زمان چه شکلی است؟

فهرست مطالب

زمان چیست؟

نویسنده سده نوزدهم چارلز چارلز لمب میگوید: هیچ چیز مانند فضا وزمان مرا شگفت زده نمیکند و باز هیچ چیز کم دردسرتر از فضا و زمان نیست چون هرگز به آن فکر نمیکنم…

زمان و فضا هرچه باشند، بیشتر مردم نگرانی در مورد آن ندارند. اما همه ما گاهی اوقات میپرسیم زمان چیست؟ چگونه آغاز شده و ما را به کجا می برد؟

 

مدل ابتدایی زمان:

ایزاک نیوتن نخستین مدل ریاضی از زمان و فضا را در کتاب اصول ریاضی که در سال 1687 میلادی منتشر شد ارائه کرد. در مدل نیوتن فضا و زمان صرفا بستری برای رویداد اتفاقات بود اما خود رویدادها تاثیری بر آن نمیگذاشت. زمان از فضا جدا بود و مانند یک ریل راه آهن پنداشته میشد که از هر دو سو بی پایان و محدود بود.

زمان خود پدیده ای جاودانه پنداشته میشد که همواره بوده است و خواهد بود. در این مدل زمان خطی و نامحدود و مستقل از رویدادهای جهان پنداشته میشد.

تعریف انیشتین از زمان:

در سال 1915 مدلی توسط آلبرت انیشتین ارائه شد: نظریه نسبیت عام. اگرچه سالها بعد تغییراتی در این مدل داده شده است اما مدل فضا و زمان ما همچنان بر پایه همان چیزی است که انیشیتین اعلام کرد.

نسبیت عام:

نسبیت عام بعد زمان را با سه بعد فضا در می آمیزد تا فضا زمان را شکل دهد و میگوید توزیع ماده و انرژی در جهان فضا زمان را دچار خمیدگی میکند. به این ترتیب تاثیر گرانش به عنوان جزئی از اجزای این نظریه در نظر گرفته میشود. اجسام در این فضا زمان میکوشند روی خط راست حرکت کنند اما وجود آنها موجب خمیدگی فضازمان میشود مسیر حرکت آنها خمیده میشود.

فضا و زمان به گونه ای جدایی ناپذیر به یکدیگر مرتبط هستند. نمیتوان فضا را بدون درگیر کردن با زمان خمیده کرد . پس گفته میشود که زمان دارای شکل و زیخت است. نسبیت عام با خمیده در نظر گرفتن فضازمان آن را از بستری جدا که در آن اتفاقات رخ میدهند به عاملی فعال که تحت تاثیر خود اجسام هستند و بر مسیر حرکت اجسام تاثیر میگذارد،تبدیل میکند.

آیا زمان آغاز و پایانی دارد؟

بنابراین در نسبیت عام زمان و مکان بدون وابستگی به جهان یه به یکدیگر وجود ندارد. کاملا واضح است زمانی که به این ترتیب درون جهان تعریف میشود، باید دارای آغاز و پایان باشد. این پرسش که پیش از آغاز و پس از پایان چه اتفاقی می افتد، معنایی ندارد زیرا این زمان ها تعریف نشده اند.

تقریبا پیش بینی همه فیزیکدانان نظری از جمله آلبرت انیشتین آن بود که زمان باید در هر دو جهت نامحدود و بیکران باشد وگرنه پرسش هایی در مورد آفرینش جهان مطرح میشد که این نظریه قادر به پاسخگویی آن نبود. پاسخ هایی برای معادلات انیشتین یافته شده بود که در آن زمان آغاز و پایانی داشت اما اینها همگی بسیار ویژه و همراه با مقدار زیادی تقارن بود.

فرض شد که در یک جسم واقعی که تحت تاثیر گرانش خود در حال فروپاشی است فشار با سرعت های کناری از فروریزی همه ماده در یک نقطه با چگالی بینهایت جلوگیری خواهد کرد.اما اگر انبساط جهان را به طور معکوس در زمان گذشته دنبال کنیم، درمی یابیم که جهان از یک نقطه با چگالی بینهایت پدیدار شده است. چنین نقطه ای با چگالی بینهایت، تکینگی نام گرفت که آغاز یا پایان زمان می باشد.

در 1963 دو دانشمند روسی به نام های یوژنی لیفتشیتز و ایزاک خالاتنیکوف ادعا کردند که ثابت کردند پاسخ معادلات انیشتین که با تکینگی همراه هستند همگی دارای ترتیب خاص از ماده و سرعت ها هستند و احتمال اینکه این پاسخ ها رفتار جهان را توضیح دهد عملا صفر است.

تقریبا همه پاسخ های جهان از داشتن تکینگی با چگالی بینهایت دوری میکردند. اما پیش از گسترش جهان باید یه دوره انقباضی وجود میداشت که طی آن ماده فروپاشی بدون برخورد میکرد، اجزای آن از یکدیگر دور میشدند و مرحله کنونی جهان را شکل میداد.

زمان از نظر راجر پنروز و استفان هاوکینگ:

استدلال لیفتشیتز و خالاتنیکوف باعث خشنودی همه نشد اما پنروز و هاوکینگ رویکردی را انتخاب کردند که به جای معادله پاسخ معادلات بر اساس ساختار کلی فضا زمان بود. در نسبیت عام نه تنها اجرام بلکه انرژی نیز فضازمان را خمیده میکند . انرژی همواره کمیتی مثبت است و فضا زمان را خمیده میکند پرتوهای نور را خم میکند.

مخروط نوری گذشته:

این مخروط مسیرهای پرتوهای نور کهکشان های دور دست که از درون فضازمان گذشته و در زمان حال به ما می رسند را نشان میدهد. این مخروط دارای نموداری است که محور عمودی آن زمان و محور افقی فضا را نشان میدهد. و ما به عنوان ناظر در راس آن قرار گرفته ایم. هرچه از راس به پایین برویم به گذشته برمی گردیم و کیهان را در زمان دورتر میبینیم. هرچه به گذشته های دورتر نگاه کنیم مناطقی با چگالی بیشتر می یابیم که این نشان از انبساط کیهان دارد.

تابش ریزموج زمینه:

ما زمینه ای ضعیف از تابش ریزموج را مشاهده میکنیم که از زمان های خیلی دور، هنگامی که جهان بسیار چگالتر و با دمای بالاتر بوده در راستای مخروط نوری گذشته به سوی ما منتشر میشود. با تنظیم گیرنده ها روی فرکانس مختلف ریزموج میتوان طیف این تابش را به دست آورد. طیف به دست آمده نمایان گر تابش جسمی با دمای 2.7 کلوین است (دمایی بسیار پایین که به درد گرم کردن پیتزا هم نمیخورد). این دما به ما میگوید که تابش باید از مناطقی آمده باشد که برای ریزموج ها کدر و تیره اند.

توجه: منظور از طیف اندازه گیری شدت نسبت به فرکانس است. تابش ریزموج زمینه کیهان مانند طیف یک جسم داغ است و برای آنکه این تابش در ترازمندی گرمایی باشد، ماده باید آن را بارها پراکنده کرده باشد. این نشان میدهد که در مخروط نوری باید به اندازه کافی ماده وجود داشته باشد تا آن را دچار خمیدگی کند.

طیف تابش ریزموج کیهانی مخروط

پس با پیگیری گذشته میتوان نتیجه گرفت مخروط نوری گذشته ما باید از مقدار معینی ماده عبور کرده باشد که این مقدار ماده برای خمیده کردن فضازمان کافی است. پس پرتوهای نوری در مخروط نوری گذشته ما به سوی یکدیگر خم میشوند.

هرچه به گذشته باز میگردیم مقطع این مخروط به اندازه ای بیشینه میرسد سپس دوباره کوچک میشود. گذشته به شکل گلابی است!

اگر بازهم سفر به گذشته را در مخروط ادامه دهیم. چگالی انرژی مثبت ماده باعث خم شدن بیشتر پرتوهای نور به سوی هم میشود. مقطع مخروط در زمانی به صفر میرسد به این معنی که تمام ماده درون مخروط در یک نقطه با مرزی که به صفر میل میکند به دام می افتد. پس چندان شگفت انگیز نیست که هاوکینگ و پنروز توانستند ثابت کنند در مدل ریاضی نسبیت عام، زمان باید در انچه انفجار بزرگ نامیده میشود آغازی داشته باشد. و هنگامی که ستاره ها و کهکشان ها تحت گرانش خود فرو می پاشند و سیاهچاله ها را میسازند پایان داشته باشد.

زمان به شکل گلابی است.

 

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Open chat
مشاوره آنلاین