سفر در زمان از بعد پنجم
• خروج از رويه
اما اين ايده سفر در زمان نيازمند حل يك مشكل است و آن يافتن راهى است براى خروج از جهان ما و ورود به ابعاد بالاتر هستى. اما انجام چنين كارى چگونه ميسر خواهد بود؟ خوشبختانه نظريه ريسمان ها راهى را براى اين كار در پيش روى ما قرار مى دهد. براساس اين نظريه تقريباً تمامى ريسمان هاى نمايانگر ذرات بنيادى جهان ما ريسمان هايى باز هستند و دو انتهاى اين ريسمان ها همواره مقيد به پوسته جهان ماست. به همين دليل هم اين ذرات هيچ گاه نخواهند توانست از جهان ما خارج شده و با ورود به بعد پنجم، مسير ميان برى را در فضا- زمان بپيمايند. اما در اين ميان دو استثناى مهم نيز وجود دارد: يكى ذره (ريسمان) حامل نيروى گرانش به نام گراويتون و ديگرى نوع چهارمى از نوترينو كه در برابر سه نوع معمول آن اصطلاحاً نوترينوى خنثى ناميده مى شود (منظور از نوترينوى خنثى، خنثى بودن آن به لحاظ الكتريكى نيست چراكه نوترينوهاى معمولى نيز همگى فاقد بار الكتريكى بوده و هيچ يك در برهم كنش الكترومغناطيسى شركت نمى كنند. در واقع منظور از عبارت خنثى آن است كه اين نوترينوها داراى فوق بار ضعيف صفر هستند و بنابراين حتى در برهم كنش ضعيف هم شركت نمى كنند و تنها در برهم كنش گرانشى وارد مى شوند). مطابق نظريه ريسمان، اين دو ذره برخلاف ساير ذرات، ريسمان هاى حلقوى بسته هستند. از آنجايى كه اين ريسمان هاى بسته عملاً هيچ انتهاى مشخصى ندارند كه به پوسته جهان مقيد باشند، بنابراين مى توانند آزادانه از جهان ما خارج شده و به ساير ابعاد هستى سفر كنند.
همين ويژگى گراويتون ها است كه به نظريه پردازان ريسمان كمك مى كند تا ضعيف بودن نيروى گرانش را نسبت به ساير نيروهاى بنيادى نظير الكترومغناطيس تبيين كنند. بر اين اساس، ضعيف بودن نيروى گرانش در واقع بدان علت است كه تعداد بسيارى از گراويتون هاى گسيل شده توسط ذره مبدأ پيش از آنكه فرصت رسيدن به ذره مقصد را پيدا كنند از جهان ما خارج خواهند شد و به ابعاد بالاتر درز مى كنند. اما شگفت انگيزتر آنكه خروج اين ذرات از ابعاد جهان ما و ميان بر زدن آنها از ميان ابعاد بالاتر هستى بدان معنا است كه گراويتون ها و نوترينوهاى خنثى اساساً توانايى سفر در زمان را دارند. بنابراين «پاس» معتقد است كه به كمك اين ذرات مى توان امكان سفر در زمان را به طور تجربى به محك آزمون گذاشت.
اما چنين كارى چندان آسان نخواهد بود چراكه هيچ كس تاكنون موفق به دام اندازى يك گراويتون يا نوترينوى خنثى نشده است، زيرا آشكارسازى اين ذرات بسيار نامحتمل و دشوار است. در هر ثانيه هزاران ميليارد نوترينوى معمولى از بدن ما مى گذرند، اما ما متوجه عبور هيچ يك از آنها نمى شويم چراكه اين ذرات، بسيار به ندرت با الكترون ها و اتم ها برهم كنش انجام مى دهند. اما احتمال برهم كنش نوترينوهاى خنثى با ماده حتى از نوترينوهاى معمولى هم كم تر است چراكه نوترينوهاى خنثى تنها از طريق برهم كنش فوق العاده ضعيف گرانشى و نيز تبادل بوزون هيگز با ماده برهم كنش دارند. (بوزون هيگز، ذره اى است كه هنوز به طور تجربى كشف نشده است. جرم هريك از ذرات بنيادى در واقع ماحصل برهم كنش آنها با اين ذره است.)
با همه اين احوال «پاس» و همكارانش معتقدند كه براساس مكانيك كوانتومى راهى براى اين مسئله وجود دارد. قوانين فيزيك كوانتومى حاكى از آن است كه نوترينوها مى توانند از نوعى به نوع ديگر تبديل شوند. آزمايش هاى انجام شده در ژاپن و ايالات متحده نيز كه براى آشكارسازى نوترينوهاى خورشيدى و نيز نوترينوهاى حاصل از ساير منابع اخترفيزيكى طراحى شده اند، به طور تجربى موفق به تاييد امكان تبديل نوترينوها از نوعى به نوع ديگر شده اند. همين مسئله در مورد نوترينوهاى خنثى هم صادق است به گونه اى كه اين نوترينوها نيز مى توانند به نوترينوهاى معمولى (كه با سهولت بسيار بيشترى قابل آشكارسازى هستند) تبديل شوند و بالعكس. نكته حائز اهميت آنكه احتمال اين تبديل، به تناسب چگالى محيطى كه نوترينوها در حال عبور از آن هستند، افزايش مى يابد.
همين نكته بود كه سبب شد تا «پاس» و همكارانش پيشنهاد انجام آزمايشى را ارائه دهند كه خواهد توانست امكان سفر در زمان را به طور تجربى نشان دهد. در اين آزمايش، باريكه اى از نوترينوهاى معمولى از يك مركز تحقيقاتى واقع در قطب جنوب به سوى آشكارسازى در روى خط استوا ارسال خواهد شد. در هنگام عبور باريكه از ميان كره زمين، بخشى از نوترينوها به نوترينوهاى خنثى بدل خواهند شد. ازآنجايى كه اين نوع نوترينوها قادرند از ميان ابعاد بالاتر فراسوى جهان ما ميان بر بزنند بنابراين زودتر از بقيه به آن سوى كره زمين خواهند رسيد، به گونه اى كه گويى از نور هم سريع تر حركت كرده اند. اما همين كه اين نوترينوها از آن سوى زمين خارج شده و وارد اتمسفر شوند، دوباره تغيير نوع داده و به نوترينوهاى معمولى (كه قابل آشكارسازى هستند) بدل خواهند شد. اما با توجه به چرخش زمين و در كمال تعجب، اين نوترينوها (كه سريع تر از نور حركت كرده بودند) در زمانى پيش از زمان آغاز حركت خود به مقصد خواهند رسيد!
هرچند انجام چنين آزمايشى فراتر از توانمندى هاى فناورى فعلى بشر است، اما همان طور كه «پاس» هم به درستى بدان اشاره دارد، انجام اين آزمايش طى حداكثر۵۰ سال آينده ميسر خواهد شد. البته تحقق چنين آزمايشى پيش از هرچيز نيازمند صحيح بودن دو پيش فرض است. شرط اول، وجود نوترينوهاى خنثى است. اگرچه اكنون بسيارى از فيزيكدان ها معتقدند كه چنين نوترينوهايى بايد وجود داشته باشند، اما اين امر هنوز به طور تجربى تاييد نشده است. و شرط دوم آن است كه همان طور كه «پاس» فرض كرده است ما واقعاً در يك فضا- زمان خميده غيرمتقارن زندگى مى كنيم. اما چنين پيش فرضى تا چه حد قابل قبول است؟
هنگامى كه اينشتين، نظريه نسبيت عام را ارائه كرد، عملاً نشان داد كه فضا- زمان تحت چه شرايطى ممكن است خميده و يا تخت باشد. اما معادلات اينشتين چيزى درباره هندسه واقعى جهان به ما نمى گويد (بلكه صرفاً حالت هاى ممكن اين هندسه را به تصوير مى كشد). بنابراين، به عنوان مثال كيهان شناسان صرفاً با اتكا به اين معادلات نمى توانند بگويند كه آيا جهان ما تا بى نهايت ادامه دارد و يا اينكه اين جهان، جهانى خميده و بسته است. همين امر، در ماشين هاى زمان متفاوتى را بر روى فيزيكدان ها گشوده است، كه برخى قابل قبول تر از بقيه هستند.
به عنوان مثال، يكى از پاسخ هاى مشهور معادلات اينشتين كه براى نخستين بار توسط رياضيدانى به نام «كورت گودل»
Godel. K
ارائه شد، جهانى را توصيف مى كند كه با سرعت به دور خود درحال چرخش است. در چنين جهانى نور به جاى حركت در خط راست، در يك مسير مارپيچى حركت خواهدكرد. «گودل» توانست نشان دهد مسافرى كه در چنين جهانى مسيرى طولانى را در اعماق كيهان طى مى كند، قادر است حتى از نور هم پيشى گرفته و در زمانى پيش از شروع حركت خود از مبدأ، به آنجا بازگردد. به عبارتى جهان چرخنده گودل، همانند يك ماشين زمان عمل مى كند. اما مسئله همان طور كه «پاس» هم بدان اشاره مى كند، اين است كه ما واقعاً در چنين جهانى زندگى نمى كنيم.
يكى ديگر از انواع ماشين زمان را مى توان در درون سياه چاله هاى چرخان جست وجو كرد. در سياه چاله هاى چرخان، فضا- زمان آنچنان انحنا پيدا مى كند كه جاى فضا با زمان عوض مى شود. اگرچه اين نوع ماشين زمان واقعاً در جهان ما وجود دارد اما در اينجا هم مسئله آن است كه اين سياه چاله هاى چرخان عملاً خارج از دسترس ما هستند. اما پس از سياه چاله هاى چرخان، نوبت به نوع ديگرى از ماشين زمان مى رسد كه ايده آن براى اولين بار توسط فيزيكدانى به نام «فرانك تيپلر»
F.Tipler
مطرح شد. اين نوع ماشين زمان در فضا- زمان اطراف يك جرم استوانه اى چرخان نامتناهى شكل مى گيرد، اما به عقيده «پاس» ساخت چنين ماشينى هم عملاً غيرممكن است، چرا كه نيازمند جرم استوانه اى فوق العاده عظيمى است كه با سرعتى غيرقابل باور در حال چرخش باشد
شاید سفر زمانى بسيار راحت تر از آن باشد كه تصور مى كنيم
ماركوس چاون
ترجمه: شهاب شعرى مقدم
خلاصه مقاله
۱- براساس نظريه ريسمان ها، جهان ما پوسته اى ۴ بعدى است كه در يك فضا- زمان ۱۰ بعدى شناور است.
۲- درصورت انحناى شديد ابعاد فراسوى جهان ما، هر ذره اى كه قادر به خروج از ابعاد چهارگانه اين جهان باشد، مى تواند با ميان بر زدن از ميان بعد پنجم، حتى از نور هم پيشى بگيرد.
۳- حركت سريع تر از نور، از ديد برخى از ناظرهاى اين جهان، به معناى سفر در زمان و بازگشت به گذشته است.
۴- گراويتون ها و نوترينوهاى خنثى ذراتى هستند كه امكان خروج از جهان ما را دارند. بنابراين اين ذرات قادرند در زمان سفر كنند.
۵- بدين ترتيب طى چند دهه آينده و با كمك نوترينوهاى خنثى قادر خواهيم بود ايده سفر در زمان را به طور تجربى بيازماييم.
احتمالاً عنوان جديدترين مقاله علمى «هانريش پاس»
Pas.H
براى شما بيش از حد عجيب و غريب و نامفهوم به نظر برسد: «منحنى هاى زمان گونه بسته در جهان هاى پوسته اى خميده غيرمتقارن» ! اما براى آنهايى كه به فيزيك نظرى مسلط هستند اين مقاله از يك حقيقت شگفت انگيز پرده بردارى مى كند. براساس اين مقاله، ساخت ماشين زمان، بسيار راحت تر و دردسترس تر از آن چيزى است كه تاكنون تصور مى شد.
پس ديگر كند و كاو طاقت فرسا در جهان براى يافتن سياه چاله هاى چرخان يا كرم چاله هاى عجيب و غريب را ( كه تا پيش از اين به نظر مى رسيد كه تنها راه هاى سفر در زمان باشند) فراموش كنيد. براساس نظر «پاس» و همكارانش در دانشگاه هاوايى، در سفر در زمان، همواره و در همه جا در جهان بر روى ما گشوده است. نكته جالب تر اينكه برخلاف اغلب سناريوهاى قبلى، صحت اين ايده را مى توان همين جا بر روى زمين هم به معرض آزمون گذاشت. «بيل لوئيز»
Louis.B
كه فيزيكدانى از آزمايشگاه ملى لس آلاموس در نيومكزيكو و يكى از مسئولان ارشد آزمايش معروف باريكه نوترينوى
MiniBoone
در آزمايشگاه شتاب دهنده فرمى است دراين باره مى گويد: «به نظر من ايده اى كه «پاس» ارائه كرده، ايده اى بسيار شگفت انگيز و فوق العاده است. اما هم اكنون مسئله مهم، نشان دادن صحت اين ايده است.»
البته فيزيكدانانى نظير «لوئيز» حق دارند كه كمى محتاط باشند. در واقع بايد گفت كه هرچند هيچ يك از قوانين طبيعت امكان سفر در زمان را عملاً رد نمى كنند، اما فيزيكدان ها از ديرباز با اين مسئله ميانه چندان خوشى نداشته اند، چرا كه سفر در زمان مى تواند فرض پذيرفته شده تقدم علت بر معلول را زير سئوال ببرد. از طرفى نقض قانون موجبيت مى تواند اوضاع جهان را به هم بريزد. به عنوان مثال شما مى توانيد به گذشته سفر كرده و از تولد خودتان جلوگيرى كنيد.
وجود چنين تناقض نماهايى منجر به ارائه حدسى از سوى «استفن هاوكينگ» شد كه اصطلاحاً «حدس حفاظت از تاريخ» ناميده مى شود. براساس اين حدس بايد اصولى در فيزيك (كه هنوز كشف نشده اند) وجود داشته باشند كه از امكان وقوع سفر در زمان جلوگيرى كنند. تا همين سه سال پيش هيچ كس نتوانسته بود جزئيات چنين اصولى را ترسيم كند تا اينكه در سال ۲۰۰۳ گروهى از محققان كه بر روى نظريه ريسمان ها (كه بهترين گزينه براى رسيدن به نظريه اى واحد در فيزيك است) كار مى كردند، مدعى شدند كه براساس اين نظريه، ساز و كارهايى وجود دارند كه مى توانند از سفر در زمان جلوگيرى كنند
تا به اينجا ظاهراً همه چيز درست بود. اما حتماً مى دانيد كه فيزيكدان ها در قانع نشدن به يك جواب، شهره خاص و عام هستند. اين گونه بود كه «پاس» و دو نفر از همكارانش به نام هاى «سنديپ پاكواسا»
Pakvasa.S
از دانشگاه هاوايى و «توماس ويلر»
Weiler.T
از دانشگاه وندربيلت در تنسى شروع به تجزيه و تحليل مجدد نظريه ريسمان ها كردند. اين نظريه، اجزاى بنيادين جهان را نه به صورت ذرات نقطه اى بلكه به شكل ريسمان هاى مرتعش انرژى مى داند. در اين نظريه، ارتعاش سريع تر اين ريسمان ها معادل جرم بيشتر ذرات است.
اين ريسمان هاى مرتعش مى توانند نحوه هزاران نوع برهم كنش مابين تمامى ذرات بنيادى نظير كوارك ها و الكترون ها را توضيح دهند. اما نكته اى اساسى در مورد اين نظريه وجود دارد: اين نظريه تنها زمانى جواب مى دهد كه اين ريسمان هاى انرژى به جاى چهار بعد معمول، در يك فضا- زمان ۱۰ بعدى در حال ارتعاش باشند. در واقع براساس نظريه ريسمان ها، اين ابعاد اضافى يا فوق العاده كوچك هستند، به طورى كه تاكنون متوجه حضور آنها نشده ايم و يا بسيار بزرگ و به گونه اى خميده هستند كه باز هم تا به حال از ديد ما پنهان مانده اند.
بنابر نظريه ريسمان ها، جهان ما در واقع پوسته اى چهار بعدى است كه در يك فضا- زمان 10 بعدى شناور است. اما از آنجايى كه تمامى ذرات و نيروهاى جهان ما مقيد به پوسته چهار بعدى اين جهان هستند و امكان خروج از آن را ندارند، بنابراين ما نيز تاكنون از وجود ابعاد بالاتر خارج از جهان خود (يعنى همين چهار بعدى كه تجربه هاى ما محدود به آن است) هيچ اطلاعى نداشتيم. «پاس» در اين باره مى گويد: «اگر واقعاً چنين باشد پس امكان ميان بر زدن از ميان اين ابعاد بالاتر نيز وجود خواهد داشت و همين مسيرهاى ميان بر است كه سفر در زمان را ممكن مى سازد.»
تجسم چنين ميان برهايى كار چندان دشوارى نيست. فرض كنيد كه پوسته چهار بعدى جهان ما كه در بعد بالاتر (بعد پنجم) جاى گرفته همانند كاغذى باشد كه از وسط تا شده و دو انتهاى آن بر روى همديگر قرار گرفته است. در اين صورت مى توان از نقطه اى واقع بر پوسته جهان، آن را ترك كرده و وارد بعد بالاتر شد و پس از پيمودن مسيرى كوتاه در بعد پنجم دوباره و در نقطه اى ديگر در مقابل آن به جهان بازگشت. جالب اينجاست كه اگر اين صفحه خم شده (يعنى جهان ما) صفحه اى بسيار بزرگ باشد، در اين صورت براى پيمودن همين مسير از روى خود صفحه (يعنى از درون جهان) مى بايست فاصله اى بسيار طولانى را طى مى كرديم اما با خروج از پوسته جهان و عبور از ميان ابعاد بالاتر عملاً ميان بر خواهيم زد.
اما مسئله اى در ارتباط با تصويرى كه ارائه شد وجود دارد. اگرچه اساساً مى توان جهانى را تصور كرد كه بتوان از يك سوى آن به سوى ديگر ميان بر زد اما مسئله آن است كه جهان ما نمى تواند مشابه چنين جهانى باشد. علت اين امر آن است كه فضا- زمان چنين جهانى به شدت خميده بوده و نتيجتاً با نظريه نسبيت خاص اينشتين (كه هندسه فضا را تخت يا اقليدسى مى داند) ناسازگار خواهد بود. از آنجايى كه آزمون هاى تجربى متعددى تاكنون صحت پيش بينى هاى نسبيت خاص را در حوزه محلى موقعيت ما در جهان تا دقتى بالاتر از يك به يك ميليون تاييد كرده اند، بنابراين بسيار بعيد است كه پوسته چهاربعدى جهان ما همانند يك كاغذ تاشده باشد.
بنابراين پاس، پاكواسا و ويلر از فرض ديگرى استفاده كردند. آنها فضا- زمانى را در نظر گرفتند كه در آن، جهان ما يك پوسته چهاربعدى تخت بوده اما اين پوسته تخت، در ابعاد بالاترى شناور است كه به شدت خميده هستند. از آنجايى كه در اين تصوير، جهان ما تخت است بنابراين نسبيت خاص همچنان در آن معتبر خواهد بود. اما ميزان انحناى ابعاد بالاتر خارج از جهان ما به حدى است كه نسبيت خاص در آن ابعاد ديگر اعتبار خود را از دست خواهد داد. اين امر بدان معناست كه هر چيزى كه بتواند از ابعاد جهان ما خارج شده و وارد بعد پنجم شود قادر خواهد بود يكى از بنيادى ترين اصول نسبيت خاص را زير پا بگذارد: چنين چيزى قادر است با سرعتى فراتر از سرعت نور حركت كند.
اين امر، نتايج خارق العاده اى را براى ساكنان پوسته جهان ما در بر خواهد داشت. در نظر اشخاصى كه در اين جهان زندگى مى كنند، هر چيزى كه مسيرى ميان بر را از ميان ابعاد بالاتر هستى طى كند، ناگهان از نقطه اى از جهان ما غيب شده و در نقطه اى ديگر در جهان ظاهر مى شود. در نظر برخى از ساكنان جهان، هويت مزبور فاصله مابين اين دو نقطه را حتى سريع تر از نور طى خواهد كرد. اما شگفت انگيزتر آن كه در نظر برخى ديگر، آن چيز حتى در زمان سفر كرده و به گذشته باز خواهد گشت. علت اين امر آن است كه براساس نظريه نسبيت خاص، در برخى از چارچوب هاى مرجع، حركت سريع تر از نور معادل سفر در زمان و بازگشت به گذشته است. «پاس» در اين باره مى گويد: «چنين مسيرهاى ميان برى كه از ابعاد بالاتر هستى در خارج از جهان ما عبور مى كنند اصطلاحاً «منحنى هاى زمان گونه بسته» ناميده مى شوند. يافتن چنين مسيرهايى در واقع معادل دستيابى به رمز ماشين زمان است.»
ماركوس چاون
ترجمه: شهاب شعرى مقدم
خلاصه مقاله
۱- براساس نظريه ريسمان ها، جهان ما پوسته اى ۴ بعدى است كه در يك فضا- زمان ۱۰ بعدى شناور است.
۲- درصورت انحناى شديد ابعاد فراسوى جهان ما، هر ذره اى كه قادر به خروج از ابعاد چهارگانه اين جهان باشد، مى تواند با ميان بر زدن از ميان بعد پنجم، حتى از نور هم پيشى بگيرد.
۳- حركت سريع تر از نور، از ديد برخى از ناظرهاى اين جهان، به معناى سفر در زمان و بازگشت به گذشته است.
۴- گراويتون ها و نوترينوهاى خنثى ذراتى هستند كه امكان خروج از جهان ما را دارند. بنابراين اين ذرات قادرند در زمان سفر كنند.
۵- بدين ترتيب طى چند دهه آينده و با كمك نوترينوهاى خنثى قادر خواهيم بود ايده سفر در زمان را به طور تجربى بيازماييم.
احتمالاً عنوان جديدترين مقاله علمى «هانريش پاس»
Pas.H
براى شما بيش از حد عجيب و غريب و نامفهوم به نظر برسد: «منحنى هاى زمان گونه بسته در جهان هاى پوسته اى خميده غيرمتقارن» ! اما براى آنهايى كه به فيزيك نظرى مسلط هستند اين مقاله از يك حقيقت شگفت انگيز پرده بردارى مى كند. براساس اين مقاله، ساخت ماشين زمان، بسيار راحت تر و دردسترس تر از آن چيزى است كه تاكنون تصور مى شد.
پس ديگر كند و كاو طاقت فرسا در جهان براى يافتن سياه چاله هاى چرخان يا كرم چاله هاى عجيب و غريب را ( كه تا پيش از اين به نظر مى رسيد كه تنها راه هاى سفر در زمان باشند) فراموش كنيد. براساس نظر «پاس» و همكارانش در دانشگاه هاوايى، در سفر در زمان، همواره و در همه جا در جهان بر روى ما گشوده است. نكته جالب تر اينكه برخلاف اغلب سناريوهاى قبلى، صحت اين ايده را مى توان همين جا بر روى زمين هم به معرض آزمون گذاشت. «بيل لوئيز»
Louis.B
كه فيزيكدانى از آزمايشگاه ملى لس آلاموس در نيومكزيكو و يكى از مسئولان ارشد آزمايش معروف باريكه نوترينوى
MiniBoone
در آزمايشگاه شتاب دهنده فرمى است دراين باره مى گويد: «به نظر من ايده اى كه «پاس» ارائه كرده، ايده اى بسيار شگفت انگيز و فوق العاده است. اما هم اكنون مسئله مهم، نشان دادن صحت اين ايده است.»
البته فيزيكدانانى نظير «لوئيز» حق دارند كه كمى محتاط باشند. در واقع بايد گفت كه هرچند هيچ يك از قوانين طبيعت امكان سفر در زمان را عملاً رد نمى كنند، اما فيزيكدان ها از ديرباز با اين مسئله ميانه چندان خوشى نداشته اند، چرا كه سفر در زمان مى تواند فرض پذيرفته شده تقدم علت بر معلول را زير سئوال ببرد. از طرفى نقض قانون موجبيت مى تواند اوضاع جهان را به هم بريزد. به عنوان مثال شما مى توانيد به گذشته سفر كرده و از تولد خودتان جلوگيرى كنيد.
وجود چنين تناقض نماهايى منجر به ارائه حدسى از سوى «استفن هاوكينگ» شد كه اصطلاحاً «حدس حفاظت از تاريخ» ناميده مى شود. براساس اين حدس بايد اصولى در فيزيك (كه هنوز كشف نشده اند) وجود داشته باشند كه از امكان وقوع سفر در زمان جلوگيرى كنند. تا همين سه سال پيش هيچ كس نتوانسته بود جزئيات چنين اصولى را ترسيم كند تا اينكه در سال ۲۰۰۳ گروهى از محققان كه بر روى نظريه ريسمان ها (كه بهترين گزينه براى رسيدن به نظريه اى واحد در فيزيك است) كار مى كردند، مدعى شدند كه براساس اين نظريه، ساز و كارهايى وجود دارند كه مى توانند از سفر در زمان جلوگيرى كنند
تا به اينجا ظاهراً همه چيز درست بود. اما حتماً مى دانيد كه فيزيكدان ها در قانع نشدن به يك جواب، شهره خاص و عام هستند. اين گونه بود كه «پاس» و دو نفر از همكارانش به نام هاى «سنديپ پاكواسا»
Pakvasa.S
از دانشگاه هاوايى و «توماس ويلر»
Weiler.T
از دانشگاه وندربيلت در تنسى شروع به تجزيه و تحليل مجدد نظريه ريسمان ها كردند. اين نظريه، اجزاى بنيادين جهان را نه به صورت ذرات نقطه اى بلكه به شكل ريسمان هاى مرتعش انرژى مى داند. در اين نظريه، ارتعاش سريع تر اين ريسمان ها معادل جرم بيشتر ذرات است.
اين ريسمان هاى مرتعش مى توانند نحوه هزاران نوع برهم كنش مابين تمامى ذرات بنيادى نظير كوارك ها و الكترون ها را توضيح دهند. اما نكته اى اساسى در مورد اين نظريه وجود دارد: اين نظريه تنها زمانى جواب مى دهد كه اين ريسمان هاى انرژى به جاى چهار بعد معمول، در يك فضا- زمان ۱۰ بعدى در حال ارتعاش باشند. در واقع براساس نظريه ريسمان ها، اين ابعاد اضافى يا فوق العاده كوچك هستند، به طورى كه تاكنون متوجه حضور آنها نشده ايم و يا بسيار بزرگ و به گونه اى خميده هستند كه باز هم تا به حال از ديد ما پنهان مانده اند.
بنابر نظريه ريسمان ها، جهان ما در واقع پوسته اى چهار بعدى است كه در يك فضا- زمان 10 بعدى شناور است. اما از آنجايى كه تمامى ذرات و نيروهاى جهان ما مقيد به پوسته چهار بعدى اين جهان هستند و امكان خروج از آن را ندارند، بنابراين ما نيز تاكنون از وجود ابعاد بالاتر خارج از جهان خود (يعنى همين چهار بعدى كه تجربه هاى ما محدود به آن است) هيچ اطلاعى نداشتيم. «پاس» در اين باره مى گويد: «اگر واقعاً چنين باشد پس امكان ميان بر زدن از ميان اين ابعاد بالاتر نيز وجود خواهد داشت و همين مسيرهاى ميان بر است كه سفر در زمان را ممكن مى سازد.»
تجسم چنين ميان برهايى كار چندان دشوارى نيست. فرض كنيد كه پوسته چهار بعدى جهان ما كه در بعد بالاتر (بعد پنجم) جاى گرفته همانند كاغذى باشد كه از وسط تا شده و دو انتهاى آن بر روى همديگر قرار گرفته است. در اين صورت مى توان از نقطه اى واقع بر پوسته جهان، آن را ترك كرده و وارد بعد بالاتر شد و پس از پيمودن مسيرى كوتاه در بعد پنجم دوباره و در نقطه اى ديگر در مقابل آن به جهان بازگشت. جالب اينجاست كه اگر اين صفحه خم شده (يعنى جهان ما) صفحه اى بسيار بزرگ باشد، در اين صورت براى پيمودن همين مسير از روى خود صفحه (يعنى از درون جهان) مى بايست فاصله اى بسيار طولانى را طى مى كرديم اما با خروج از پوسته جهان و عبور از ميان ابعاد بالاتر عملاً ميان بر خواهيم زد.
اما مسئله اى در ارتباط با تصويرى كه ارائه شد وجود دارد. اگرچه اساساً مى توان جهانى را تصور كرد كه بتوان از يك سوى آن به سوى ديگر ميان بر زد اما مسئله آن است كه جهان ما نمى تواند مشابه چنين جهانى باشد. علت اين امر آن است كه فضا- زمان چنين جهانى به شدت خميده بوده و نتيجتاً با نظريه نسبيت خاص اينشتين (كه هندسه فضا را تخت يا اقليدسى مى داند) ناسازگار خواهد بود. از آنجايى كه آزمون هاى تجربى متعددى تاكنون صحت پيش بينى هاى نسبيت خاص را در حوزه محلى موقعيت ما در جهان تا دقتى بالاتر از يك به يك ميليون تاييد كرده اند، بنابراين بسيار بعيد است كه پوسته چهاربعدى جهان ما همانند يك كاغذ تاشده باشد.
بنابراين پاس، پاكواسا و ويلر از فرض ديگرى استفاده كردند. آنها فضا- زمانى را در نظر گرفتند كه در آن، جهان ما يك پوسته چهاربعدى تخت بوده اما اين پوسته تخت، در ابعاد بالاترى شناور است كه به شدت خميده هستند. از آنجايى كه در اين تصوير، جهان ما تخت است بنابراين نسبيت خاص همچنان در آن معتبر خواهد بود. اما ميزان انحناى ابعاد بالاتر خارج از جهان ما به حدى است كه نسبيت خاص در آن ابعاد ديگر اعتبار خود را از دست خواهد داد. اين امر بدان معناست كه هر چيزى كه بتواند از ابعاد جهان ما خارج شده و وارد بعد پنجم شود قادر خواهد بود يكى از بنيادى ترين اصول نسبيت خاص را زير پا بگذارد: چنين چيزى قادر است با سرعتى فراتر از سرعت نور حركت كند.
اين امر، نتايج خارق العاده اى را براى ساكنان پوسته جهان ما در بر خواهد داشت. در نظر اشخاصى كه در اين جهان زندگى مى كنند، هر چيزى كه مسيرى ميان بر را از ميان ابعاد بالاتر هستى طى كند، ناگهان از نقطه اى از جهان ما غيب شده و در نقطه اى ديگر در جهان ظاهر مى شود. در نظر برخى از ساكنان جهان، هويت مزبور فاصله مابين اين دو نقطه را حتى سريع تر از نور طى خواهد كرد. اما شگفت انگيزتر آن كه در نظر برخى ديگر، آن چيز حتى در زمان سفر كرده و به گذشته باز خواهد گشت. علت اين امر آن است كه براساس نظريه نسبيت خاص، در برخى از چارچوب هاى مرجع، حركت سريع تر از نور معادل سفر در زمان و بازگشت به گذشته است. «پاس» در اين باره مى گويد: «چنين مسيرهاى ميان برى كه از ابعاد بالاتر هستى در خارج از جهان ما عبور مى كنند اصطلاحاً «منحنى هاى زمان گونه بسته» ناميده مى شوند. يافتن چنين مسيرهايى در واقع معادل دستيابى به رمز ماشين زمان است.»
• خروج از رويه
اما اين ايده سفر در زمان نيازمند حل يك مشكل است و آن يافتن راهى است براى خروج از جهان ما و ورود به ابعاد بالاتر هستى. اما انجام چنين كارى چگونه ميسر خواهد بود؟ خوشبختانه نظريه ريسمان ها راهى را براى اين كار در پيش روى ما قرار مى دهد. براساس اين نظريه تقريباً تمامى ريسمان هاى نمايانگر ذرات بنيادى جهان ما ريسمان هايى باز هستند و دو انتهاى اين ريسمان ها همواره مقيد به پوسته جهان ماست. به همين دليل هم اين ذرات هيچ گاه نخواهند توانست از جهان ما خارج شده و با ورود به بعد پنجم، مسير ميان برى را در فضا- زمان بپيمايند. اما در اين ميان دو استثناى مهم نيز وجود دارد: يكى ذره (ريسمان) حامل نيروى گرانش به نام گراويتون و ديگرى نوع چهارمى از نوترينو كه در برابر سه نوع معمول آن اصطلاحاً نوترينوى خنثى ناميده مى شود (منظور از نوترينوى خنثى، خنثى بودن آن به لحاظ الكتريكى نيست چراكه نوترينوهاى معمولى نيز همگى فاقد بار الكتريكى بوده و هيچ يك در برهم كنش الكترومغناطيسى شركت نمى كنند. در واقع منظور از عبارت خنثى آن است كه اين نوترينوها داراى فوق بار ضعيف صفر هستند و بنابراين حتى در برهم كنش ضعيف هم شركت نمى كنند و تنها در برهم كنش گرانشى وارد مى شوند). مطابق نظريه ريسمان، اين دو ذره برخلاف ساير ذرات، ريسمان هاى حلقوى بسته هستند. از آنجايى كه اين ريسمان هاى بسته عملاً هيچ انتهاى مشخصى ندارند كه به پوسته جهان مقيد باشند، بنابراين مى توانند آزادانه از جهان ما خارج شده و به ساير ابعاد هستى سفر كنند.
همين ويژگى گراويتون ها است كه به نظريه پردازان ريسمان كمك مى كند تا ضعيف بودن نيروى گرانش را نسبت به ساير نيروهاى بنيادى نظير الكترومغناطيس تبيين كنند. بر اين اساس، ضعيف بودن نيروى گرانش در واقع بدان علت است كه تعداد بسيارى از گراويتون هاى گسيل شده توسط ذره مبدأ پيش از آنكه فرصت رسيدن به ذره مقصد را پيدا كنند از جهان ما خارج خواهند شد و به ابعاد بالاتر درز مى كنند. اما شگفت انگيزتر آنكه خروج اين ذرات از ابعاد جهان ما و ميان بر زدن آنها از ميان ابعاد بالاتر هستى بدان معنا است كه گراويتون ها و نوترينوهاى خنثى اساساً توانايى سفر در زمان را دارند. بنابراين «پاس» معتقد است كه به كمك اين ذرات مى توان امكان سفر در زمان را به طور تجربى به محك آزمون گذاشت.
اما چنين كارى چندان آسان نخواهد بود چراكه هيچ كس تاكنون موفق به دام اندازى يك گراويتون يا نوترينوى خنثى نشده است، زيرا آشكارسازى اين ذرات بسيار نامحتمل و دشوار است. در هر ثانيه هزاران ميليارد نوترينوى معمولى از بدن ما مى گذرند، اما ما متوجه عبور هيچ يك از آنها نمى شويم چراكه اين ذرات، بسيار به ندرت با الكترون ها و اتم ها برهم كنش انجام مى دهند. اما احتمال برهم كنش نوترينوهاى خنثى با ماده حتى از نوترينوهاى معمولى هم كم تر است چراكه نوترينوهاى خنثى تنها از طريق برهم كنش فوق العاده ضعيف گرانشى و نيز تبادل بوزون هيگز با ماده برهم كنش دارند. (بوزون هيگز، ذره اى است كه هنوز به طور تجربى كشف نشده است. جرم هريك از ذرات بنيادى در واقع ماحصل برهم كنش آنها با اين ذره است.)
با همه اين احوال «پاس» و همكارانش معتقدند كه براساس مكانيك كوانتومى راهى براى اين مسئله وجود دارد. قوانين فيزيك كوانتومى حاكى از آن است كه نوترينوها مى توانند از نوعى به نوع ديگر تبديل شوند. آزمايش هاى انجام شده در ژاپن و ايالات متحده نيز كه براى آشكارسازى نوترينوهاى خورشيدى و نيز نوترينوهاى حاصل از ساير منابع اخترفيزيكى طراحى شده اند، به طور تجربى موفق به تاييد امكان تبديل نوترينوها از نوعى به نوع ديگر شده اند. همين مسئله در مورد نوترينوهاى خنثى هم صادق است به گونه اى كه اين نوترينوها نيز مى توانند به نوترينوهاى معمولى (كه با سهولت بسيار بيشترى قابل آشكارسازى هستند) تبديل شوند و بالعكس. نكته حائز اهميت آنكه احتمال اين تبديل، به تناسب چگالى محيطى كه نوترينوها در حال عبور از آن هستند، افزايش مى يابد.
همين نكته بود كه سبب شد تا «پاس» و همكارانش پيشنهاد انجام آزمايشى را ارائه دهند كه خواهد توانست امكان سفر در زمان را به طور تجربى نشان دهد. در اين آزمايش، باريكه اى از نوترينوهاى معمولى از يك مركز تحقيقاتى واقع در قطب جنوب به سوى آشكارسازى در روى خط استوا ارسال خواهد شد. در هنگام عبور باريكه از ميان كره زمين، بخشى از نوترينوها به نوترينوهاى خنثى بدل خواهند شد. ازآنجايى كه اين نوع نوترينوها قادرند از ميان ابعاد بالاتر فراسوى جهان ما ميان بر بزنند بنابراين زودتر از بقيه به آن سوى كره زمين خواهند رسيد، به گونه اى كه گويى از نور هم سريع تر حركت كرده اند. اما همين كه اين نوترينوها از آن سوى زمين خارج شده و وارد اتمسفر شوند، دوباره تغيير نوع داده و به نوترينوهاى معمولى (كه قابل آشكارسازى هستند) بدل خواهند شد. اما با توجه به چرخش زمين و در كمال تعجب، اين نوترينوها (كه سريع تر از نور حركت كرده بودند) در زمانى پيش از زمان آغاز حركت خود به مقصد خواهند رسيد!
هرچند انجام چنين آزمايشى فراتر از توانمندى هاى فناورى فعلى بشر است، اما همان طور كه «پاس» هم به درستى بدان اشاره دارد، انجام اين آزمايش طى حداكثر۵۰ سال آينده ميسر خواهد شد. البته تحقق چنين آزمايشى پيش از هرچيز نيازمند صحيح بودن دو پيش فرض است. شرط اول، وجود نوترينوهاى خنثى است. اگرچه اكنون بسيارى از فيزيكدان ها معتقدند كه چنين نوترينوهايى بايد وجود داشته باشند، اما اين امر هنوز به طور تجربى تاييد نشده است. و شرط دوم آن است كه همان طور كه «پاس» فرض كرده است ما واقعاً در يك فضا- زمان خميده غيرمتقارن زندگى مى كنيم. اما چنين پيش فرضى تا چه حد قابل قبول است؟
هنگامى كه اينشتين، نظريه نسبيت عام را ارائه كرد، عملاً نشان داد كه فضا- زمان تحت چه شرايطى ممكن است خميده و يا تخت باشد. اما معادلات اينشتين چيزى درباره هندسه واقعى جهان به ما نمى گويد (بلكه صرفاً حالت هاى ممكن اين هندسه را به تصوير مى كشد). بنابراين، به عنوان مثال كيهان شناسان صرفاً با اتكا به اين معادلات نمى توانند بگويند كه آيا جهان ما تا بى نهايت ادامه دارد و يا اينكه اين جهان، جهانى خميده و بسته است. همين امر، در ماشين هاى زمان متفاوتى را بر روى فيزيكدان ها گشوده است، كه برخى قابل قبول تر از بقيه هستند.
به عنوان مثال، يكى از پاسخ هاى مشهور معادلات اينشتين كه براى نخستين بار توسط رياضيدانى به نام «كورت گودل»
Godel. K
ارائه شد، جهانى را توصيف مى كند كه با سرعت به دور خود درحال چرخش است. در چنين جهانى نور به جاى حركت در خط راست، در يك مسير مارپيچى حركت خواهدكرد. «گودل» توانست نشان دهد مسافرى كه در چنين جهانى مسيرى طولانى را در اعماق كيهان طى مى كند، قادر است حتى از نور هم پيشى گرفته و در زمانى پيش از شروع حركت خود از مبدأ، به آنجا بازگردد. به عبارتى جهان چرخنده گودل، همانند يك ماشين زمان عمل مى كند. اما مسئله همان طور كه «پاس» هم بدان اشاره مى كند، اين است كه ما واقعاً در چنين جهانى زندگى نمى كنيم.
يكى ديگر از انواع ماشين زمان را مى توان در درون سياه چاله هاى چرخان جست وجو كرد. در سياه چاله هاى چرخان، فضا- زمان آنچنان انحنا پيدا مى كند كه جاى فضا با زمان عوض مى شود. اگرچه اين نوع ماشين زمان واقعاً در جهان ما وجود دارد اما در اينجا هم مسئله آن است كه اين سياه چاله هاى چرخان عملاً خارج از دسترس ما هستند. اما پس از سياه چاله هاى چرخان، نوبت به نوع ديگرى از ماشين زمان مى رسد كه ايده آن براى اولين بار توسط فيزيكدانى به نام «فرانك تيپلر»
F.Tipler
مطرح شد. اين نوع ماشين زمان در فضا- زمان اطراف يك جرم استوانه اى چرخان نامتناهى شكل مى گيرد، اما به عقيده «پاس» ساخت چنين ماشينى هم عملاً غيرممكن است، چرا كه نيازمند جرم استوانه اى فوق العاده عظيمى است كه با سرعتى غيرقابل باور در حال چرخش باشد