گردآورنده: شهرام خبیر

ادامه تاریخچه زمان

فضا – زمان این که رویدادهای آن، مقادیر موهومی از محور زمان دارند، به یاد اقلیدس یونان باستان، که مطالعه هندسی «رویه های دو بعدی» را بنیان گذاشت،اقلیدسی نامیده میشود. آنچه که ما اکنون فضا-زمان اقلیدسی می نامیم: بسیار مشابه با ابداعات اقلیدس است جز آنکه بجای دو بعد، چهار بعد دارد. در فضا – زمان اقلیدسی، تفاوتی میان جهت زمانی و جهات فضایی وجود ندارد. از سوی دیگر، در فضا ـ زمان حقیقی، که رویدادهایش با مقادیر حقیقی و معمولی محور زمان مشخص می شود، بسادگی میتوان تفاوت را نشان داد – جهت زمانی در تمام نقاط، درون مخروط نوری قرار دارد و جهات فضائی در خارج آن واقعند. در هر صورت، تا آنجا که به کوانتوم مکانیک روزمره، مربوط می شود، سود جستن از زمان «موهومی» و فضا- زمان اقلیدسی را میتوان: صرفاً تدبیری (یا حقه ای) ریاضی برای محاسبه پاسخ هایی درباره فضا-زمان «حقیقی» انگاشت. یکی دیگر از وجوهی که فکر میکنیم در دل هر نظریه غائی جای دارد، اندیشه انشتین مبنی بر: نمایش میدان گرانشی توسط فضا-زمان خمیده است: ذرات میکوشند تا راهی را در پیش گیرند که «نزدیکترین مسیر به خط مستقیم »در یک فضای خمیده است، اما از آنجا که فضا – زمان صاف و مسطح نیست، مسیرشان، گویی بواسطه یک میدان گرانشی، خمیده بنظر می رسد. حال اگر جمع تاریخچه های -فینمان، را بر دیدگاه انشتین از گرانش وفق دهیم، بجای سرگذشت یک ذره، فضا – زمان خمیده کاملی بدست می آید که بیانگر سرگذشت تمامی گیتی است. برای اجتناب از دشواریهای تکنیکی که بهنگام جمع تاریخچه ها پیش میآید، این فضا – زمان های منحنی را باید اقلیدسی در نظر گرفت، یعنی: زمان،« موهومی» است و از جهات فضایی تمیز داده نمی شود. برای محاسبه احتمال یافتن ان فضا – زمان حقیقی، که دارای خاصیت معینی باشد، مثلاً: فضا – زمان ای که در همه نقطه و در کلیه جهات یکسان بنظر برسد، امواج متناظر با تاریخچه هایی را که دارای آن خاصیت اند، بر یکدیگر می افزاییم .

در نظریه کلاسیک نسبیت عام، فضا ـ زمان های خمیده ممکن بسیاری، یافت میشوند و هر یک با حالت آغازین متفاوتی از جهان، متناظر است. اگر حالت آغازین جهانمان را میدانستیم، بر تمامی تاریخ آن آگاه می شدیم. بهمین ترتیب، در نظریه گرانش کوانتومی، حالات کوانتومی ممکن بسیاری، برای جهان وجود دارد. باز، اگر از چگونگی رفتار فضا-زمان های خمیده اقلیدسی، در جمع تاریخچه ها در روزگاران آغازین، آگاهی داشتیم، حالت کوانتومی جهان بر ما معلوم بود. در نظریه کلاسیک گرانشی، که مبتنی بر: فضا- زمان حقیقی است، جهان تنها به دو طریق ممکن میتواند رفتار کند یا «ازلی است» و یا «با یک تکینگی در زمانی معین» در اعماق گذشته، شروع میشود. ولی در نظریه کوانتومی گرانش، امکان سومی پدیدار میگردد. از آنجا که از «فضا-زمان های اقلیدسی» استفاده میکنیم که جهت زمانیشان از همان جایگاه جهت های فضایی برخوردار است، فضا -زمان می تواند از نقطه نظر وسعت، متناهی باشد اما هیچ تکینگی ای که مرز و لبه ای بوجود آورد، نداشته باشد. در اینحال، فضا -زمان به سطح زمین می ماند، بجز آنکه دو بـعـد دیگر هم دارا ست. سطح زمین از نظر وسعت متناهی است اما کرانه و لبه ای ندارد: اگر بادبان بکشید و راهی دریا شوید، وقتی به افق شامگاهی می رسید، نه به پائین پرت میشوید و نه با یک تکینگی برخورد می کنید. (خودم دور دنیا گشته ام و ازاین موضوع مطمئنم ! ). اگر قلمرو فضا – زمان اقلیدسی به اعماق گذشته ها و زمان موهومی نامتناهی گسترش یابد، یا آنکه در لحظه ای از زمان موهومی با یک تکینگی آغاز گردد، همان مشکل نظریه کلاسیک یعنی مشخص کردن حالت آغازین گیتی، پیشاروی ما قرار میگیرد: خداوند از چگونگی شروع جهان آگاه است، اما ما نمی توانیم هیچ دلیل خاصی ارائه دهیم که چرا گیتی، به این گونه و نه به گونه ای دیگر، آغاز شد. از سوی دیگر نظریه کوانتومی گرانش، امکان دیگری را گشوده است که بر اساس آن، فضا – زمان فاقد کرانه است و بنابراین نیازی به مشخص نمودن رفتار مرزی گیتی نیست. نه «تکینگی» ای در کار است که قوانین علم را خنثی سازد و نه «لبه ای» برای فضا – زمان ، در نظر گرفته می شود که ناگزیر به قانون نوینی جهت تعیین شرایط مرزی فضا – زمان، متوسل شویم. به تعبیری «شرط مرزی جهان عبارت است از: آنکه مرزی ندارد». جهان یکسره در خود می گنجد و متأثر از چیزی خارج از خود نیست. نه آفریده شده و نه از بین می رود و صرفاً وجود دارد. نخستین بار در همان کنفرانسی که در واتیکان برگزار شده بود، این فکر را مطرح ساختم: که شاید زمان و مکان با یکدیگر سطحی را به وجود آورده اند که از نقطه نظر «اندازه متناهی» است، اما فاقد مرز و لبه است. اما مقاله من قدری ریاضی بود و دلالتهای آن در زمینه نقش خداوند در آفرینش جهان، در آن هنگام مورد توجه قرار نگرفت (برای من هم وضع از این قرار بود). بـه هنگام برگزاری کنفرانس واتیکان، نمیدانستم برای پیش بینی درباره جهان چگونه از اندیشه بیکرانگی استفاده کنم ، اما تابستان بعد را در دانشگاه – سانتا باربارای، کالیفرنیا گذراندم. در آنجا به همراه یک دوست و همکار به نام -جیم هارتل، به یافتن شرایطی پرداختم که جهان در صورت بیکرانگی فضا ـ زمان، باید برآورده سازد. چون به کمبریج بازگشتم ، این کار را همراه دو تن از دانشجویان پژوهشگرم، – جولین لاترل، و- جاناتان هالیول، دنبال کردم. میل دارم تأکید کنم که این اندیشه که زمان و فضا باید متناهی و بیکرانه باشند، صرفاً یک پیشنهاد است: این فکر را از هیچ اصل دیگری نمی توان استنتاج کرد. همانند هر نظریه علمی دیگر، می توان آن را به دلیل زیباشناسی یا متافیزیکی مطرح ساخت. اما آزمون واقعی این فکر آن است که پیش بینی هایش با «مشاهده سازگار»است یا نه. به هر حال، به دو دلیل این امر در مورد گرانش کوانتومی دشوار می باشد: نخست، همانطور که در اینده خواهیم دید، هنوز مطمئن نیستیم دقیقاً کدام نظریه با موفقیت، نسبیت عام را با مکانیک کوانتوم پیوند می دهد، با این همه درباره شکلی که این تئوری باید داشته باشد، مطالب زیادی میدانیم. دوم آنکه، هر مدلی که سراسر جهان را به تفصیل توصیف کند، از نظر ریاضی بس پیچیده است و محاسبه پیش بینی های دقیق برای ما دشوار است. بنابراین باید از فرضها و تقریب هایی که منجر به ساده سازی مسئله شود، استفاده کرد ــ و حتی آنگاه نیز پیش بینی کردن، کاری است کارستان.

در جمع تاریخها، هر تاریخی نه تنها فضا ـ زمان، بلکه هر آنچه در فضا ـ زمان هست، را توصیف میکند؛ از جمله همه سازواره های پیچیده مثل انسانها که قادرند ناظر تاریخ جهان باشند. این امر می تواند به عنوان توجیه دیگری به نفع «اصل بشری» قلمداد گردد، زیرا اگر همه تاریخها امکان پذیرند، پس مادامی که ما در یکی از آنان وجود داریم، می توانیم با استفاده از اصل بشری توضیح دهیم: چرا گیتی به همین صورت است که می بینیم. اینکه برای دیگر تاریخهایی که در آنها وجود نداریم، دقیقاً چه معنایی میتوان یافت، روشن نیست. اما اگرکه با استفاده از جمع تاریخها، می توانستیم نشان دهیم که: جهان ما نه فقط یکی از جهان های ممکن، بلکه یکی از محتمل ترین آنهاست، آنگاه این دیدگاه از نظریه کوانتومی گرانش، بسیار رضایت بخش تر بود. بدین منظور، باید برای همۀ فضا -زمان های اقلیدسی ممکن «که فاقد کرانه اند»، جمع تاریخها را انجام داد. بر اساس پیشنهاد و طرح بیکرانگی، در می یابیم که شانس اینکه جهان، بیشتر تاریخهای ممکن را دنبال کرده باشد قابل صرف نظر کردن است، اما خانواده ویژه ای از تاریخ ها هستند که احتمال وقوعشان بسیار بیش از دیگران می باشد.

ادامه دارد…