خلاصه کتاب: نظم زمان

این مطلب خلاصه‌ای است از کتاب معروف «نظم زمان» که توسط فیزیکدان نام‌آور ایتالیایی کارلو روولی نوشته شده است. این خلاصه‌ی کتاب را کمند حسن‌نژاد تهیه کرده است. کمند هم‌اکنون سال دوازدهم دبیرستان را گذرانده و چند مطلب دیگر از او در سایت ستاره‌شناس منتشر شده. کتاب نظم زمان با ترجمه‌ی مزدا موحد توسط انتشارات نشرنو چاپ شده است. همین کتاب توسط مترجمی دیگر با نام آهنگ زمان منتشر شده است.
کتاب نظم زمان دارای یک مقدمه، سه بخش و 13 فصل است. من و کمند امیدواریم این خلاصه‌ی کوتاه از این کتاب مطالب اصلی آن‌را برای خواننده بازگو کرده و او را تشویق به خواندن اصل کتاب کند.
محمد همایونی ـ 5 مرداد 1402

شاید زمان بزرگترین معما است

علم فیزیک هر روزه ما را با موضاعات چالش‌برانگیز خود آشنا می‌کند ولی گویی بحث زمان همواره برای کارلو روولی جذاب بوده است. ما در این کتاب شاهد یک عمر تلاش نویسنده برای بازگو کردن معنایی دقیق برای زمان هستیم. در حالی که نسبی بودن زمان برای ما آشکار است هنوز نمی‌دانیم که این یک چرخه کیهانی در آیین هندو است یا دریچه‌ای رو به جهان به ما باز می کند. یا شاید زمان نظمی باشد که هنوز به وجود حقیقی آن پی‌نبرده‌ایم.

بخش 1: فروپاشی زمان

آیا یک زمان واحد وجود دارد یا اینکه ذهن ما از روی تعصب، زمانی واحد را پذیرفته است؟ روولی در پاسخ این سوال زمان‌های بسیاری را بازگو می‌کند. اینکه زمان در هر نقطه از فضا متفاوت است بیانگر بی‌شمار زمان در عالم است. این موضوع تنها در فضای خارج زمین رخ نمی‌دهد بلکه حتی در یک ازمایشگاه فیزیک، ساعت روی میز و روی زمین نسبت به هم تفاوت دارند، که این تفاوت را تنها می‌توان با زمان سنج های تخصصی تشخیص داد. اینکه زمان در ارتفاع پایین‌تر کندتر از ارتفاع بالاتر بگذرد حقیقتی ثابت شده و چالش برانگیز است. ما این بحث کند شدن زمان را از طریق نظریات آلبرت انیشتین شاهد بودیم، ولی حتی اگر زمان به صورتی نسبی باشد و دو زمان را بتوان نسبت به هم مقایسه کرد (که این یعنی زمان واحدی وجود ندارد ) آیا طبق گفته آناکسیماندر اشیا براساس نظم زمان به یکدیگر غرامت می‌پردازند؟ ما می‌دانیم که در فیزیک، زمانِ ویژه برای پدیده‌های خاص که آهنگ مخصوص به خود را دارند وجود دارد؛ ولی این به معنی وحدت زمان نیست یا به قول روولی کمیت واحد زمان در تار عنکبوتی از زمان‌ها تکثیر می‌شود.

زمان را رودخانه‌ای در نظر بگیرید که جاری است. در این‌جا سرعت رودخانه مهم نیست بلکه واژه جاری بودن آن مهم است؛ این چیزی است  که دانشمندان پیکان زمان می‌نامند. پیکان زمان یعنی جاری بودن ابدی زمان از گذشته تا آینده. زمان این‌جا یک خط با دو جهت یکسان نیست، بلکه خطی جهت‌دار است که همان قضیه علت قبل از معلول می‌آید را نشان می‌دهد.

این توصیف برای اولین بار از طریق حرارت و قضیه آنتروپی (قانون دوم ترمودینامیک که مقدار آنتروپی را ثابت یا در حال افزایش می‌یابد، ولی هرگز برعکس آن یعنی کاهش آنتروپی امکان‌پذیر نیست) شکل گرفت. این قانون تنها قانونی است که گذشته و آینده را از هم جدا می کند در حالی که در دیگر قوانین بنیادین طبیعت تفاوتی میان این دو وجود ندارد. یا به عبارتی پیکان زمان تنها هنگام حضور حرارت ظاهر می‌شود. که این پیکان با معادله‌ی آنتروپی خود را نشان می‌دهد. این معادله بین گذشته و آینده تفاوت ایجاد می‌کند.

بولتزمن مفهوم آنتروپی را به عنوان کمیتی که بخش مبهم و تار نگاه ما از دیدگاه میکروسکوپی اشیاء نشان می‌دهد، معرفی کرد. اگر از دیدگاه میکروسکوپی اشیا را مشاهده کنیم تفاوت گذشته و آینده از بین می‌رود چون به قول روولی در الفبای بنیادین چیزها تمایزی میان علت و معلول نیست پس تفاوتی میان گذشته و آینده هم نیست.

اما آیا این نسبی بودن زمان تنها برای ارتفاع‌های مختلف معنی داشت؟ خیر، علاوه بر ارتفاع؛ سرعت نیز زمان را کند می‌کند یا به عبارتی گذر زمان برای شخص متحرک کندتر است. این چیزی بود که آلبرت اینشتین در نظریه نسبیت خاص به آن پرداخت. ولی برای مشاهده‌ی آن، این حرکت باید خیلی سریع باشد تا کندی زمان را در ذهن تجربه کنیم، نزدیک به سرعت نور. سرعتی که معادلات مکسول را نمی‌سنجد، در این حالت گویی زمان برای آن جسم در حال حرکت منقبض می‌شود که این هم با توجه به حرکت آن جسم متفاوت است، چرا که حرکت نیز نسبی است و اینجاست که مفهوم اکنون بی‌معنی می‌شود.

در واقع زمان حتی میان دو شخص که در اتاقی یکسان هستند نسبت به هم متفاوت است. پس همواره چند نانوثانیه یا چند هزارم ثانیه اختلاف  زمانی میان آن دو جسم وجود دارد که به دلیل کم بودن آن ما آن را حس نمی‌کنیم. تنها هنگامی شاهد آن خواهیم بود که این کند شدن زمان در فضا زمان و در مکانی که سالیان نوری از ما دور است رخ بدهد. پس به قول روولی «هیچ اکنونی در عالم وجود ندارد  مفهموم اکنون برای چیزهای نزدیک به ما وجود دارد نه چیز هایی که از ما دور هستند.»

به عنوان مثال پیام ارسالی  شما بعد از 4 سال به خواهرتان در سیاره‌ی پراکسیما b خواهد رسید! پس اکنون، گذشته و آینده توهمی بیش نیستند. اگر بخواهیم زمان و وقایع آن را در نموداری نشان دهیم، از آن جایی که اکنون واحدی وجود ندارد  می توان از قیف های نوری استفاده کرد. قیف نوری ساختاری است که روولی از فضا زمان ارائه میدهد و اگر همواره به سوی اینده حرکت کنیم میتوانیم به همان نقطه اولیه در فضا زمان برگردیم چیزی که کورت گودل به آن پی‌برد.

زمان چیست؟ تنها چیزی که از آن اطمینان داریم این است که با توجه به هر شخص و تجربیاتش  زمان کشسان است. زمان در کلاس های درسی مورد علاقه‌مان  برایمان سریع می‌گذرد و بالعکس در مکان‌هایی که دوست نداریم برایمان کند است. در واقع زمان چیزی بوده که همواره در طول تاریخ سعی در اندازه‌گیری آن داشته‌ایم.  روزها را شمرده‌ایم، تقویم نوشته‌ایم، برای ان ساعت های مختلف ساخته ایم و.. ولی در نهایت مشاهده کردیم که در تمام نقاط زمین یکسان نیست و استاندارد زمانی برای تمام کشور ها تعیین کردیم. هنوز بشر  این را درک نکرده بود که انیشتین فهمید نظم زمان ممکن نیست و تنظیم دقیقی برای آن نمیتوان ارائه کرد.  در حالی که در تمام این مدت ( در طول تاریخ )، زمان برای فرهیختگان  کمیتی مورد بحث بود. از ارسطویی که زمان را سنجیدن  تغییر می‌دانست تا نیوتونی که آن را مطلق و ریاضی‌گون می‌دید.  حاصل پیوند این دو فکر را آلبرت اینشتین در نظریه فضا زمان خود بیان کرد جایی که هم ارسطو درست می‌گفت و هم نیوتن.  پس، از نظر اینشتین زمان قسمتی از هندسه‌ای پیچیده است که با فضا درآمیخته  (فضا-زمان). و این به هردوی ارسطو و نیوتن پاسخ مثبت می‌دهد چراکه زمان در این حالت هم مطلق و حقیقی نیوتن است و هم سنجش تغییر ارسطو.

در فصل آخر بخش یک، روولی به کوانتوم‌های زمان می‌پردازد جایی که زمان به طور کامل فرومی‌پاشد. در تمام این بخش شاهد فروپاشیدن گذشته؛ آینده و حال (اکنون) بودیم. ولی هنگامی که به مکانیک کوانتومی وارد می‌شویم نمیتوان از هیچ کمیتی اطمینان داشت. کوانتوم، زمان را در حال نوسان توصیف می‌‌کند که فقط می‌تواند مقدار مشخصی داشته باشد. این به همان جنبه‌ی دانه‌ای بودن در کوانتوم اشاره دارد مفهومی که به زمانی بسیار کوتاه اختصاص دارد یعنی همان زمان پلانک. زمان پلانک مقیاس و زمانی حداقل برای تمام پدیده‌ها است (10^-44 ثانیه).

علاوه بر زمان پلانک طول پلانک نیز حد کمینه‌ای از طول است که طول‌های کوتاه تر از آن وجود ندارد.  هنوز نمی‌دانیم در مقیاس طول پانک  زمان چه رفتاری از خود نشان می‌دهد. منظور از در نوسان بودن زمان در کوانتوم، حالتی است که تمایز گذشته و حال و آینده فقط در لحظات خاصی معین هستند.  به طوری که یک واقعه هم می‌تواند قبل و هم بعد از واقعه‌ی دیگر باشد.

از نظر من این فروپاشی کلی زمان بود جایی که دیگر زمانی وجود ندارد. به همین دلیل بخش بعدی این کتاب جهان بدون زمان نام دارد.  در مکانی که  که نه زمان واحدی وجود دارد و نه گذشته و حال و اینده، پس به نقل از روولی  چه چیزی از زمان مانده است؟!

بخش 2: جهان بدون زمان

در جهانی بدون زمان چه چیزی رخ میدهد ؟ آیا همه چیز منجمد میشود و تغییری اتفاق نمی افتد؟ خیر، جهان ما تشکیل شده از وقایع است ؛تمام چیز هایی که در جهان رخ میدهند یک واقعه هستند،  باید در نظر داشت که این وقایع میتوانند طولانی و پیجیده نیز باشند ولی در نهایت واقعه اند نه اشیا.  مرزبندی این وقایع نه تنها مکانی بلکه زمانی هم هست،   و این همان گفته ی ارسطو است که زمان چیزی نیست جز سنجیدن تغییر. این تغییرات و شبکه ای از وقایع  هستند که جهان را به وجود آورده اند نه اشیا. پس نبود زمان به معنی بی حرکت بودن نیست، بلکه منظور آن است که جهان آنگونه که فکر میکردیم توسط یک خط زمانی منظم هدایت نمی شود.

ما چه چیزهایی را واقعی مینامیم ؟چیزهایی که در حال (اکنون) وجود دارند.  در لحن زبانی برای دیگر پدیده ها اگر در آینده باشد میگوییم واقعی خواهند بود و در اگر در  گذشته باشند میگوییم واقعی بوده اند. این است تفاوت گفتاری در جهان که واقعیت را به حالاتی تقسیم میکند.  فیزیک قرن بیستم برای واقعیت حالاتی را تعریف میکند که از هم متفاوت هستند. چرا که عالم را نباید سلسله ای از اکنون ها فرض کرد.  اولین حالت ازلی گرایی است.ازلی گرایی  یعنی حال و گذشته و آینده به تساوی واقعی هستند و فضا زمان هم وجود دارد و چیزی جریان ندارد.  حالت دوم عالم بلوکی است. عالم بلوکی گذر از لحظه ای به لحظه ای دیگر را توهم می داند. هر دوی این حالات به معنی توهمی بودن ساختار زمانی عالم نیستند، اینکه گفته آلبرت انیشتین (تمایز بین گذشته و حال و آینده صرفا توهمی دیرپا و سرسخت است )

واقعی باشد برای فیزیکدانان مبهم است. او این گفته را خطاب به دانشمندان نگفت. بلکه آن را برای تسلی دادن خواهر دوستش برای مرگ دوستش میشل بسو نوشت، روولی به این نکته اشاره دارد که توهمی بودن زمان را صرفا با این گفته انیشتین نمیتوان ثابت کرد.

برخی معادلات در فیزیک کوانتوم فاقد متغییر زمان هستند. شاید جهان بدون زمان همان جهانی در ابعاد کوانتومی باشد. از جمله این معادلات، گرانش کوانتومی است. این معادله (ویلر-دویت :توسط برایس دویت و جان ویلر نوشته شده است) روابط ممکن میان مقادیر متغییر را توصیف می کند.  همچنین در معادلات گرانش کوانتومی حلقه ای نیز متغییر زمان وجود ندارد. این کوانتوم ها در مقیاس پلانک شبیه شبکه ای از دانه های متصل به هم هستند که به آن شبکه های اسپین می گوییم.  در واقع رخ دادن جهش در همین شبکه ها در مقیاس بزرگ است که در دید و ذهن ما فضا_زمان میشود. مکانی دیگر که در آن نوسانات بزرگ زمان را شاهد خواهیم بود، زمان لازم برای انفجار سیاهچاله در وضعیت کوانتومی ماده در دمای صفر کلوین است.  این چنین نظریه ها فاقد زمان فیزیک پایه هستند و زمان را در سطحی کوانتومی بررسی می کنند.

بخش 3: منابع زمان

در این بخش روولی زمانی فروپاشیده را به نحوی بازسازی میکند تا معنای زمانی که میسنجیم را درک کنیم. اگر زمان وجود ندارد پس زمانی که ساعتمان اندازه میگیرد چیست ؟ برای پاسخ به آن باید با مفهوم زمان حرارتی آشنا شویم.  این مبحث را میتوان از پیوند میان انرژی و زمان که فیزیکدانان جفت مزدوج می نامند شروع کرد. اینگونه میتوانیم  تفسیری برای زمانی که هرگز به عقب نمی رود (جریان دارد) و قابل اندازه گیری است ارائه دهیم.

زمان   انرژی  وضعیت بزرگ مقیاس

به این رابطه توجه کنید.   ما میدانیم که معادلات تغییرات زمان تابع انرژی هستند. انرژی نیز  در زمان بقا دارد.حال اگربخواهیم رابطه بالا را درک کنیم،  برای فهم  ان باید اول زمان را مستقل از سایرین بشناسیم. سپس مفهوم انرژی را بدانیم و در آخر  وضعیت مقیاس بزرگ. ولی این رابطه را میتوان برعکس نیز تعریف کرد یعنی یک وضعیت بزرگ مقیاس با بینشی تار از عالم یک انرژی را حفظ میکند و این به نوبه خود زمان تولید می کند. تعریف زمان حرارتی نیز از این رابطه مشتق می شود زمان حرارتی یعنی زمانی را که توسط وضعیت بزرگ مقیاس تعیین شود.  و این بیشترین شباهت را با  متغییر زمانی که ما میشناسیم دارد .

علاوه بر این، زمان ریشه کوانتومی نیز دارد. الن کان ریشه کوانتومی زمان را  به گونه ای تعریف میکند که تعویض ناپذیری متغیر های کوانتومی نام دارد.  یعنی حالتی که مکان و سرعت به دلخواه نمیتوانند جابه جا شوند. این نشان میدهد که در زمان کوانتومی اندرکنش ها تا حدودی ترتیب دارند. از نظر روولی هر دوی این زمان ها (کوانتومی و حرارتی ) جنبه هایی از یک پدیده واحد اند،  وهمین متغییرزمان ها است که در عالم واقعی خود زمان می نامیم. اما هنوز به بازسازی کامل زمان فروپاشیده  نرسیده ایم. چراکه این زمان (ریشه کوانتومی زمان و زمان حرارتی ) جهت ندارد و تمایزی میان گذشته و آینده قائل نمی باشد.  پس حاوی جریان زمان نیست و باید کامل تر شود که آن را همانند زمان واقعی درون ذهن مان درک کنیم.

اکنون باید به دلیلی بپردازیم که تمایز گذشته و آینده را به وجود آورده است. از نظر روولی این تنها به دلیل وجود کمیت نسبی آنتروپی است.  در گذشته مقدار کمی از  کمیت آنتروپی وجود داشته است. و هماگونه که دانشمندی به نام کلازیوس آن را اثبات کرد، مقدار آنتروپی هرگز کاهش نمی یابد یا ثابت است یا در حال افزایش (در بخش یک به آ پرداختیم). میتوان  کمیت آنتروپی  را همانگونه قبول کرد که کلازیوس توصیف میکند  ولی روولی برای بیان آن از اندرکنش ها سخن می گوید.  اندرکنش هایی که سبب جریان زمان شده اند. به گونه ای که ما و اندرکنش خاص ما با عالم سبب این پدیده (تمایز گذشته و آینده ) شده است. همچنین روولی،  پیکان زمان را ناشی از خود ما انسان ها می داند.به این معنی که  ما انسان ها به این جریان زمان خو گرفته ایم و این همان نحوه خاص اندرکنش ما با عالم است. در واقع کیهان از نظر او فاقد آرایشی خاص است و این ما هستیم که عضو سیستم فیزیکی خاصی هستیم که وضعیت کیهان هم نسبت به آن سیستم خاص بوده است. این به قانون دوم ترمودینامیک اشاره دارد یعنی در یک زیرمجموعه از کیهان آرایشی خاص باشد و در این زیرمجموعه خاص از کیهان، آنتروپی کیهان در گذشته کم بوده است.  از نظر روولی رشد آنتروپی در عالم خاستگاه احتمالی پدیده زمان است،  پس این به دلیل وجود  کمیت آنتروپی است که عالم در نظر انسان ها  میان گذشته و آینده تمایز قائل است.

اما چگونه یک آنتروپی کم سبب این پدیده می شود ؟ آنتروپی اگر چه کم باشد با حرارت همراه است. همان حرارتی که در بخش یک سبب به وجود آمدن پیکان زمان و برگشت ناپذیری جریان زمان بود. در واقع میتوان گفت که آنتروپی کم عالم است که جهان را می گرداند نه انرژی. در فرایندی که انرژی به انرژی حرارتی تبدیل بشود آنتروپی افزایش می یابد و این برگشت ناپذیر است. یعنی  همان قانون ترمودینامیک که جهان بر پایه آن راه می یابد. چرا که بدون آنتروپی کم این انرژی در عالم پخش می شد و گویی جهان منجمد میشد. به این دلیل که به حرارتی یکنواخت می رسید و در این صورت فرقی میان گذشته و آینده وجود نداشت. ولی باید توجه داشت که این افزایش آنتروپی در جهان به صورتی تدریجی است، مثلا یک شی که از اتم هایی ساخته شده است می تواند سالیان طولانی همانگونه بماند مانند یک چوب یا یک سنگ. ولی هنگامی که ترکیب های این شی از هم گسیخته شوند، آنگاه مقدار حرارت زیاد شده و این با افزایش آنتروپی همراه است. علاوه بر این، در جهانی که  ما مشاهده می کنیم با رد ها و علیت هایی روبه رو می شویم ؛که همین رد ها نشانه ای از گذشته اند.  رد هایی از اتفاقی که قبلا افتاده است و اتفاقی که در آینده خواهد افتاد. وجود این رد ها تنها به دلیل فرایند برگشت ناپذیر حرارت یا همان آنتروپی کم است. چون در دنیایی فاقد حرارت همه چیز به حالتی منجمد می ماند و ردی هم باقی نمی ماند. اکنون تقریبا بازسازی زمان فروپاشیده را کامل کردیم ودانستیم که گردش عالم را بر پایه ی آنتروپی کم است.

من چه کسی هستم؟ چرا زمان را حس میکنم یا بهتر است بگویم چرا زمان را در درون خود می یابم ؟ خودم را نمیدانم ولی زمان برای بودا رنج است،  نه تنها زمان بلکه حال نیز برایش رنج است.  اکثر فلاسفه تاریخ زمان را چیزی در درون خود بشر توصیف می کنند. چیزی که از ابتدا درون حافظه ما وجود داشته، حافظه ای که محصول خاطراتمان از گذشته است. روولی نیز حافظه را به گونه ای وصف می کند که مجموعه ای از لحظه ها ست که توسط ریسمان محکمی به گذشته ما وصل شده است. چیزی که از نظر روولی اهمیت دارد این است که برای درک بهتر زمان باید خود را بررسی کنیم. یعنی بررسی کنیم که کیستیم و چرا ساختار ذهن ما وقایع را ثبت می کند.  برای روولی بودن میان وقایع گذشته و آینده،  جریان زمان را در ذهن رقم می زند. همانگونه که عالم دینی آگوستین نیز زمان را درون خود می یابد چیزی که اکنون در ذهن ما رخ می دهد برای او زمان نام دارد. آگوستین این ها  را ردی از گذشته میبیند رد هایی که سبب وجود زمان در مغز او شده اند،  درست چیزی که فیلسوف آلمانی کانت به آن باور دارد او شکل گیری زمان را توسط حس درونی خود بیان می کند. یا مارتین هایدگر که زمان را بشری می داند، یعنی  چیزی که سروکار بشر است.  تمامی این ها تنها نوشته هایی بجا مانده یا ردی از گذشته اند. شاید هیچ کدام از ما مفهوم زمان را نمیدانیم و به همین خاطر است که در درون خود به دنبال آن هستیم.

فکرمی کنم دیگر به پایان ماجرا رسیده باشیم اما هنوز چیزی از زمان نمیدانیم. در این سفر از فروپاشی زمان شروع کردیم و تک تک چیز هایی را که به وجود آن باور داشتیم با منطق و آزمایشات اثبات شده از دست دادیم.  به عبارتی دانستیم که زمان جدا از تجربیات ما بود، چیزی فراتر از گذشته، حال و آینده چیزی که تنها تجربه شخصی ما است. چرا که ما به سرعت نور حرکت نمیکنیم تا کند شدن آن را حس کنیم. تجربه ای که ما داریم زمانی یکنواخت و در حال گذر است، درست مانند همان جریان رودخانه که در بخش یک به آن اشاره کردیم. سپس وارد جهانی بدون زمان شدیم جایی که در مقیاس کوانتومی و در معادلات آن میتوانستیم متغییر زمان را نادیده بگیریم. و در نهایت به بازسازی ازمان رسیدیم، جایی که تلاش کردیم زمان فروپاشیده را در جایگاه باور هایمان از نو بسازیم و دلیلی برای جریان زمانی پیدا کنیم که آن را سالیان است در درون خود داریم. ولی دوباره به جهل خود از زمان پی بردیم.

زمان خود ماییم.

ما این فضا هستیم،

این محوطه ای که آثار حافظه درون اتصالات نورون های ما باز کرده است.

ما خاطره هستیم.

ما دلتنگی هستیم

ما در آرزوی آینده ای هستیم که نخواهد آمد.

کارلو روولی

نوشته کمند حسن نژاد.

این مطلب در حال روزآمدشدن است.