چرا زمان عقب نمی‌رود؟

براساس گزارش لايو‌ساينس، حال پرسش اين‌است كه چطور زمان مي‌تواند در يك لحظه مانع از وقوع رويداد‌ها شود؟ چه مكانيزمي وجود دارد كه زمان را تنها به جلو مي‌برد نه به عقب؟

براساس مطالعه‌اي كه نتايج آن به‌تازگي منتشر شده، گروهي فيزيكدانان نظري موسسه فيزيك نظري PI در اونتاريوي كانادا مفهوم پيكان زمان، مفهومي كه بي‌وقفه بودن حركت رو‌به‌جلوي زمان را نمايش مي‌دهد و شيوه‌اي متفاوت از چگونگي نمايش زمان در مقياس جهاني به شمار مي‌رود را بازبيني كردند.

زمان به صورت رايج به واسطه فرضيه گذشته شرح داده مي‌شود كه مي‌گويد هر نوع سيستم معين در حالت انتروپي (واحد اندازه‌گيري ترموديناميك) كوچكي آغاز شده و سپس هرچه با نيروي ترموديناميك جلو رانده مي‌شود، انتروپي آن افزايش پيدا مي‌كند. به بيان ديگر گذشته انتروپي كوچك و آينده انتروپي بالايي دارد، پديده‌اي كه به تقارن زماني ترموديناميك شهرت دارد.

در تجربيات روزانه نيز مي‌توان نمونه‌هاي متعددي از انتروپي رو‌به‌افزايش را مشاهده كرد،‌براي مثال پر شدن فضاي يك اتاق با گاز، يا ذوب شدن يك قطعه يخ. در اين نمونه‌ها روند غيرقابل تغيير رو به افزايش ميزان انتروپي به خوبي محسوس است.

اگر اين مفهوم در مقياس جهاني بسط داده‌شود، مي‌توان گفت بيگ‌بنگ جهان را در حالت انتروپي پاييني به وجود آورد و طي قرون و اعصار متوالي كه جهان بسط يافته و سرد شده‌است،‌انتروپي اين سيستم عظيم افزايش يافته‌است. از اين رو براساس اين فرضيه، زمان با ميزان انتروپي يا آشفتگي در جهان ارتباطي مستقيم دارد.

اما اين فرضيه نيز چندين مشكل دارد. درست پس از بيگ‌بنگ،‌ چندين نمونه از شواهد عيني به وجود محيطي اشاره كردند كه تراكمي بسيار داغ و آشفته از ذرات كهن بوده‌اند. با بلوغ بيشتر جهان هستي و سرد‌تر شدن آن، نيروي گرانش بر آن تسلط يافته و جهان را به مكاني منظم‌تر و پيچيده‌تر تبديل كرد كه در آن از ابرهاي گازي سرد ستاره‌ها شكل گرفتند و سياره‌ها در نتيجه فروپاشي‌هاي گرانشي متولد شدند. به تدريج شيمي ارگانيك ايجاد شد و زمينه خيزش حيات و تولد موجودي فراهم شد كه درباره زمان و فضا تفكر كرده و فلسفه‌بافي كند. در نتيجه مي‌توان گفت آشفتگي و انتروپي در مقياس جهاني،‌برخلاف فرضيه مطرح شده، با گذشت زمان كاسته شده‌است.

به گفته محققان انتروپي كميتي فيزيكي است كه از ابعادي مانند انرژي و حرارت برخوردار است و براي سنجيده‌شدن به مرجعي خارجي نياز دارد. از اين رو نمي‌توان كل جهان را با انتروپي سنجيد زيرا هيچ مرجع خارجي ديگري براي سنجش وجود ندارد. اكنون باز به خانه اول باز‌مي‌گرديم: چه‌مكانيزمي زمان را به جلو مي‌راند؟

پيچيدگي كميتي بدون بعد است كه در بنيادي‌ترين حالت خود ميزان پيچيده‌بودن يك ساختار را شرح مي‌دهد. از اين رو مي‌توان گفت كه پيچيدگي با زمان در ارتباطي مستقيم است، هرچه زمان پيش مي‌رود، ساختار جهان پيچيده‌تر مي‌شود. محققان مي‌گويند اين نيروي گرانش و تمايل آن به ايجاد نظم و پيچيدگي است كه سيستم‌هاي اوليه را با انتروپي پايين در جهان ايجاد كرده‌است.

محققان براي آزمودن اين فرضيه، مدل‌هاي رايانه‌اي خلق كردند تا ذرات را در ماكتي از جهان شبيه سازي كنند. نتيجه اين مدل‌سازي نشان داد بدون توجه به اينكه شبيه‌سازي تا كي ادامه پيدا مي‌كند، پيچيدگي جهان همواره افزايش پيدا مي‌كند و هرگز با گذشت زمان كاهش نمي‌يابد.

به گفته محققان با بالغ‌تر شدن جهان، خردسيستم‌ها به اندازه‌اي از يكديگر مجزا شدند كه نيروهاي ديگر شرايط ايجاد پيكان زمان براي خردسيستم‌هايي كه انتروپي پاييني داشتند، فراهم آمد. در اين خرد‌سيستم‌ها،‌مانند زندگي روزمره روي زمين، انتروپي مسلط شده و پيكان ترموديناميكي از زمان ايجاد مي‌كند.

براساس اين گزارش، در مقياس جهاني، درك بشر از زمان تحت تاثير رشد روزافزون پيچيدگي قرار دارد، اما در خردساختارها، اين انتروپي است كه مفهوم زمان را تعريف مي‌كند. به گفته محققان، جهان سيستمي است كه پيچيدگي آن درحال افزايش است. ساختاري متشكل از كهكشان‌هاي عظيم كه فضاي تهي بيكراني آنها را از يكديگر جدا ساخته‌است. اين كهكشان‌ها در گذشته دور به هم نزديك‌تر بوده‌اند. فرض براين‌است كه درك انسان از زمان نتيجه قانوني است كه رشد غيرقابل بازگشت پيچيدگي جهان را تعيين مي‌كند.

محققان در مرحله بعدي مطالعات خود در جستجوي شواهد عيني براي پشتيباني از فرضيه خود هستند، شواهدي كه وجود يا عدم وجود آنها مشخص نيست، اما دانشمندان مي‌دانند با كمك چه آزمايش‌هاي و رصد‌هاي كيهاني مي‌توان به وجود اين شواهد پي‌برد.