نظریه ای نوین درباره اینکه ما در گذشته ی یک جهان موازی زندگی می کنیم. نوشته لی بیلینگز

New Theory Suggests That We Live In The Past Of A Parallel Universe; Lee Billings, Scientific American; Jan. 7, 2015
Read more: http://www.scientificamerican.com/article/2-futures-can-explain-time-s-mysterious-past/#ixzz3QC9TvJXK

http://www.businessinsider.com/new-parallel-universe-theory-2015-1

فیزیکدانان با زمان مشکل دارند.
چه زمان به جلو رود یا به عقب برگردد، چه با نیروی گرانشی نیوتن، یا الکترودینامیک مکسول، یا نظریه نسبیت عام و خاص یا مکانیک کوانتوم انیشتین، همه این معادلات بگونه ای کامل کارکرد جهان ما را به بهترین وجهی توصیف می کنند.
البته جهانی که ما تجربه می کنیم کاملا متفاوت است. جهان منبسط می شود نه اینکه منقبض شود. ستاره ها بیشتر نور منتشر می کنند تا اینکه نور جذب کنند و اتم های رادیواکتیو بیشتر متلاشی می شوند تا اینکه دوباره با هم جمع شوند. املت ها به عقب برنمی گردند تا به تخم مرغ های نشکسته تغییر شکل دهند و سیگارها هرگز ازبهم آمیختن دود و خاکستر شکل نمی گیرند. ما گذشته را به یاد می آوریم و پیر و فرتوت می شویم نه اینکه جوانی از سر بگیریم. برای ما، زمان یک سمت و سوی روشن و برگشت ناپذیر دارد. زمان نظیر یک موشک سریع رو به جلو می گریزد، معادلات بروند گم شوند.
برای بیش از یک قرن، توصیف استاندارد برای «پیکان زمان»، نامی که اخترفیزیکدان آرتور ادینگتون(Arthur Eddington) برای نخستین بار در 1927 به آن داد، این بوده که زمان یک خاصیت ناشی از ترمودینامیک است همان گونه که نخستین بار در اثر قرن نوزدهمی فیزیکدان اتریشی لودویگ بولتزمن( Ludwig Boltzmann) مقرر شد. دراین دیدگاه، آنچه را که بعنوان پیکان زمان درک می کنیم درواقع، فقط بازآرایی ناگزیری از وضعیت های بسیار منظم، به صورت پیکربندی های تصادفی بی فایده است، محصولی از گرایش جهانی برای اینکه هر چیزی بصورت تعادلی با چیز دیگری قرار گیرد.
اگر غیررسمی بگوییم، اصل مساله در این ایده این است که «همه چیز از هم می پاشد»، اما رسمی تر اینکه، این نتیجه ای منطقی از قانون دوم ترمودینامیک است که بولتزمن به ابداعش کمک کرد. این قانون می گوید که در هر سامانه ی بسته(نظیر خود جهان)، آنتروپی-بی نظمی- فقط می تواند افزایش یابد. آنتروپی رو به افزایش یک اصل قطعی در گیتی است زیرا همیشه برای یک سامانه ی معین، وضعیت های بی نظمی بیشتر از وضعیت های منظم وجود دارد، مشابه با اینکه راه های بسیار بیشتری برای پخش کردن کاغذهای روی یک میز تحریر نسبت به مرتب کردن منظم آنها در یک دسته هست.
پیکان زمان در ترمودینامیک یعنی جهان قابل مشاهده ما در یک وضعیت به گونه ای استثنایی و ویژه، بسیار منظم و با آنتروپی کم آغاز شده نظیر یک تخم کیهانی آغازین که صورت مادی بخود گرفته تا در آغاز زمان شکسته شده و برای تمام ابدیت درهم آمیخته بماند. از عصر بولتزمن تا بحال، دانشمندان حساس به مفهوم چنین فرضیه ی عاری از خطایی، با این معما کشمکش داشتند.
بولتزمن، که معتقد بود جهان مطابق با قوانین نیوتن جاودانی است، می اندیشید که جاودانی بودن می تواند مبدایی با آنتروپی کم را برای پیکان زمان توضیح دهد. اگر زمان کافی باشد – درواقع، زمان بی پایان- هر چیزی که بتواند روی دهد اتفاق می افتد، شامل ظهور محدوده ای بزرگ با آنتروپی کم، بصورت یک نوسان آماری از جهانی ابدی با آنتروپی زیاد در یک وضعیت نزدیک به تعادل. بولتزمن می اندیشید که ممکن است ما در چنین محدوده ی غیرمحتملی زندگی کنیم، با پیکان زمانی که توسط شیب آنتروپی طولانی و آهسته ی این منطقه به گونه ای تنظیم شده تا به تعادل بازگردد. .
هم اکنون کیهان شناسان وظیفه سخت تری بعهده دارند زیرا جهانی که ما می شناسیم ابدی و بی حرکت نیست: آنها باید ظهور پیکان زمان را با جهانی واقعی و پویا توضیح دهند که ظاهرا از 14 میلیارد سال پیش در آتش مهیب مهبانگ(big bang) آغاز شده است.بیشتر اوقات این توضیح «کوک دقیق »-تنظیم دقیق و دلبخواه پارامترهای یک نظریه ی در تطبیق با مشاهده ها را در بر می گیرد.
بسیاری از توضیحات نوین برای پیکان زمان با آنتروپی کم نظریه ای بنام تورم را در بردارد-ایده ای که یک انفجار عجیب از نیروی ضد گرانشی که سبب گسترش و بزرگی جهان نخستین درمقیاسی نجومی شد و آن را بگونه ای هموار ساخت تا به وضعیتی با آنتروپی بسیار کمی در آید که ساختارهای نجومی بعدی از آن بتوانند پدیدار شوند. اما بنظر می رسد توضیح خود این تورم نیازمند «کوک دقیق » بیشتری است. یکی از مشکلات این است که این تورمی که یک بار آغاز شده، گرایش به تداوم بدون توقف دارد. این «تورم ابدی» تخم جهان های نوزاد بیشماری را تولید می کند که ملاحظات و پیش بینی ها درباره ی آنها در بهترین وضعیت بسیار دشوار است. اینکه آیا این یک اشکال نامطلوب یا یک جنبه ی شگفت انگیز این نظریه است موضوعی مورد مناقشه می باشد؛ در حال حاضر بنظر می رسد که قدرت بسیار انطعاف پذیر و روشنگرانه ی نظریه ی تورم، هم بزرگترین قوت و هم بزرگترین ضعف آن است.
با تمامی این استدلال ها، برخی دانشمندانی که به دنبال مبدایی با آنتروپی کم برای پیکان زمان هستند توصیفات مبتنی بر تورم را رضایت بخش نمی یابند. دیوید آلبرت( David Albert)، فیلسوف و فیزیکدان در دانشگاه کلمبیا می گوید « پژوهشگران بسیاری در حال حاضر تلاش می کنند تا راهی طبیعی نشان دهند که به چه دلیل منطقی است انتظار داشته باشیم آنتروپی اولیه ی جهان بسیار کم باشد، حتی کسانی هستند که فکر می کنند آنتروپی کم در آغاز جهان باید به صورت یک قانون جدید به فیزیک افزوده شود. »
این ایده آخری بمثابه این است که کیهان شناسان نومید بسادگی تسلیم شوند. خوشبختانه، ممکن است راه دیگری هم باشد.
کار آزمایشی جدید ژولیان باربور(Julian Barbour ) در دانشگاه آکسفورد، تیم کلوزلوسکی(Tim Koslowski) از دانشگاه نیو برونزویک (New Brunswick )و فلویو مرکاتی(Flavio Mercati) از انستیتو پریمتر(Perimeter) در زمینه فیزیک نظری پیشنهاد می کند که شاید پیکان زمان واقعا نیازمند یک وضعیت اولیه با آنتروپی کم و کوک-دقیق نباشد بلکه بجای آن محصولی ناگزیر از قوانین بنیادی فیزیک است. باربور و همکارانش می گویند که این بیشتر نیروی گرانشی است تا ترمودینامیک که زه کمان را برای پرتاب پیکان زمان می کشد. یافته های آنها در فیزیکال ریویو لترز(Physical Review Letters) در اکتبر جاری منتشر شده است.
نتیجه گیری این تیم از بررسی یک جایگزین بسیار ساده برای جهان ما بدست آمده، شبیه سازی رایانه ای یک هزار ذره نقطه ای (ذره ای آنقدر ریز که عملا فاقد بعد باشدو فضایی را اشغال نکند) تحت نفوذ نیروی گرانشی نیوتن. آنها درباره ی رفتار دینامیکی این سامانه با استفاده از مقیاس «پیچیدگی» آن تحقیق کردند که مطابق با نسبت فاصله بین نزدیک ترین زوج ذرات این سامانه و فاصله بین دورترین زوج ذرات آن است. پیچیدگی سامانه در کمترین مقدار، وقتی است که همه ذرات در یک ابر بسیار متراکم گردهم آمده باشند، وضعیتی که کمینه ی(مینیموم)اندازه و بیشینه ی (ماکزیمم) یکنواختی آن تقریبا مشابه با مهبانگ باشد. تجزیه و تحلیل تیم نشان دادکه اساسا هر پیکربندی ذرات، صرف نظر از تعداد و مقیاس آنها، در همین وضعیت با پیچیدگی کم ظاهر می شود. به این ترتیب، نیروی خالص گرانشی است که مرحله ی گسترش سامانه و مبدا پیکان زمان را مشخص می سازد، بدون هر کوک-دقیق حساسی برای برقراری شرایط اولیه ی آنتروپی کم.
screen shot 2014-03-17 at 11.41.33 am.pngجهان اولیه. اما آیا مهبانگ واقعا آغاز گیتی بوده است یا یک مرحله ی انتقالی؟ ?

سپس سامانه ی ذرات از وضعیت با پیچیدگی کم در دو جهت زمانی گسترش می یابد و دو پیکان زمان متمایز، متقارن و مخالف هم ایجاد می کند. در طول هر یک از این دو مسیر زمانی، نیروی گرانشی، ذرات را درون ساختارهای بزرگ تر، منظم تر و پیچیده تر می کشد-مشابه مدلی خوشه های کهکشانی، ستاره ها و سامانه های سیاره ای. از آنجا، گذشت ترمودینامیکی استاندارد زمان می تواند هر یک از دو مسیر واگرا را آشکار نموده و توضیح دهد. به عبارتی دیگر، این مدل دارای یک گذشته ولی دو آینده است. همان گونه که قوانین فیزیک که گذشت زمان در آنها اثری ندارد می گویند، در یک مفهوم، پیکان زمان ممکن است در دو جهت حرکت کند گر چه هر ناظر فقط می تواند یک جهت را ببیند و تجربه کند. مرکاتی می گوید:«این در ماهیت نیروی گرانشی است که جهان را از بی نظمی کهن بیرون بکشد و ساختار، نظم و پیچیدگی ایجاد کند. تمامی پاسخ های ممکن به این مساله، در دو مبدا تاریخی تقسیم می شوند که برای ابد در دو جهت زمانی پیش می روند، منفک شده از یکدیگر توسط این وضعیت مرکزی که دارای خصوصیات بسیار ویژه است.»
گرچه این مدل خام و زمخت است و مکانیک کوانتوم یا نسبیت عام را در بر نمی گیرد، مفاهیم تلویحی و دلالت های بالقوه ی آن گسترده است. اگر این مدل برای جهان واقعی ما درست در بیاید، آنگاه مهبانگ دیگر نمی تواند آغازی برای گیتی باشد بلکه بیشتر مرحله ای در یک جهان واقعا بی زمان و جاودانی است. صریحتر اینکه یک پیکان دو شاخه از زمان به تناقضات عجیبی برای ناظران در دو سوی مخالف منجر شود. باربور می گوید«این موقعیت با دو آینده، یک گذشته منفرد و بی نظم را نشان می دهد بدین معنا که اساسا دو جهان وجود دارد، یکی در هر سوی این وضعیت مرکزی. اگر این دو جهان بقدر کافی پیچیده باشند، هر دو سمت ناظرانی خواهند داشت که گذشت زمان را در جهات مخالف درک کنند. هر موجود هوشمندی در آن جهان دیگر، پیکان زمان را بصورت حرکت در جهتی دور از این وضعیت مرکزی تعریف خواهد کرد. آنها فکر می کنند هم اکنون ما در دورترین گذشته ی آنهازندگی می کنیم.»
باربور می گوید اگر ثابت شود که نیروی گرانشی برای پیکان زمان، بنیادی و اساسی است این امر می تواند دیر یا زود پیش بینی های قابل آزمونی را بدست دهد که بطور بالقوه به توضیحی عام تر و مستدل تر از نظر یه تورم برای تاریخچه و ساختار جهان قابل مشاهده ی ما منجر شود.
این نخستین راه حل دقیق دو آینده ای برای پیکان زمان نیست. برجسته ترین کار، شان کارول(Sean Carroll) کیهان شناس انیستیتو تکنولوژی کالیفرنیاو جنیفر چن( Jennifer Chen)دانشجوی ارشد آن، مدلی شاخه ای خود را رد سال 2004 ارائه دادند که مبدا با آنتروپی کم پیکان زمان را در متن تورم کیهانی و آفرینش جهان های نوزاد تشریح می کرد. آنها ظهور پیکان زمان را در مدلی خود، آنقدرها به کم بودن آنتروپی در گذشته مرتبط ندانستند بلکه به آنتروپی بسیار بالا در هر دو آینده نسبت دادند که این آنتروپی بالا را ناشی از تورم حاصل از آفرینش جهان های نوزاد فرض کردند.
یک دهه بعد از آن، کارول هنوز درباره این دورنما که آنتروپی فزاینده به تنهایی منبع پیکان زمان است تا اینکه پیکان زمان تحت نفوذ نیروهایی دیگر نظیر گرانش هم باشد سرسختی می کند. کارول می گوید«هر چیزی که در جهان روی می دهد تا گذشته را از آینده مشخص کند نهایی است زیرا آنتروپی در یک سو کمتر و در سوی دیگر بیشتر است. این مقاله تالیف باربور، کلوزلوسکی و مرکاتی خوب است زیرا آنها استین های شان را بالا زده اند و برای مدلی خاص خود برای ذراتی که از طریق نیروی گرانشی واکنش متقابل دارند محاسباتی انجام داده اند، اما فکر نمی کنم که این مدل جالب باشد-این رفتار مدل است که بدقت مورد تجزیه و تحللی قرار می گیرد… فکر می کنم اساس هر زمانی که شما مجموعه ی محدودی از ذرات در یک فضای واقعا بزرگ داشته باشید این نوع رفتار عمومی را که آنها توصیف کرده اند داشته باشید. پرسش واقعی این است که جهان ما شبیه آن است؟ این بخش دشوار مدلی مطرح شده است.»
کارول هم اکنون همراه با آلن گوث( Alan Guth)، کیهان شناس انیستیتو تکنولوزی ماساچوست که پیشگام نظریه ی تورم است، روی یک پاسخ ترمودینامیکی به ادعاهای جدید برای پیکان زمان مبتنی بر نیروی گرانشی کار می کند: مدلی بسیار ساده مبتنی بر ذرات از جهان که طبیعتا پیکان زمان را هم در بر می گیرد اما بدون افزودن نیروی گرانشی یا هر نیروی دیگری. آنها می گویند راز ترمودینامیکی برای موفقیت این مدل، این فرض است که جهان ظرفیت نامحدودی برای آنتروپی داشته باشد.
گوث می گوید: «اگر فرض کنیم آنتروپی بیشینه ای (حداکثری) برای جهان نباشد، آنگاه هر وضعیتی می تواند وضعیتی با آنتروپی کم باشد. این ممکن است بنظر ابلهانه برسد اما فکر می کنم واقعا کار کند و همچننی تصور می کنم که این راز ساختار بابور و همکارانش باشد. اگر محدودیتی برای اینکه آنتروپی چقدر باشد وجود نداشته باشد پس شما می توانید از هر جایی شروع کنید و از آن نقطه ی آغاز انتظار دارید که همان گونه که سامانه حرکت می کند تا محدوده های بزرگتر و بیشتری را در فضایی تحت تحول و تغییر کاوش کند، آنتروپی هم افزایش یابد. تورم ابدی یک زمینه ی طبیعی است که در آن این ایده می آید، زیرا بنظر می رسد که در جهانی که تا ابد متورم می شود آنتروپی ممکن، نامحدود باشد.»
باربور معتقد است جدال بر سر پیکان زمان از ایده های قرن نوزدهم بولتزمن و اندیشه های قرن بیستم ادینگتون تا به اینجا رسیده است، اما در بسیاری جهات، اصل و اساس این جدال بی پایان می ماند. باربور می گوید«این روزنه ای است به راهی کاملا جدید برای تفکر درباره ی یک مساله ی بنیادی، ماهیت پیکان زمان و مبدا دومین قانون ترمودینامیک، اما آیا ما واقعا جنبه ی جدیدی از نیروی گرانشی نیوتن را بررسی می کنیم که پیش از این به آن توجهی نشده است. چه کسی می داند با کار و بسط بیشتر از این نیرو چه ممکن است بدست آید؟»
آرتور ادینگتون اصطلاح«پیکان زمان» را ابداع کرد و معروف است که گفته بهم آمیختن ماده و انرژی، تنها چیزی است که طبیعت نمی تواند به حالت اولش باز گرداند. و باربور اضافه می کند که «ما اینجاییم و نشان می دهیم که بدون هیچ شکی این درواقع دقیقا آن چیزی است که نیروی گرانشی واقعا انجام می دهد. این نیرو سامانه هایی را که فوق العاده بی نظم بنظر می رسند، بگونه ای شگفت آور منظم می سازد. و این همان چیزی است که در جهان ما روی داده است. ما رویای یونان کهن درباهری نظمی از درون هرج و مرج را تحقق می بخشیم.»

Advertisements

پاسخی بگذارید

در پایین مشخصات خود را پر کنید یا برای ورود روی شمایل‌ها کلیک نمایید:

نشان‌وارهٔ وردپرس.کام

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری WordPress.com خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

تصویر توییتر

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Twitter خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

عکس فیسبوک

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Facebook خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

عکس گوگل+

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Google+ خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

درحال اتصال به %s