مفهوم سفر در زمان همیشه ذهن همه‌ی ما، حتی فیزیک‌دانان را به خود مشغول کرده است. بااین‌حال، آیا این کار امکان‌پذیر است؟ البته که ممکن است. هم‌اکنون همه‌ی ما در هر ثانیه، در زمان به‌سوی آینده جلو می‌رویم.

باوجوداین، وقتی از سفر در زمان صحبت می‌شود، حرکت به‌سوی آینده با روال عادی مدنظر نیست که همه‌مان تجربه می‌کنیم. پرسش اصلی معمولا این است که آیا می‌توانیم با سرعت بیشتری به آینده سفر کنیم؟ بله، حتما می‌توانیم. اگر به‌سرعت نور برسیم و در مجاورت سیاه‌چاله قرار بگیریم، قادر خواهیم بود به هر نقطه‌‌ای از زمان سفر کنیم. سؤال جالب دیگر معمولا درباره‌ی امکان سفر به گذشته مطرح می‌شود.

دکتر گارو خانا دراین‌باره می‌گوید:

من استاد فیزیک دانشگاه ماساچوست هستم، در سال ۱۹۸۰ و وقتی هفت‌ساله بودم، برای اولین‌بار موضوع سفر در زمان را در سریالی تلویزیونی شناختم. تصمیم گرفتم نظریه‌ای را بیشتر بشناسم که اساس این ایده‌ی خلاقانه و درخورتوجه است: نسبیت انیشتین. بیست سال بعد توانستم پایان‌نامه‌ی دکتری و پژوهش‌های متنوعی در این زمینه انجام دهم. حالا یکی از دانشجوهای دکتری من مقاله‌ای در مجله‌ی Classical & Quantum Gravity منتشر کرده که روش آسانی برای ساخت ماشین سفر در زمان را توضیح می‌دهد.

منحنی‌های زمان بسته

نظریه‌ی عمومی نسبیت انیشتین چنان انعطافی را برای زمان ممکن می‌داند که برمبنای آن، زمان می‌تواند به خود بپیچد و یک حلقه در خود بسازد. تصور کنید در حال تجربه‌ی این حلقه هستید. با پیش‌رفتن در زمان به نقطه‌ی شروع برمی‌گردید و دوباره همان اتفاقات گذشته را تجربه می‌کنید. مانند حالت دژاوو یا آشناپنداری (حالت پیش‌دیدگی)؛ به‌جز اینکه متوجه این تکرار نمی‌شوید.

این ساختار در ادبیات علمی اغلب با عنوان منحنی‌های زمان بسته و در بین عموم مردم به‌عنوان ماشین زمان شناخته می‌شود. ماشین‌های زمان وسیله‌ای برای سفر سریع‌تر از سرعت نور هستند و فهمیدن سازوکار آن می‌تواند به درک بهتر ما از جهان کمک کند.

در چند دهه‌ی گذشته، فیزیک‌دانان مشهوری مثل کیپ تورن و استفان هاوکینگ، تحقیقات منحصربه‌فردی در زمینه‌ی مدل‌سازی‌های ماشین زمان انجام داده‌اند.

نتیجه‌ی کلی پژوهش‌های ترون و هاوکینگ نشان می‌دهد طبیعت از ایجاد حلقه‌های زمانی این‌چنینی جلوگیری می‌کند. شاید بهترین توضیح دراین‌باره را هاوکینگ در نظریه‌ی حفاظت از زمان‌بندی ارائه می‌دهد:

طبیعت اساسا اجازه‌ی تغییرات به زمان گذشته را نمی‌دهد و ما را از پارادوکس‌هایی نجات می‌دهد که درصورت امکان سفر در زمان به‌وجود می‌آمد.

شاید شناخته‌شده‌ترین تناقض‌های به‌وجودآمده در سفر به گذشته، پارادوکس پدربزرگ است که در آن، فردی به گذشته سفر می‌کند و پدربزرگ خود را به قتل می‌رساند. این مسیر تاریخ را تغییر می‌دهد و تناقضی به‌وجود می‌آید. این‌ طور به‌نظر خواهد رسید که فرد هرگز متولد نشده؛ بنابراین، نمی‌تواند در زمان سفر کند. این تناقض‌ها زمینه‌ساز بسیاری از فیلم‌ها و داستان‌های علمی‌تخیلی شده‌اند. از مشهورترین این فیلم‌ها می‌توان به بازگشت به آینده و روز قایق‌رانی اشاره کرد.

ماده‌ی عجیب

باتوجه‌به جزئیات موضوع، پدیده‌های مختلف فیزیکی ممکن است از ایجاد منحنی زمان بسته و توسعه‌ی آن در سیستم‌های فیزیکی مانع شود. رایج‌ترین پدیده‌ای که فیزیک‌دانان آن را زمینه‌ساز منحنی زمان بسته می‌دانند،ماده‌ی عجیب است. ماده‌ی عجیب ماده‌ای است که جرم منفی دارد. تا جایی که می‌دانیم،‌ در طبیعت مقدار منفی برای جرم وجود ندارد.

کارولین مالاری، دانشجوی دوره‌ی دکتری در دانشگاه مساچوست دارتموث، مدلی جدید برای ماشین زمان در ژورنال Classical & Quantum Gravity منتشر کرده که سفر در زمان را بدون نیاز به ماده‌ی ‌عجیب توضیح می‌دهد.

مدل مالاری دو خودرو بسیار دراز متشکل از مواد غیرعجیب را شامل می‌شود که جرم مثبت دارند و به‌صورت موازی پارک شده‌اند. یکی از آن‌ها با سرعت زیاد به‌سمت جلو حرکت می‌کند و ماشین دیگر را ترک می‌کند. مالاری توانست با شرایط خاصی حلقه‌ی بسته‌ی زمانی را در بین این ماشین‌ها ایجاد کند.

آیا می‌توانیم چنین مدلی را در حیاط خانه‌ خودمان هم بسازیم؟

اگر از این سؤال تعجب کردید، کاملا حق دارید. در این مدل، هر خودرو باید چگالی بی‌نهایت داشته باشد؛ یعنی اینکه خودروها باید به‌صورت یک نقطه‌ی یکتا باشند با دما و فشار و چگالی بی‌نهایت. علاوه‌براین، باید توجه کنیم چنین نقاطی فقط درون سیاه‌چاله‌ها یافت می‌شوند؛ ازاین‌رو، برای ما دردسترسی نیستند. بااین‌حال در مدل اخیر، این نقاط مشاهده‌شدنی و ملموس بوده و اثرهای فیزیکی واقعی به‌همراه داشته‌اند.

فیزیک‌دانان انتظار ندارند چنین اجسامی دردسترس باشند؛ بنابراین، متاسفانه ساخت ماشین زمان در آینده‌ی نزدیک ناممکن خواهد بود. باوجوداین‌، مدل اخیر پژوهشگران را به تجدیدنظر درباره‌ی چگونگی عملکرد حلقه‌های زمان بسته و نبود امکان وجود آن‌ها سوق می‌دهد.