی، علیت و اختیار را نیز باید از نو بفهمیم. شاید روزی برسد که بتوانیم زمان را نه فقط اندازه بگیریم، بلکه واقعاً بفهمیم. در آن روز، درک ما از جهان و از خودمان، برای همیشه تغییر خواهد کرد.