تصور کنید زمان به عقب بر میگشت. مردم به جای پیرتر شدن، جوانتر میشدند و پس از یک زندگی طولانی با جوان سازی تدریجی هر چیزی که فرا گرفتند را فراموش میکردند. همان طور که در رمان علمی ـ تخیلی با نویسندگی فیلیپ کی. دیک آمده به طور شگفت آوری، جهت زمان مسألهای است که کیهانشناسان با آن دست و پنجه نرم میکنند.
در حالی که ما به زمان یک جهت دادیم، فیزیکدانان این کار را نمیکنند: بیشتر قوانین طبیعت «قابلیت برگشت در زمان» دارند، بدین معنی که اگر زمان، در حال عقب رفتن باشد؛ به خوبی قوانین نیز عمل میکنند. پس چرا زمان همیشه به جلو حرکت میکند؟ و همیشه به همین طریق عمل میکند؟
آیا زمان ابتدایی هم دارد؟ هر مفهومی از زمان در نهایت باید بر مبنای تکامل خود کیهان استوار باشد. هنگامی که به جهان نگاه میکنید شما در حال دیدن اتفاقاتی هستید که در گذشته اتفاق افتاده است- همان مقدار زمانی طول میکشد که نور به ما برسد. در واقع، حتی سادهترین مشاهدات میتواند به ما در درک زمان ِ کیهانی کمک کند: به عنوان مثال این واقعیت، که آسمان شب تاریک است. اگر جهان گذشتهٔ بینهایتی داشته باشد و در مقدار بینهایت باشد، آسمان شب میبایست به طور کامل روشن میبود- با نوری از تعداد نامحدود ستاره در کیهان پر بود که همیشه وجود داشته است.
به مدت طولانی، دانشمندانی از جمله آلبرت اینشتین، فکر میکردند که جهان ایستا و بینهایت است. مشاهدات نشان دادند که در واقع جهان، با شتابی در حال منبسط شدن است. این بدین معناست که باید از یک حالت فشرده تری که ما بیگ بنگ (مهبانگ) مینامیم نشات گرفته باشد، و این دلالت میکند که زمان آغازی دارد. در واقع، اگر ما به نوری نگاه کنیم که به اندازه کافی قدیمی است، حتی میتوانیم تابش برخاسته از بیگ بنگ – پس زمینه مایکروویو کیهانی را ببینیم. فهم این موضوع اولین گام در تعیین سن جهان بود (تصویر پایین را ببینید).
اما مانعی وجود دارد، نظریه نسبیت خاص اینشتین، نشان میدهد که زمان … نسبی است: هر چه نسبت به من سریعتر حرکت کنید، زمان برای شما نسبت به درک من از زمان کندتر حرکت خواهد کرد. بنابراین در جهان با کهکشانهای منبسط یافته، چرخش ستارهها و سیارات، زمانهای متفاوتی را تجربه خواهد کرد: همه چیز گذشته، حال و آینده نسبی است. بنابراین آیا زمان جهانی به واقع وجود دارد که همه بتوانند با آن موافق باشند؟
به نظر میرسد که چون جهان به طور متوسط در همه جا یکسان به نظر میرسد، یک «زمان کیهانی» وجود دارد. برای این سنجش، کاری که باید انجام دهیم این است که ویژگیهای تابش پس زمینه مایکروویو کیهانی را اندازه گیری کنیم. کیهانشناسان از این تابش برای تعیین سن جهان استفاده کردهاند و مشخص شده که سن جهان ۱۳٫ ۸ میلیارد سال است.
پیکان ِ زمانبنابراین میدانیم به احتمال زیاد زمان در طول بیگ بنگ آغاز شده است. اما یک سوال آزار دهنده باقی میماند: زمان دقیقا چه چیزی است؟ برای باز کردن این سوال، باید به خواص اساسی فضا و زمان نگاه بیندازیم. در بُعد فضایی شما میتوانید به جلو و عقب حرکت کنید؛ مسافران این موضوع را روزانه تجربه میکنند. اما زمان متفاوت است، زمان دارای جهت است، شما همیشه به جلو حرکت میکنید، اما هرگز در جهت معکوس نمیتوانید. چرا بعد زمان غیر قابل برگشت است؟ این یکی از بزرگترین مسائل حل نشده در فیزیک است.
برای توضیح اینکه چرا زمان به خودی خود غیر قابل برگشت است، ما نیاز به پیدا کردن فرآیندهایی در طبیعت داریم که غیر قابل برگشت هستند. یکی از چنین معدود مفاهیم فیزیکی (و زندگی!) چیزی است که با گذشت زمان کمتر تمایل به «مرتب شدن» دارد. ما این موضوع را با استفاده از یک خاصیت فیزیکی به نام آنتروپی توصیف میکنیم.
یک جعبه گاز را فرض کنید که در آن تمام ذرات در ابتدا در یک گوشه (حالت منظم) قرار گرفته است. آنها با گذشت زمان به طور طبیعی به دنبال پر کردن کل جعبه (یک حالت بینظم) هستند- و برای برگرداندن ذرات به یک حالت منظم انرژی نیاز است. این کار غیر قابل برگشت است، مانند شکستن تخم مرغ برای درست کردن املت است –وقتی آن را در ماهیتابه پخش میکنید و ماهی تابه را پر میکنید، هرگز به حالت تخم مرغی شکل بر نمیگردد. همین موضوع برای جهان نیز درست است: همانطور که جهان تکامل مییابد، آنتروپی کلی افزایش مییابد و به سمت بینظمی پیش میرود.
به نظر میرسد که آنتروپی یک راه حل بسیار خوبی برای توضیح پیکان ِ زمان است. در حالی که ممکن است به نظر رسد جهان به سمت منظمتر شدن پیش میرود اما این چنین نیست، با گذشت زمان بینظمی آن سیستم نیز افزایش مییابد. دلیلش این است که گرانش ناشی از جرمهای بزرگ مانند ستارگان یا سیارات ممکن است ماده را به حالتهای به ظاهر منظم بکشد- ولی محققان معتقدند بصورت پنهان افزایش بینظمی نیز در میدانهای گرانشی رخ میدهد. بنابراین حتی اگر ما این بینظمی را مشاهده نکنیم، آنتروپی میتواند افزایش یابد. اما بدلیل تمایل طبیعت به بینظمی، چرا جهان در وهله اول در یک حالت منظم شروع به خاموش شدن نکرد؟ این هنوز یک راز است. برخی از محققان استدلال میکنند که ممکن است بیگ بنگ حتی آغاز نباشد، ممکن است در واقع «جهانهای موازی» وجود داشته باشد که در آن زمان در جهات مختلف کار میکند.
آیا زمان به پایان خواهد رسید؟ زمان آغازی دارد اما اینکه آیا یک پایانی خواهد داشت بستگی به ماهیت انرژی تاریکی دارد که باعث میشود کیهان با شتاب منبسط گردد. میزان این انبساط در نهایت ممکن است جهان را از هم جدا کند و در یک «شکافتگی بزرگ (Big Rip)» مجبور به پایان گرداند؛ در عوض انرژی تاریک ممکن است گسترش یابد، بیگ بنگ معکوس شود و در یک بیگ کرانچ (Big Crunch) به جهان پایان دهد؛ یا جهان ممکن است به سادگی برای همیشه انبساط یابد.
اما آیا هر یک از این سناریوهای آینده به زمان پایان میدهد؟ با توجه به قوانین عجیب مکانیک کوانتومی، ذرات کوچک تصادفی میتوانند لحظهای از خلأ بیرون بزنند؛ چیزی که به طور مداوم در آزمایشهای فیزیک ذرات دیده میشود. برخی استدلال کردهاند که انرژی تاریک میتوانست چنین «نوسانات کوانتومی» را ایجاد کند که منجر به ظهور بیگ بنگ جدیدی شود، به خط زمان ما پایان دهد و یک خط زمانی جدید را شروع کند. در حالی که این بسیار بعید است، آنچه که میدانیم این است که تنها وقتی انرژی تاریک را درک خواهیم کرد که سرنوشت جهان را بدانیم. بنابراین در نهایت چه چیزی محتملتر است؟ فقط «زمان» میتواند بگوید.
منبع: بیگ بنگ