زمان: ماهیت گذشتن از قبل و رسیدن به بعد

خبرگزاری علم و فناوری آنا- هدا عربشاهی؛ زمان یکی از مفاهیمی است که ذهن بشر را از دیرباز به خودش مشغول کرده است. زمان، پیشرفت مداوم و بی‌انتهای هستی و رویدادها است. از گذشته می‌آید و ازطریق حال به شکلی برگشت‌ناپذیر سوی آینده پیش می‌رود. برای اندازه‌گیری زمان، می‌توانیم از هرچیزی که به‌طور مرتب تکرار می‌شود استفاده کنیم. برای‌مثال، شروع یک روز جدید، در‌حالی‌که زمین حول محور خودش می‌چرخد. یا فازهای ماه، وقتی این قمر به دور زمین می‌چرخد و فصول سال، وقتی زمین به دور خورشید چرخش می‌کند. درحقیقت، زمان معیار تغییر است. آن چیزی است که مقایسه میان «قبل» و «بعد» را ممکن می‌کند. و ازاین‌رو، ارسطو از زمان باعنوان «مدت‌ تغییر وجود» یاد می‌کند. درحقیقت، زمان در جایی قرار می‌گیرد که توالی میان دو حالت مختلف و نوعی موقتی‌بودن وجود دارد. همین ماهیت زمان که لحظه‌ای به لحظه‌ای بعد را توصیف می‌کند موجب شده که درطول تاریخ، فلیسوفان و دانشمندان بسیاری از چشم‌انداز فلسفه و علم دنبال ارائه تعریفی درست برای آن باشند.

علوم طبیعی، به‌ویژه فیزیک، از پارامتر زمان به‌مثابه مختصاتی برای توصیف ریاضی تکامل دینامیکی اجسام استفاده می‌کند و دیدگاه علمی، اندازه‌گیری روابط زمانی را توصیف می‌کند حتی اگر بااستفاده از این اندازه‌گیری‌ها فقط ویژگی‌های کیفی خاصی از زمان بررسی شود. از جمله این ویژگی‌ها می‌توان به جهت‌داربودن، خصوصیت پیوستگی، گسستگی و نسبیت زمان اشاره کرد. در فیزیک و ریاضی زمان را حتی می‌توان به شکل انتزاعی هم لحاظ کرد. برای‌مثال، در معادلات می‌توان زمان را با مقادیر منفی در نظر گرفت و این خصوصیت ریاضی، نه‌فقط بازتاب آن چیزی نیست که در نظم واقعی رخ می‌دهد که خلاف آن‌ هم هست.

همان‌طورکه اشاره شد، ویژگی مهم مفهوم «زمان» این است که نشانگر ماهیت تغییری برگشت‌ناپذیر است. اگر در مفهوم عام، تغییر چیزی است که بر واقعیتی فیزیکی رخ می‌دهد پس برگشت‌ناپذیری زمان را هم می‌توان با مفهوم «پیکان زمان» که با اصل دوم ترمودینامیک ارتباط دارد توصیف کرد. براساس این اصل، انرژی و گرما به‌طور برگشت‌ناپذیری به سمت یکنواختی متمایل می‌شوند. به‌عبارتی دیگر، هیچ فرایند ترمودینامیکی وجود ندارد که با گذر زمان با افزایش آنتروپی همراه نباشد. آنتروپی را می‌توان معادل بی‌نظمی دانست. ازاین‌رو، این افزایش آنتروپی (بی‌نظمی) برابر است با افزایش اتلاف انرژی و سازگار با فرایند برگشت‌ناپذیر و اصل نابرابری گذشته و آینده. به بیانی ساده، هر جا مقدار آنتروپی افزایش داشته باشد، نشان می‌دهد که زمان به سمت آینده میل کرده است.

زمان از دیدگاه نیوتن و کانت

آیزاک نیوتن، ریاضی‌دان و فیزیک‌دان انگلیسی سده‌های هفده و هجده میلادی، زمان را مطلق و به‌صورت جریانی یکنواخت و نامتناهی و مستقل از اجسام تصور می‌کرد. این زمان چیزی نبود جز ایدئال‌سازی برابر با فضای مطلق و بی‌نهایت. ایمانوئل کانت، فیلسوف آلمانی عصر روشنگری، از بعضی جهات، همین مسیر فکری نیوتن را پیمود با این تفاوت که زمان اید‌ئال نیوتنی را به شهود پیشینِ حساسیت درونی انسان تقلیل داد. کانت معتقد بود مکان و زمان، اشکال پیشینِ (A priori) تجربه‌اند، یعنی تجربه محصول مکان و زمان است، به‌عبارت‌دیگر، خود سوژه، تجربه را در فضا در زمان معینی قرار می‌دهد. از نظر کانت، نباید زمان و مکان را دو تصوری دانست در کنار سایر تصورات بلکه دو جامه‌ای هستند که ذهن بر تن هر ادارک حسی می‌پوشاند و شرط هر نوع ادارک حسی این است که اجسام، در قالب زمان و مکان بر ما پدیدار شوند و ازاین‌رو، زمان و مکان، کلی نیستند بلکه جزئی و کل از اجزائند.

کانت اولین کسی نبود که فضا و زمان را جدا از هم درنظر نگرفت. بلکه از پیش‌ازمیلاد مسیح این اندیشه وجود داشت. برای‌مثال، اینکاها، بومیان آمریکای جنوبی ساکن رشته‌کوه آند از گذشته تا امروز، زمان و مکان را به‌‌مثابه مفهومی واحد در نظر گرفته‌اند و آن را پاشا می‌نامند.

فضازمان یا جهان چهاربعدی

اقلیدس، ریاضیدان یونان باستان و از اهالی شهر اسکندریه که به پدر هندسه معروف است بیش‌از دوهزار سال قبل، جهان را متشکل از سه بعد مکان و یک بعد زمان توصیف و از زمان به‌عنوان بعد چهارم یاد کرد. اما نظریه بعد چهارم با پیشرفت علم و به‌تدریج، ابعادی کامل‌تر از فضای چهاربعدی اقلیدس گرفت. برای‌مثال، هرمان مینکوفسکی، ریاضی‌دان و فیزیک‌دان آلمانی در قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم میلادی، مختصاتی باعنوان فضازمان مینکوفسکی را بااستفاده از نمادگذاری چهاربردار عرضه کرد که نوعی تنظیم ریاضی برای نظریه نسبیت خاص اینشتین است و در آن، زمان همان بعد چهارم در نظر گرفته می‌شود.

درحقیقت، آلبرت اینشتین به‌طور قطعی ایده زمان مطلق را در فیزیک حذف کرد. از نظر این فیزیکدان آلمانی قرن بیستم، زمان یا بهتر است بگویم فضازمان مفهومی است که نسبت به حالت حرکت یک مرجع معین تعریف می‌شود و در نظریه نسبیت عام توصیف یکپارچه‌ای از گرانش به‌عنوان یک ویژگی هندسی فضا‌زمان ارائه می‌دهد. این‌بدان‌معنی است که در فیزیک نسبیت، زمان نمی‌تواند از سه بعد فضا جدا باشد. به‌طوری‌که، بر‌اساس نسبیت خاص، نرخ گذر زمان برای جسمی که ناظر به آن نگاه می‌کند بستگی به نسبت سرعت جسم و سرعت ناظر دارد. برای‌مثال، زمان در سرعت‌های بالا کندتر حرکت می‌کند و به‌عبارتی تاخیر دارد. و براساس نسبیت عام شدت میدان گرانشی نرخ گذر زمان را کاهش می‌دهد. یعنی اگر جسمی نزدیک ستاره‌ای با میدان گرانشی بالا حرکت کند زمان در این جسم کندتر از زمان در جسمی می‌گذرد که از این ستاره دورتر است.

سفر در زمان

در ادبیات علمی‌تخیلی داستان‌های بسیاری از ماشین زمانی سخن می‌گویند که انسان سوار بر آن می‌تواند به گذشته و آینده سفر کند و به‌خصوص با سفر به گذشته سرنوشت آینده گذشتگان یا همان زمان حال خودش را تغییر دهد.

در اینجا هم بار دیگر پای قانون دوم ترمودینامیک وسط می‌آید. زیرا سفر به زمان گذشته، قانون دوم ترمودینامیک را نقض می‌کند. قانونی که بیان می‌کند آنتروپی یا بی‌نظمی‌های تصادفی همواره باید افزایش یابند و بنابراین، زمان فقط می‌تواند در یک جهت (روبه‌جلو) حرکت کند. به‌بیانی‌ساده، سفر به گذشته به‌معنی رفتن از اکنون (حالت آنتروپی بیشتر) به قبل (حالت آنتروپی کمتر) است و این براساس اصل دوم ترمودینامیک غیرممکن است.

استفان هاوکینگ، کیهان‌شناس انگلیسی در این‌خصوص می‌گوید: «تفاوت میان گذشته و آینده از کجا برآمده است؟ هرچند قوانین علم میان گذشته و آینده تمایزی قائل نمی‌شود، باوجوداین، در زندگی عادی تفاوتی بزرگ میان گذشته و آینده وجود دارد. ممکن است ببینید یک فنجان از روی میز به زمین بیفتد و تکه‌تکه شود اما هرگز نخواهید دید که فنجان تکه‌های خود را جمع کند و به بالا بپرد و روی میز برگردد. افزایش بی‌نظمی یا همان آنتروپی چیزی است که گذشته را از آینده متمایز می‌کند و به زمان جهت می‌دهد.»

غیرممکن‌بودن سفر به زمان گذشته برپایه استدلالی است که آرتور ادینگتون، کیهان‌شناس انگلیسی نیمه نخست قرن بیستم ارائه کرده است. هرچند این استدلال می‌تواند درست باشد اما در بهترین حالت ناقص است. زیرا فقط درباره ممکن‌ناپذیری سفر به گذشته حرف می‌زند اما درباره سفر به زمان آینده چیزی نمی‌گوید. به‌همین‌علت، بعضی دریافت‌ها از نسبیت عام توضیح می‌دهند که سفر در زمان می‌تواند به‌طریقی ممکن باشد اما فقط در ناحیه‌ای از فضازمان که به نحوی خاص پیچ‌وتاب خورده باشد. اما این دریافت‌ها هم با تکه بر «اصل واقعیت هم‌اکنون»، توضیح می‌دهند که مسافران زمان نمی‌توانند در فضازمان به مناطق قبل‌از وجود منطقه‌ای که در آن هستند سفر کنند و به‌همین‌دلیل است که ما هرگز هیچ مسافری از آینده ندیده‌ایم و جهان تاکنون به‌ تسخیر «گردشگران از آینده» در نیامده است.

زمان از نگاه مغز

زمان، چیزی است که در هجوم بی‌امان به جلو می‌تازد. و هرچند یک ثانیه مقداری ثابت است اما از نظر انسان بعضی از ثانیه‌ها طولانی‌تر یا کوتاه‌تر از ثانیه‌های دیگر به‌نظر می‌رسند. برای مثال، وقتی منتظر تلفن مهمی هستیم ممکن است زمان از نظرمان کش بیاید و برعکس وقتی با دوستانمان سرگرم تفریح هستیم تصور می‌کنیم که زمان تندتر شده است. پاسخ برای اینکه چرا از نظر انسان گاهی زمان کوتاه و گاهی بلندتر از تعریف ثابت آن به‌نظر می‌رسد را نه فیزیک و نه فلسفه می‌داند بلکه فقط علوم اعصاب است که می‌تواند درخصوص این معمای ذهن توضیح دهد زیرا این مغز است که فراسوی فیزیک و فلسفه، تفسیرهای خودش را از ماهیت زمان دارد.  ماسامیچی هایاشی، پژوهشگر مرکز اطلاعات و شبکه‌های عصبی اوزاکا در ژاپن که درباره نحوه درک مغز از زمان و اعداد مطالعه می‌کند در گفت‌وگو با مجله علمی آنلاین BrainFacts.org دراین‌خصوص توضیح می‌دهد: «فعالیت در کورتکس جداری با میزان دقت افراد در درک مدت زمان مرتبط است. بعضی پژوهش‌ها سلول‌های زمانی را در ناحیه هیپوکامپ گزارش کرده‌اند که بیشتر به درک زمان در محدوده طولانی‌مدت مثل حافظه بلندمدت مربوط می‌شوند و نورون‌های هیپوکامپ از اطلاعات مربوط به زمان و مکان برای رمزگذاری خاطرات استفاده می‌کنند. همچنین به‌نظر می‌رسد کورتکس جداری در درک زمان در لحظه کنونی نقش دارد، در‌حالی‌که هیپوکامپ زمان را در گذشته و از‌طریق خاطرات درک می‌کند.

هایاشی درپاسخ به این پرسش که چرا زمان در بعضی لحظات تندتر و در لحظات دیگری کندتر احساس می‌شود می‌گوید: «مدت زمان عینی و ذهنی اغلب با هم مرتبط هستند، اما در بعضی موارد می‌توان آنها را ازهم جدا کرد. درواقع، نحوه درک شما از زمان کاملاً به زمینه محرک‌ها بستگی دارد. اگر به یک نوع محرک توجه بیشتری نشان دهید ممکن احساس کنید که نسبت به زمانی که به آن کمتر توجه می‌کنید دوام بیشتری دارد. در آزمایشی، به گروهی از شرکت‌کنندگان دایره‌ای خاکستری را در مدت زمان مشخص به‌مدت ۳۰ مرتبه نشان دادیم و دریافتیم نورون‌هایی که مسئول درک این دایره بودند پس‌از تکرارهای مکرر تصویر، فرسوده شدند که ما آن را خستگی عصبی می‌نامیم. در نتیجه این فرسودگی، زمان دیدن دایره خاکستری از نظر مشاهده‌کنندگان طولانی‌تر به‌نظر رسید.»