یک فیزیکدان ادعا می‌کند «پارادوکس پدربزرگ» سفر در زمان را حل کرده است

برای اطلاع رسانی شهرآرانیوز; سفر در زمان به دلیل “پارادوکس پدربزرگ” برای مدت طولانی غیرممکن بود. سوال این پارادوکس این است که اگر شخصی به عقب سفر کند و پدربزرگش را از به دنیا آوردن فرزند باز دارد (در نتیجه از تولد مسافر جلوگیری می کند) چه اتفاقی می افتد؟ یک مطالعه جدید ادعا می کند که این مشکل را حل کرده است. این تحقیق با ترکیب نسبیت عام، مکانیک کوانتومی و ترمودینامیک نشان می دهد که سفر در زمان بدون اینکه منجر به این تضادهای منطقی شود امکان پذیر است.

حلقه های فیزیک زمان

درک روزمره ما از زمان از فیزیک نیوتنی سرچشمه می گیرد، که بیان می کند که رویدادها به صورت خطی از گذشته به آینده پیشرفت می کنند. اما نظریه نسبیت عام اینشتین که در سال 1915 تکمیل شد، این فرض شهودی را به چالش می کشد. این نظریه نشان می دهد که تار و پود فضا-زمان می تواند به گونه ای رفتار کند که با ذهن ناسازگار است، مانند سیاهچاله ها. یکی از جالب‌ترین پیش‌بینی‌های نسبیت اینشتین، وجود احتمالی منحنی‌های بسته نسبت به زمان است. مسیرهایی در فضا-زمان که در درون خود نفوذ می کنند و از نظر تئوری به مسافر اجازه می دهند که گذشته را دوباره ببیند.

لورنزو گاچینو، فیزیکدان دانشگاه وندربیلت، نویسنده این مطالعه گفت: در نسبیت عام، نه تنها جرم، بلکه همه اشکال انرژی به عنوان منبع گرانش عمل می کنند. این بدان معناست که اگر ماده بچرخد، می‌تواند فضازمان را همراه خود بکشد.

در دنیایی که همه مواد در حال چرخش هستند، فضا-زمان می‌تواند به قدری پیچ خورده باشد که زمان عملاً روی خودش جمع می‌شود و یک حلقه تشکیل می‌دهد. یک سفینه فضایی که در چنین چرخه ای حرکت می کند، از نظر تئوری می تواند نه تنها در فضا، بلکه در زمان نیز به نقطه شروع خود بازگردد. اگرچه جهان ما به عنوان یک کل به این شکل نمی‌چرخد، توده‌های در حال چرخش – مانند سیاه‌چاله‌ها – می‌توانند اثرات مشابهی ایجاد کنند و یک محیط ممکن برای خطوط زمانی بسته ایجاد کنند.

پارادوکس های سفر در زمان

یکی از بزرگترین مشکلات سفر در زمان در پارادوکس هایی است که ایجاد می کند. «پارادوکس پدربزرگ» تنها یک نمونه است. این مشکلات به این دلیل به وجود می آیند که ما فرض می کنیم قوانین ترمودینامیک، قوانین حاکم بر گرما و انرژی، معمولاً در یک حلقه زمانی عمل می کنند.

گاواسینو می گوید: در واقع قانون افزایش آنتروپی (یک کمیت ترمودینامیکی که درجه بی نظمی در یک سیستم را اندازه می گیرد) تنها قانون فیزیک است که بین گذشته و آینده تمایز قائل می شود. تا آنجا که می دانیم، آنتروپی تنها دلیلی است که رویدادهای گذشته را به خاطر می آوریم و نمی توانیم رویدادهای آینده را پیش بینی کنیم.

آنتروپی بر بسیاری از تجربیات روزانه ما، از پیری بدن تا نحوه پردازش خاطرات، نظارت می کند. حتی اقدامات ساده مانند راه رفتن به اصطکاک متکی هستند که آنتروپی را افزایش می دهد. بنابراین چگونه این فرآیندها در یک حلقه زمانی رفتار می کنند؟

راه حل های کوانتومی برای پارادوکس ها

تحقیقات گاواسینو که در 12 دسامبر 2024 در مجله Classical and Quantum Gravity منتشر شد، راه حل جالبی ارائه می دهد. او با الهام از کار فیزیکدان کارلو روولی نشان داد که رفتار ترمودینامیکی عمدتاً در منحنی زمان بسته تغییر می کند. در چنین حلقه ای، تغییرات کوانتومی رخ می دهد که می تواند آنتروپی را از بین ببرد – فرآیندی کاملاً متفاوت از آنچه در زندگی روزمره تجربه می کنیم.

این تغییرات می تواند اثرات جدی بر روی مسافر زمان داشته باشد. به عنوان مثال، با کاهش آنتروپی، می توان حافظه فرد را پاک کرد و پیری را معکوس کرد. گاواسینو می پرسد: افزایش آنتروپی علت مرگ ماست. وقتی مرگ را وارونه می کنید چه اتفاقی می افتد؟ این پدیده حتی می تواند وقایع جبران ناپذیری مانند کشته شدن پدربزرگش را به رویدادهای موقتی تبدیل کند و این پارادوکس را کاملاً از بین ببرد.

گاواسینو می گوید: «بیشتر فیزیکدانان و فیلسوفان در گذشته استدلال کرده اند که اگر سفر در زمان وجود داشت، طبیعت همیشه راهی برای اجتناب از موقعیت های متناقض پیدا می کرد. در واقع «اصل خودسازگاری» طبیعت به گونه ای عمل می کند که همه چیز در کنار هم قرار می گیرد و داستانی منطقی و منسجم می سازد. به ویژه، من چارچوب استاندارد مکانیک کوانتومی را بدون مفروضات اضافی یا فرضیات بحث برانگیز به کار بردم، و نشان دادم که پیوستار خود سازمان یافته تاریخ به طور طبیعی از قوانین کوانتومی تبعیت می کند.

مفاهیم نظری و عملی

در حالی که یافته های گاواسینو چارچوب نظری جالبی برای سفر در زمان ارائه می دهد، این سوال همچنان باقی است: آیا خطوط زمانی بسته واقعاً در دنیای واقعی وجود دارند؟ اکثر فیزیکدانان شک دارند. به عنوان مثال، در سال 1992، استیون هاوکینگ “فرضیه حفاظت زمانی” را پیشنهاد کرد که قوانین فیزیک می توانند از تشکیل حلقه های زمانی در وهله اول جلوگیری کنند. این ممکن است شامل تاب برداشتن یا تاب برداشتن فضا-زمان قبل از تشکیل یک حلقه باشد.

با این حال، کار گاواسینو برای پیش بردن مرزهای درک ما ارزشمند است.

هاوکینگ در آن زمان گفت: «چیزی که در این مورد به نظر من جالب است این است که ما را مجبور می‌کند به نقش آنتروپی در تولید تجربه‌مان از جهان فکر کنیم. احتمالاً این موضوع مورد علاقه من در تمام فیزیک است.”

حتی اگر حلقه‌های زمانی وجود نداشته باشند، درک و مدل‌سازی آنها می‌تواند بینشی نسبت به پدیده‌های واقعی فراهم کند.