چه بخوانیم: پاسخ های مختصر به سوالات بزرگ آخرین کتاب استیون هاوکینگ است

2024 نویسنده: Malcolm Clapton | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 03:54

گزیده ای از کار دانشمند بزرگ در مورد امکان سفر در زمان.

ارتباط نزدیک با سفر در زمان، توانایی حرکت سریع از یک نقطه در فضا به نقطه دیگر است. همانطور که قبلاً گفتم، انیشتین نشان داد که نیروی رانش جت بی نهایت قدرتمند برای شتاب دادن یک فضاپیما به سرعت نزدیک به نور مورد نیاز است. بنابراین تنها راه برای حرکت از بخشی از کهکشان به قسمت دیگر در یک بازه زمانی معقول این است که بتوانیم فضا-زمان را به گونه ای تا کنیم که یک لوله کوچک یا "کرم چاله" تشکیل شود. می تواند دو بخش کهکشان را به هم پیوند دهد و به عنوان کوتاه ترین مسیر بین آنها عمل کند. شما می توانید به جلو و عقب پرواز کنید و هنوز هم همه دوستان خود را زنده بگیرید. چنین «کرم‌چاله‌هایی» به‌طور جدی به عنوان فرصتی در دسترس تمدن آینده محسوب می‌شد. اگر توانستید در عرض چند هفته از یک قسمت کهکشان به قسمت دیگر حرکت کنید، می توانید از طریق یک "سوراخ" دیگر - در همان زمان قبل از اینکه به جاده بروید - برگردید. همچنین، اگر هر دو انتهای آن نسبت به یکدیگر حرکت کنند، هیچ چیز مانع از سفر به جلو و بازگشت به گذشته از طریق یک "کرم چاله" نمی شود.

می‌توان گفت برای ایجاد «کرم‌چاله»، باید فضا-زمان را در جهتی خلاف جهتی که ماده معمولی آن را به آن خم می‌کند، خم کرد. ماده معمولی مانند سطح زمین، فضا-زمان را به سمت خود خم می کند. اما ایجاد یک "کرم چاله" به ماده ای نیاز دارد که فضا-زمان را در جهت مخالف، مانند سطح زین، خم کند. همین امر برای هر انحنای دیگری از فضازمان برای سفر به گذشته صادق است، مگر اینکه جهان آنقدر منحنی باشد که از قبل قابلیت سفر در زمان را داشته باشد. فقط در این صورت به ماده ای با جرم منفی و چگالی انرژی منفی نیاز خواهید داشت.

انرژی مانند پول است. اگر در بانک موجودی مثبت دارید، می توانید از پول به هر شکلی که می خواهید استفاده کنید. با این حال، طبق قوانین کلاسیک که تا همین اواخر غیرقابل تغییر در نظر گرفته می شد، اضافه برداشت در هنگام استفاده از انرژی مجاز نیست.

قوانین کلاسیک ما را غیرممکن می کند که جهان را به گونه ای خم کنیم که سفر در زمان ممکن شود. اما قوانین کلاسیک توسط نظریه کوانتومی رد می شود - دومی پس از نظریه نسبیت عام، انقلاب بزرگ فکری در درک ما از جهان. نظریه کوانتومی انعطاف پذیرتر است و در برخی موارد اجازه اضافه برداشت را می دهد. با این حال بانک باید به ما لطف کند. به عبارت دیگر، تئوری کوانتومی امکان چگالی انرژی منفی را در برخی مکان‌ها فراهم می‌کند، اگر در برخی مکان‌ها چگالی مثبت ارائه کنید.

نظریه کوانتومی چگالی انرژی منفی را مجاز می‌داند زیرا بر اصل عدم قطعیت استوار است. و او استدلال می کند که برخی از ویژگی ها، مانند موقعیت و سرعت یک ذره، نمی توانند به طور همزمان مقادیر دقیق اندازه گیری شده داشته باشند. هرچه موقعیت ذره با دقت بیشتری تعیین شود، عدم قطعیت در مورد سرعت آن بیشتر است و بالعکس. اصل عدم قطعیت در زمینه ها نیز صدق می کند - به عنوان مثال، برای یک میدان الکترومغناطیسی یا گرانشی. او استدلال می کند که این فیلدها حتی در جایی که فکر می کنیم فضای خالی وجود دارد نمی توانند مقدار صفر داشته باشند. واقعیت این است که اگر مقادیر آنها برابر با صفر باشد، به این معنی است که آنها باید یک موقعیت کاملاً تعریف شده، برابر با صفر، و یک سرعت کاملاً تعریف شده، برابر با صفر داشته باشند. و این برخلاف اصل عدم قطعیت است. این بدان معنی است که فیلدها باید دارای حداقل نوسان باشند.می توان به اصطلاح نوسانات خلاء را به شکل جفت ذرات و پادذره تصور کرد که ناگهان پدید می آیند، جدا می شوند، سپس دوباره ادغام می شوند و از بین می روند و متقابلاً نابود می شوند.

چنین جفت ذرات - ضد ذرات مجازی در نظر گرفته می شوند، زیرا نمی توان آنها را مستقیماً با استفاده از آشکارساز ذرات شناسایی کرد. اما یک اثر غیر مستقیم قابل مشاهده است. برای این کار از اثر کازیمیر استفاده می شود. سعی کنید دو صفحه فلزی موازی را در فاصله کمی از یکدیگر تصور کنید. صفحات به عنوان آینه برای ذرات مجازی و ضد ذرات عمل می کنند. این بدان معنی است که فضای بین صفحات شبیه یک لوله اندام است، فقط امواج نوری با فرکانس تشدید خاصی را منتقل می کند. در نتیجه، معلوم می شود که مقدار مشخصی از نوسانات کوانتومی بین صفحات رخ می دهد، متفاوت از آنچه در پشت آنها اتفاق می افتد، جایی که این نوسانات می توانند هر طول موجی داشته باشند. تفاوت در تعداد ذرات مجازی بین صفحات و بیرون به این معنی است که صفحات در یک طرف تحت فشار بیشتری نسبت به طرف دیگر هستند. نیروی کوچکی بوجود می آید که صفحات را به یکدیگر نزدیک می کند. این نیرو را می توان به صورت تجربی اندازه گیری کرد. بنابراین ذرات مجازی در واقعیت وجود دارند و اثر واقعی دارند.

از آنجایی که ذرات مجازی یا نوسانات کوانتومی کمتری در خلاء بین صفحات وجود دارد، چگالی انرژی نیز در اینجا کمتر از فضای اطراف است. اما چگالی انرژی فضای خالی در فاصله زیاد از صفحات باید برابر با صفر باشد. در غیر این صورت، فضا-زمان منحنی خواهد شد و جهان کاملاً مسطح نخواهد بود. این بدان معناست که چگالی انرژی در ناحیه بین صفحات باید منفی باشد.

انحراف نور به صورت تجربی ثابت شده نشان می دهد که فضازمان منحنی است و اثر کازمیر تأیید می کند که انحنا می تواند منفی باشد. و ممکن است به نظر برسد که با پیشرفت علم و فناوری، ما قادر خواهیم بود "کرم چاله" ایجاد کنیم یا فضا و زمان را به روش دیگری خم کنیم تا بتوانیم به گذشته سفر کنیم. اما در این صورت یکسری سوالات و مشکلات ناگزیر به وجود می آید.

به عنوان مثال: اگر در آینده امکان سفر در زمان وجود دارد، چرا کسی از آینده نزد ما برنگشته و به ما نگفت که چگونه این کار را انجام دهیم.

حتی اگر دلایل خوبی برای نگه داشتن ما در تاریکی وجود داشته باشد، برای انسان ها ذاتاً دشوار است که باور کنند هیچ کس نمی خواهد ظاهر شود و راز سفر در زمان را برای ما دهقانان عقب مانده فاش کند. البته، برخی استدلال می کنند که مهمانانی از آینده در حال حاضر از ما دیدن می کنند - آنها روی بشقاب پرنده ها پرواز می کنند و دولت ها درگیر توطئه ای غول پیکر هستند تا این حقایق را پنهان کنند تا از دانش علمی که مهمانان با خود دارند استفاده کنند. فقط می‌توانم یک چیز بگویم: اگر دولت‌ها چیزی را پنهان می‌کنند، باز هم نمی‌توانند از اطلاعات مفید دریافتی از بیگانگان استفاده کنند. من در مورد "تئوری توطئه" بسیار شک دارم و "تئوری آشفتگی" را قابل قبول تر می دانم. گزارش‌های یوفو نمی‌توانند منحصراً به بیگانگان مرتبط باشند، زیرا آنها متضاد هستند. اما اگر بپذیریم که برخی از این مشاهدات فقط خطا یا توهم هستند، آیا منطقی تر از این نیست که باور کنیم که مهمانانی از آینده یا از بخش دیگری از کهکشان از ما دیدن می کنند؟ اگر این مهمانان واقعاً بخواهند زمین را مستعمره کنند یا از نوعی خطر به ما هشدار دهند، آنها بسیار بی اثر هستند.

راهی برای تطبیق ایده سفر در زمان با این واقعیت وجود دارد که ما هرگز مهمانانی از آینده ندیده ایم. می توان گفت که چنین سفرهایی فقط در آینده امکان پذیر خواهد شد.فضا-زمان گذشته ما ثابت است، زیرا ما آن را مشاهده کردیم و دیدیم که آنقدر منحنی نیست که بتوانیم در زمان سفر کنیم. و آینده باز است، بنابراین روزی ما یاد خواهیم گرفت که فضا-زمان را خم کنیم و فرصت سفر در زمان را به دست آوریم. اما از آنجایی که فقط در آینده قادر خواهیم بود فضا-زمان را خم کنیم، نمی‌توانیم از آن به زمان حال یا حتی قبل از آن برگردیم.

چنین تصویری ممکن است به خوبی توضیح دهد که چرا ما با هجوم گردشگران از آینده مواجه نیستیم. اما هنوز هم جا برای پارادوکس های زیادی باقی می گذارد. فرض کنید فرصتی برای پرواز در یک سفینه فضایی و بازگشت قبل از شروع پرواز وجود دارد. چه چیزی شما را از انفجار یک موشک در محل پرتاب باز می دارد و در نتیجه امکان چنین پروازی را برای خود منتفی می کند؟ نسخه های دیگر نه کمتر متناقض وجود دارد: به عنوان مثال، به گذشته برگردید و قبل از تولد والدین خود را بکشید. دو راه حل ممکن برای این وجود دارد.

چیزی که من آن را رویکرد تاریخی ثابت می نامم. در این مورد، می توان یک راه حل ثابت برای معادلات فیزیکی پیدا کرد - حتی اگر فضازمان تا حدی منحنی باشد که امکان سفر به گذشته وجود داشته باشد. از این منظر، اگر موشکی را برای سفر به گذشته آماده نکرده باشید و نتوانید سکوی پرتاب را منفجر کنید، نمی توانید آماده کنید. این یک تصویر متوالی است، اما می گوید که ما کاملا مصمم هستیم: نمی توانیم افکار خود را تغییر دهیم. این برای اراده آزاد بیش از حد است.

راه حل دیگری که من آن را رویکرد تاریخ جایگزین می نامم. این توسط فیزیکدان دیوید دویچ حمایت شد و احتمالاً منظور سازندگان بازگشت به آینده بوده است. با این رویکرد، در یک تاریخ جایگزین، هیچ بازگشتی از آینده قبل از پرتاب موشک وجود نخواهد داشت و بر این اساس، فرصتی برای منفجر کردن آن وجود نخواهد داشت. اما وقتی مسافر از آینده برمی گردد، خود را در تاریخ متناوب دیگری می بیند. در آن، نژاد بشر تلاش های باورنکردنی برای ساخت یک سفینه فضایی انجام می دهد، اما قبل از شروع از قسمت دیگری از کهکشان، یک کشتی مشابه ظاهر می شود و کشتی ساخته شده را نابود می کند.

دیوید دویچ رویکرد تاریخی بدیل را به مفهوم کثرت تاریخ ها ترجیح می دهد که توسط فیزیکدان ریچارد فاینمن مطرح شد. ایده او این است که طبق نظریه کوانتومی، جهان تاریخ منحصر به فرد و منحصر به فردی ندارد.

همه داستان های ممکن در کیهان وجود دارد که هر کدام درجه احتمال خاص خود را دارند.

باید احتمال داستانی وجود داشته باشد که در آن یک صلح پایدار در خاورمیانه وجود داشته باشد، اما احتمال چنین داستانی به احتمال زیاد کم است.

در برخی داستان‌ها، فضا-زمان تاب می‌خورد تا اشیایی مانند موشک‌ها بتوانند به گذشته خود بازگردند. اما هر داستان یکپارچه و خودکفا است و نه تنها فضا-زمان منحنی، بلکه همه اشیاء موجود در آن را نیز توصیف می کند. بنابراین، موشک با بازگشت نمی تواند وارد تاریخ جایگزین دیگری شود. در همان داستان باقی می ماند که باید خودسازگار باشد. و من بر خلاف دویچ معتقدم که ایده کثرت داستان به نفع یک رویکرد تاریخی ثابت به جای یک رویکرد تاریخی بدیل عمل می کند.

ظاهراً ما در موقعیتی نیستیم که بتوانیم تصویر ثابت تاریخی را رها کنیم. با این حال، اگر احتمال بسیار کمی از داستان‌هایی وجود داشته باشد که در آن فضا-زمان منحنی شده است، به طوری که سفر در زمان فراتر از مقیاس ماکروسکوپی امکان‌پذیر باشد، این ممکن است به مسائل جبر و اراده آزاد نپردازد. من این را فرضیه امنیتی کرونولوژی می نامم: قوانین فیزیک برای جلوگیری از سفر در زمان در سطح ماکروسکوپی طراحی شده اند.

به نظر می رسد اگر فضا-زمان تقریباً به اندازه کافی منحنی باشد که امکان سفر به گذشته را فراهم کند، ذرات مجازی می توانند به ذرات تقریبا واقعی تبدیل شوند که در مسیرهای بسته حرکت می کنند. چگالی ذرات مجازی و انرژی آنها به میزان قابل توجهی افزایش می یابد، به این معنی که احتمال چنین داستان هایی بسیار کم است. اگرچه این در حال تبدیل شدن به فعالیت های یک آژانس حفاظت زمانی است که به دنبال حفظ جهان برای مورخان است. اما موضوع انحنای فضا و زمان هنوز در ابتدای راه است. بر اساس یک شکل متحد کننده نظریه ریسمان معروف به نظریه M، که ما امید زیادی به اتحاد نظریه نسبیت عام و کوانتوم داریم، فضازمان باید یازده بعد داشته باشد، نه چهار بعد که ما تجربه می کنیم.

نکته اصلی این است که هفت بعد از این یازده بعد در فضای کوچکی جمع شده اند که ما متوجه آن نمی شویم. از سوی دیگر، چهار بعد باقی مانده عملاً مسطح هستند و چیزی را نشان می دهند که ما فضا-زمان می نامیم. اگر این تصویر درست باشد، باید بتوان به نحوی چهار بعد مسطح را با هفت بعد بسیار منحنی یا مخدوش باقیمانده مرتبط کرد. از این اتفاق چه خواهد آمد، ما هنوز نمی دانیم. اما فرصت ها هیجان انگیز هستند.

در خاتمه موارد زیر را خواهم گفت.

مفاهیم مدرن ما امکان سفر سریع فضایی و بازگشت به گذشته را رد نمی کند. این می‌تواند مشکلات منطقی بزرگی ایجاد کند، بنابراین امیدواریم نوعی قانون امنیتی Chronology وجود داشته باشد که از بازگشت زمان به عقب و کشتن والدین خود جلوگیری کند.

اما طرفداران داستان های علمی تخیلی نباید ناراحت شوند. نظریه M امید می دهد.

آخرین اثر فیزیکدان مشهور جهان، استیون هاوکینگ، کتاب وصیت نامه ای است که در آن مهم ترین موضوعات مورد توجه همه را خلاصه کرده و بیان می کند.

آیا بشریت زنده خواهد ماند؟ آیا باید در فضا اینقدر فعال باشیم؟ آیا خدایی وجود دارد؟ اینها تنها تعدادی از سوالاتی است که در کتاب آخر او توسط یکی از بزرگترین ذهن های تاریخ پاسخ داده شده است.