چرا زمان فقط رو به جلو می‌رود؟

time_Main

فکر کنید که دارید یک شانه‌ تخم مرغ حمل می‌کنید که ناگهان پایتان به جایی گیر می‌کند. همه‌ی تخم مرغ‌ها روی زمین می‌ریزند و می‌شکنند. کف اتاق افتضاح می‌شود و باید همه‌ جا را تمیز کنید. احتمالا فرش را باید بشویید و دیوار را با دستمال پاک کنید. ولی آیا بهترین راه همین تمیز کردن است؟ نمی‌شود مثل داستان هری‌پاتر با یک عجی مجی لاترجی، تخم مرغ‌ها را دوباره به سر جای اولشان بازگرداند؟ یا به بیان دیگر نمی‌شود فیلم را برعکس کرد تا همه‌چیز مثل روز اول شود؟ در زندگی روزمره‌ای که ما می‌شناسیم و آن را تجربه می‌کنیم، جوابش خیر است. زمان هیچ‌وقت به عقب باز نمی‌گردد و وارونه نمی‌شود. ولی جالب این‌جاست که هیچ یک از قوانین بنیادین طبیعت، بازگشت زمان را غیر ممکن نمی‌دانند. اتفاقا فیزیک به ما می‌گوید که همه‌ی رویدادهای روزمره‌ی زندگی ما می‌توانند به عقب بازگردانده شوند. پس چرا نمی‌توانیم فرایند شکسته شدن تخم مرغ‌ها را برعکس و آن‌ها را دوباره سالم کنیم؟ چرا نمی‌توانیم به گذشته‌های دور و زمان پادشاهان قدیم بازگردیم؟ چرا زمان همیشه فقط رو به جلو می‌رود؟

پاسخ این سوال نسبتا پیچیده است. برای جواب دادن به آن باید به زمانی که عالم متولد شد بازگردیم و به دنیای ذرات زیر اتمی وارد شویم. برای پاسخ به این پرسش، باید به عجیب‌ترین قسمت‌هایی که فیزیک در آن‌ها مطالعه می‌کند برویم. درست مثل بسیاری از داستان‌هایی که درباره‌ی فیزیک تعریف می‌کنیم، قصه‌ی زمان را هم باید با آیزاک نیوتون شروع کنیم.

سال ۱۶۶۶ در انگلستان بیماری طاعون شیوع پیدا کرد. نیوتون جوان مجبور شد برای اینکه بیمار نشود، دانشگاه کمبریج را ترک کند و با مادرش به حومه‌ی شهر لینکلن‌شایر برود. نیوتون که آن‌جا حسابی حوصله‌اش سر رفته‌ بود، به پژوهش‌هایش در زمینه‌ی فیزیک مشغول شد. او در این مدت روی «قوانین حرکت» کار کرد و توضیحاتی درباره‌ی چگونگی کارکرد گرانش ارائه داد. قوانین نیوتون به طرز عجیبی در توصیف کردن پدیده‌های مکانیکی جهان موفق هستند. این قوانین به خوبی توضیح می‌دهند که چرا سیب از درخت می‌افتد و چرا زمین به دور خورشید می‌گردد. ولی یک نکته‌ی عجیب هم دارند. این قوانین همان‌طور که در گذر رو به جلوی زمان کار می‌کنند، در گذر زمان رو به عقب هم عمل می‌کنند! طبق قوانین نیوتون، اگر تخم مرغ‌ها روی زمین بیفتند و بشکنند، می‌توان فیلم را برعکس کرد تا دوباره تخم مرغ‌ها سالم در شانه‌ی تخم مرغ قرار بگیرند.

قوانین نیوتون همان‌طور که برای زمان آینده کار می‌کنند، در گذر وارونه‌ی زمان هم عمل می‌کنند.

قوانین نیوتون همان‌طور که برای زمان آینده کار می‌کنند، در گذر وارونه‌ی زمان هم عمل می‌کنند.

خیلی غیر منطقی به نظر می‌رسد، ولی تقریبا همه‌ی نظریه‌‌های فیزیک که بعد از نیوتون داده شد هم فرقی میان گذشته و آینده قائل نبودند. به زبان ساده باید گفت که قوانین فیزیک هیچ اهمیتی به اینکه زمان رو به جلو می‌رود یا رو به عقب نمی‌دهند و در هر صورت به خوبی کار می‌کنند. این درحالیست که مغز ما همیشه گذر زمان را رو به جلو می‌بیند. تجربه‌ی زندگی به ما نشان می‌دهد که پیکان زمان رو به جلو حرکت می‌کند. «شان کارول» که فیزیک‌دانی از انستیتوی فناوری کالیفرنیا در پاسادنا است می‌گوید: «ممکن است در تشخیص غرب و شرق اشتباه کنید، ولی امروز و دیروز را قاطی نمی‌کنید.»

بولتزمن ناکام

اولین دانشمندی که خیلی جدی در پی حل این مشکل و فهم اینکه چرا زمان فقط رو به جلو می‌رود رفت، فیزیک‌دانی اتریشی به نام «لودویگ بولتزمن» بود. او در اواخر قرن نوزدهم زندگی می‌کرد و آن زمان خیلی از چیزهایی که اکنون برای ما بدیهی به نظر می‌رسد، محل مناقشه بود. مثلا آن موقع فیزیک‌دان‌ها درباره‌ی اینکه همه‌ی مواد از اتم ساخته شده‌اند، اتفاق نظر نداشتند. بسیاری از آن‌ها می‌گفتند که این ایده را نمی‌توان آزمایش کرد.

ولی بولتزمن قانع شده بود که اتم‌ها وجود دارند. او از مفهوم اتم‌ برای توصیف پدیده‌هایی که هر روز می‌بینیم، مثل اینکه چرا آتش نور ساطع می‌کند یا اینکه چرا وقتی چای را فوت می‌کنیم، خنک می‌شود استفاده کرد. او فکر می‌کرد که می‌تواند با استفاده از مفهوم اتم‌ها، همه‌ی این پدیده‌ها را معنی‌دار بکند.

بیشتر فیزیک‌دان‌ها علاقه‌ای به نظریات بولتزمن نداشتند. در حقیقت او به خاطر صحبت‌هایش از جامعه‌ی فیزیک‌دان‌ها طرد شد. به خصوص زمانی که درباره‌ی ایده‌هایش از ماهیت گرما صحبت کرد، حسابی به مشکل خورد. البته در نگاه اول به نظر نمی‌رسد که ایده‌های او درباره‌ی گرما، ربطی به طبیعت زمان داشته باشد، ولی بولتزمن نشان داد که گرما و زمان به شکلی عجیب با یکدیگر در ارتباط هستند.

در زمان بولتزمن، فیزیک‌دان‌ها به نظریه‌ی ترمودینامیک رسیده بودند. نظریه‌ای که چگونگی رفتار گرما را توصیف می‌کند. برای مثال ترمودینامیک دقیقا توضیح می‌دهد که یک یخچال چگونه می‌تواند در هوای گرم، غذا را سرد نگه دارد. مخالفان بولتزمن می‌گفتند که گرما را نمی‌توان با چیزی غیر از خود آن توصیف کرد و گرما فقط گرما است. بولتزمن تصمیم گرفت ثابت کند که آن‌ها اشتباه می‌کنند. او فکر کرد که گرما احتمالا بر اثر حرکت اتم‌ها بوجود می‌آید و کل ترمودینامیک را می‌توان از این راه توضیح داد. حق با او بود، ولی خوب باقی عمرش به قانع کردن دیگران گذشت.