بیگ بنگ: زمان، پدیده ای نامرئی که بر جهان ما حمکرانی می کند و همه جا همچون سایه ای پیوسته همراه ماست. می توان حضورش را در ضربان قلب خود، در طلوع و غروب خورشید یا در لحظات انتظار برای سر رسیدن یک موعد خاص حس کرد. هر چند زمان کاملا با زندگی ما عجین شده اما شگفتا که هر وقت به تفکر درباره ی آن می نشینیم تنها چیزی که عایدمان می شود، انبوهی از سوالات بی پاسخ است، اینکه ماهیت زمان چیست؟ چرا به نظر می رسد که زمان جریان دارد؟ آیا می توان در بُعد زمان به آینده و گذشته سفر کرد؟ آیا می توان گذشت زمان را متوقف کرد؟ آیا زمان زاییده ذهن ماست یا در جهان بیرونی هم واقعا مفهومی به نام زمان وجود دارد؟ و ده ها سوال دیگر.

 جالب اینجاست که امروز پس از گذشت قرن ها هنوز هم معمای زمان، حل نشده و همچنان برای فلاسفه، دانشمندان و فیزیکدانان درک آن چالش انگیز است، اما جالب تر آنکه برخی از دانشمندان مطمئن نیستند که اساسا زمان وجود دارد یا نه. ماجرای حذف پارامتر زمان از معادلات فیزیک به اواسط ۱۹۶۰ میلادی باز می گردد. در آن دوران جان ویلر، فیزیکدان برجسته ی آمریکایی- که یکی از آخرین همکاران اینشتین محسوب می شد – با همکاری فیزیکدانی بنام برایش دوویت تصمیم گرفتند معادلات نظریه کوانتومی را روی کل جهان اعمال کنند. احتمالا می دانید که بکارگیری نظریه ی کوانتومی برای تبیین مسائلی که در آنها با ابعاد بسیار کوچک- در حد ابعاد اتمی- سر و کار داریم، الزامی است اما شاید از خود بپرسید چه ربطی مابین معادلات کوانتومی و کیهان به این عظمت وجود دارد؟ در پاسخ باید گفت که از آنجایی که براساس مدل متعارف بیگ بنگ، کل جهان از نقطه ای با چگالی انرژی فوق العاده بالا متولد شده و شروع به انبساط کرده است، بنابراین در نخستین لحظات پس از تولد آن، به کارگیری معادلات نظریه ی کوانتومی الزامی است.

بر این اساس؛ ویلر و دوویت تلاش برای اعمال نظریه ی کوانتومی را بر کل جهان آغاز کردند. با توجه به آنکه در فیزیک کوانتومی، رفتار سیستم مورد مطالعه با یک تابع ریاضی بنام « تابع موج سیستم» مشخص می شود، بنابراین ویلر و دوویت در جست و جوی معادله ای بودند که بتواند تابع موج کوانتومی کل جهان را توصیف کند. این دو فیزیکدان سرانجام در تابستان سال ۱۹۶۷ موفق شدند معادله ی مورد نظر خود را بیابند. اما در این معادله که « معادله اساسی کیهان شناسی کوانتومی » محسوب می شد و بعدها به معادله ی ویلر- دوویت شهرت یافت، یک نکته عجیب و راز آمیز وجود داشت: در این معادله پارامتر زمان بطور خود به خود کلا از معادله حذف شده بود و این به آن معنا بود که از نگاه نظریه ی کوانتومی در کل کیهان، اساسا زمان وجود ندارد! اگر به راستی مفهوم زمان در کل جهان وجود ندارد، پس چه عاملی است که سبب می شود ما ظاهرا تصور کنیم زمان در حال گذر است؟

جولیان باربور، فیزیکدان و فیلسوف دانشگاه آکسفورد انگلستان در کتاب خود با عنوان « پایان زمان» که در سال ۱۹۹۹ میلادی منتشر شد، پاسخ جالبی را برای این معما مطرح کرده است. بنابر نظر باربور، کل جهان را می توان به فریم های یک فیلم سینمایی تشبیه کرد. همان طور که در تک تک فریم های یک فیلم چیزی بنام زمان وجود ندارد در کل کیهان هم مفهومی به نام زمان وجود ندارد و جهان همواره همانند فریم های یک فیلم سینمایی کیهانی صرفا در «لحظه حال» حضور دارد. به عبارتی تغییرات و تحولات جهان را به جای مفهوم زمان می توان صرفا با مجموعه یا شبکه ای از لحظات حال کیهانی توصیف کرد.

فرمول بندی فیزیک بدون زمان

اما اگر آن طور که فیزیکدانانی نظیر جولیان باربور براساس معادله ویلر- دوویت به این نتیجه رسیده اند که واقعا مفهومی بنام زمان در کل کیهان وجود ندارد، پس باید راهی را برای فرمول بندی فیزیک کوانتومی بدون استفاده از پارامتر زمان پیدا کرد. این دقیقا همان کاری است که کارلو روولی(Carlo Rovelli)، فیزیکدان دانشگاه مارسی فرانسه انجام داد. حدود ۱۰ سال پیش ، روولی و همکارانش روشی را بسط دادند که به کمک آن می توان رویدادهای کوانتومی متوالی را در قالب یک رویداد واحد و بدون نیاز به استفاده از پارامتر زمان تبیین کرد. در واقع در این رهیافت جدید، مساله چگونگی همبستگی میان تمامی حالات محتمل آن کمیت تبدیل می شود. روولی برای فهم بهتر این تبدیل، مثالی می زند. او می گوید:« اگر بگویم در سفر زمینی خود از بوستون به لس آنجلس ، ابتدا از شیگاگو و سپس از شهر دنور گذشتیم در واقع از نحوه ی توالی زمانی رویدادها برای توضیح دادن نحوه ی سفرم به شما استفاده کرده ام. اما اگر بجای این کار ، مسیر سفرم را از بوستون به لس آنجلس روی نقشه به شما نشان دهم، در واقع اطلاعات مربوط به نحوه ی توالی زمانی اندازه گیری ها را با نحوه ی همبستگی میان مشاهده پذیرها جایگزین کرده ام.»

با توجه به آنکه به کمک این رهیافت روولی، می توان احتمالات مکانیک کوانتومی را با همان دقت رهیافت متعارف قبلی محاسبه کرد، بنابراین همان طور که روولی می گوید، ممکن است بتوان دینامیک جهان را به جای تحولات زمانی صرفا با شبکه ای از همبستگی ها توصیف کرد. دین ریکلز، پژوهشگر فلسفه فیزیک در دانشگاه سیدنی می گوید:« رهیافت روولی، دیدگاه بی زمانی جهان را با دیدگاه حاکم در فیزیک متعارف هم راستا می کند.» به این ترتیب و براساس رهیافت روولی، اگرچه ما در ظاهر گذشت زمان را احساس می کنیم، اما این احساس در واقع صرفا یک توهم است و همانطور که جولیان باربور هم توضیح داده بود، حقیقت ماجرا به گونه ای دیگر است. طی تقریبا یک دهه ی گذشته، روولی به همراه آلن کان، ریاضیدان مشهور فرانسوی در تلاش هستند تا بطور دقیق تر بفهمند چگونه یک حقیقت بی زمان می تواند پندار گذشت زمان را برای ما به وجود آورد. براساس ایده ی آنها که فرضیه « زمان گرمایی» نام گرفته است. زمان نتیجه ی رفتار آماری جهان است؛ دقیقا همان طور که دما نتیجه ی رفتار آماری توده ی عظیمی از مولکول هاست.

کارلو روولی: « حقیقت جهان، فاقد گذشت زمان است، اما شناخت ناکامل ما از این حقیقت است که مفهوم زمان را شکل می دهد. بنابراین زمان از جهل ما شکل می گیرد. »

برای فهم بهتر این مطلب، توده ای از گاز را در محفظه ای بسته در نظر بگیرید. برای توصیف رفتار این گاز، دو راه مختلف وجود دارد. یک راه این است که تمامی اطلاعات مربوط به مکان و تکانه تک تک مولکول های گاز را بطور مستمر زیر نظر داشته باشیم. در این رویکرد، مفهومی بنام دما اطلا وجود ندارد و به جای آن با تغییر مسمر چیدمان مولکول ها مواجه هستیم. اما از آنجایی که زیر نظر گرفتن تمامی این اطلاعات به لحاظ عملی غیر ممکن است، بنابراین بجای آن می توان از متوسط آماری رفتار مولکول ها برای توصیف رفتار « بزرگ مقیاس» (ماکروسکوپیک) کل گاز درون ظرف بهره گرفت. در این روش تمامی اطلاعات مربوط به تکانه ی همه ی مولکول های گاز را در قالب یک کمیت متوسط آماری بنام دما فشرده می کنیم. کان و روولی معتقدند که دقیقا همین موضوع در مورد کل جهان هم صدق می کند.

توهم زمان کیهانی

ایده روولی روی کاغذ، ایده ی بسیار جالبی به نظر می رسد، اما آیا مدرکی دال بر صحت آن نیز وجود دارد؟ برای یافتن پاسخ، روولی و کان، فرضیه خود را با مدل های ساده به محک آزمون گذاشته اند. برای این کار، آنها به سراغ تابش زمینه ی کیهانی رفته اند. این تابش که در تمامی پهنه ی کیهان حضور دارد، یادگاری باقی مانده از زمان بیگ بنگ است و در واقع نمونه ی خوبی از یک رفتار آماری را در خود دارد که با گرفت میانگین از ویژگی های آن می توان گفت که این تابش ، عملا تابشی یکنواخت با دمای اندکی کمتر از سه درجه کلوین است. این دانشمندان می خواستند ببینند چنانچه اطلاعاتی نظیر شعاع جهان قابل مشاهده را در این مدل آماری وارد کنند آیا می توان جریان ظاهری زمان را از آن استنتاج کرد یا خیر؟

نتیجه ای که آنها بدست آورند، توالی حالت هایی بود که انبساط کیهان را دقیقا همانطور که از معادلات متعارف کیهان شناسی استنتاج می شود، توصیف می کنند. به عبارت دیگر، این توالی حالت ها رفتاری دقیقا مطابق با رفتار حاصل از یک « زمان کیهانی» را از خود بروز می دهند. البته برای آنکه بتوان فرضیه ی زمان گرمایی را روی کل جهان اعمال کرد، لازم است ابتدا نظریه ی کوانتومی گرانش را در اختیار داشته باشیم؛ نظریه ای که به رغم تلاش گسترده فیزیکدانان هنوز حاصل نشده است. با این وجود، همین که یک مدل ساده از تابش پس زمینه ی کیهانی هم توانسته براساس فرضیه زمان گرمایی به نتایج واقعی بیانجامد، بسیار امید بخش است. روولی می گوید: « در نظریه ی گرانش کوانتومی، مفهوم زمان اساسا نقش می بازد. همین نکته هموازه یکی از مسائل اساسی مطرح در ارتباط با این نظریه بوده است، بعنوان یک نظریه ی واقعی پذیرفت. اکنون ما مدل ساده خود را براساس فرضیه زمان گرمایی عملا نشان داده ایم که در حین اینکه مفهوم زمان در آن جایی ندارد، اما در عین حال می تواند رفتار جهانی شبیه جهان ما را بخوبی توصیف کند.»

واقعا شگفت انگیز است. شاید در عمیق ترین سطوح واقعیت، زمان همانند تابلوی نقاشی مشهور “تداوم حافظه” سالوادور دالی، ذوب شده و محو شود. شاید همان طور که روولی و برخی فیزیکدان های دیگر می گویند، زمان صرفا نتیجه ی نوع نگاه ما به جهان باشد. شاید زمان، نه بخشی از حقیقت جهان بلکه ناشی از آگاهی ناکامل ما از حقیقت جهان باشد. بنابراین اگر قرن ها اندیشیدن به زمان، معمای آن را همچنان لاینحل باقی گذاشته است، جای تعجب نیست، چرا که شاید اگر حقیقت را می دانستیم، دیگر اصلا زمانی وجود نداشت.