آموزش ریاضی و فیزیک

بعد چهارم در فیزیک

 بعد چهارم در فیزیک ؟

خوب ما با دو كلمه سر و كار داريم. بعد + چهارم. پس بهتر است كلمه كلمه جلو برويم. اول مفهوم بعد را توضيح مى دهيم.

مى توان بعد را راستا و  سمت تعريف كرد. اما نه هر سمتى.هر راستا كه تعريف مى كنيم (و مى توان آن را به شكل يك پيكان نشان داد) بايد بر راستاى قبلى عمود باشد. مثلا اگر ما بگوييم بعد اول، با يك خط صاف طرف هستيم. خطى كه مى توان در آن حركت داشت. يك پيكان دو سو كه مثلا بر حسب جهات اختراعى ما به سمت چپ و راست مى باشد. اين خط را مى توان يك جهان فرض كرد.جهانى 1 بعدى. 1بعدى به معنى وجود يك توانايى حركت. قدرت حركت در يك راستا موجود است .جلو و عقب.

حالا وقتى بخواهيم به اين بعد اول بعد جديدى اضافه كنيم، اين بعد و راستاى جديد بايد حتما بر راستاى قبلى عمود باشد. دقيقا مثل محور مختصات. دنياى يك بعدى مثل محور x  است. وقتى مى خواهيم آن را دو بعدى كنيم به آن محور جديد بالا و پايين با نام اختصارى y اضافه مى كنيم.

نخستین بار اینشتین زمان را به عنوان بعد چهارم مطرح کرد. برای روشن شدن موضوع از دنیای یک بعدی شروع می کنیم تا به دنیای چهار بعدی برسیم.


خط راست مثالی از دنیای یک بعدی است که از نقطه‌هایی پشت سر هم تشکیل شده و فقط دارای طول هست و اجسام تنها روی آن می‌توانند به یک سو حرکت کنند.


صفحه مثالی از عالم دو بعدی است که از مجموعه‌ای از خط‌ها تشکیل شده که فقط دارای طول و عرض هستند.


حجم یا فضای سه بعدی نیز همان دنیای ملموس سه بعدی است که دارای طول و عرض و ارتفاع است.


بعد چهارم یعنی زمان ، نخستین بار توسط اینشتین مطرح شد. پیش از او ، نیوتون فکر می‌کرد که زمان کمیتی است که در همه‌ی عالم یکسان است. یعنی ساعت روی دست شما و ساعتی که در فلان ستاره است یک جور کار می‌کند. به عبارت دیگر زمان در همه جا مطلق است. اما اینشتین نگهی متفاوت به این موضوع داشت. او گفت که برای این که معادله های فیزیک جهان شمول باشند ، یعنی هم روی زمین و هم در یک ستاره ی معین صادق باشند ، باید زمان مطلق نباشد. یعنی زمان حول و حوش ستاره‌ای که خیلی سنگین است، خیلی تندتر می گذرد و روی ی ستاره‌ ای کم جرم تر زمان باید کندتر بگذرد. پس در جایی که هیچ جرمی وجود ندارد (مثل فضای بین ستاره ها) زمان خیلی خیلی کند جلو می‌رود. البته این به معنای خراب بودن ساعت شما نیست ! یعنی اینکه اگر با ساعت خود به آنجا برویم چیزی از کندی زمان نمی‌فهمیم. اما اگر کسی از زمین بتواند ساعت ما را بخواند می‌فهمد که ساعت ما مثل وقتی که روی زمین بود کار نمی‌کند. امروزه در نظریه ابرریسمان جهان با ابعاد بیشتری نیز متصور هستند!

آیا با اتساع زمان آشنایی دارید ؟ یعنی هر چقدر سرعت بیش تر باشد زمان دیرتر می گذرد و برای مثال اگر به نزدیک سرعت نور برسیم گذشت زمان ناچیز می شودواگر بشود با سرعت بیشتر از سرعت نور حرکت کرد ،زمان به عقب برمی گردد. این موضوع پیامدی از نظریه نسبیت خاص اینشین است.

برای شروع :

اين مقاله تلاشی است برای آنها كه دنبال عجايب زندگى هستند. آنهايى كه دوست دارند از اسرار نهان جهان آگاه باشند. از جادو لذت ببرند. و در عين حال از خرافات نفرت دارند…

اينجا مى خواهم يك راه جديد براى لذت بردن از لحظه ها را به شما معرفى كنم. يك تفريح مجانى براى آنها كه رياضى را دوست دارند و آنها كه مى خواهند با رياضى دوست شوند. آنها كه برايشان سوال پيش آمده كه فلسفه كجا به درد مى خورد و آنها كه از كاربردهاى فلسفه آگاه اند و از آن لذت مى برند.

و آنها كه بار ها و بارها از بزرگ تر ها ، عاقل تر ها، استادان ، پير تر ها و از فرهنگ و جامعه مى پرسند:

جايگاه ماورأ الطبيعه در باور ها كجاست؟ آيا روزى مى رسد كه علم به اين قصه ى اسرار آميز بها بدهد؟

مى خواهم به آنهایی كه خبر ندارند مژده بدهم و به آنها كه مى دانند ياد آورى كنم كه سالها پيش جريانى در علم وارد شد كه علم را به مرور زمان تغيير داد و در بسيارى از موقف ها آن را آماده ى پذيرفتن و توجيه كردن اتفاقات اسرار آميز و باور نكردنى نمود…

ـ بعد يعنى چه؟

خوب ما با دو كلمه سر و كار داريم. بعد + چهارم. پس بهتر است كلمه كلمه جلو برويم. اول مفهوم بعد را توضيح مى دهيم.

مى توان بعد را راستا و  سمت تعريف كرد. اما نه هر سمتى.هر راستا كه تعريف مى كنيم (و مى توان آن را به شكل يك پيكان نشان داد) بايد بر راستاى قبلى عمود باشد. مثلا اگر ما بگوييم بعد اول، با يك خط صاف طرف هستيم. خطى كه مى توان در آن حركت داشت. يك پيكان دو سو كه مثلا بر حسب جهات اختراعى ما به سمت چپ و راست مى باشد. اين خط را مى توان يك جهان فرض كرد.جهانى 1 بعدى. 1بعدى به معنى وجود يك توانايى حركت. قدرت حركت در يك راستا موجود است .جلو و عقب.

حالا وقتى بخواهيم به اين بعد اول بعد جديدى اضافه كنيم، اين بعد و راستاى جديد بايد حتما بر راستاى قبلى عمود باشد. دقيقا مثل محور مختصات. دنياى يك بعدى مثل محور x  است. وقتى مى خواهيم آن را دو بعدى كنيم به آن محور جديد بالا و پايين با نام اختصارى y اضافه مى كنيم.


اين صفحه كه قطر آن صفراست دنياى دو بعدى است.

(جالب: يك كشيش دانا سالها پيش رمانى به نام سطحستان نوشت كه يك چنين دنيايى را تجسم كرده كه در آن اشكال هندسى زندگى مى كنند. مثل مربع و مثلث و دايره. او بيشتر در اين كتاب به محدوديت هاى عصر خود اعتراض كرده بود. ولى روى اين دنياى خيالى و ساده مثال هاى جالبى زده بود كه در هر مثال بحث مهمى از هندسه چهار بعدى نهفته است. از آن به بعد اين بهترين راه براى تحقيق بر بعد چهارم شد. يعنى دانشمند دنياى دو بعدى را مثالى از دنياى ما قرار مى دهد و آنگاه دنياى سه بعدى را مثالى از بعد چهارم مى سازد. آنوقت عقايدش قابل فهم مى شوند. اين كتاب پايه گذارى مهم در اين مبحث به شمار مى رود. )

اگر بعد سومى را بخواهيم بر اين صفحه ى مختصات اضافه كنيم به فضا مى رسيم. براى اين كار راستاى جديدى را بر دو راستاى قبلى اضافه مى كنيم و آن را z  مى ناميم. در فضا هر جسمى توانايى حركت در سه بعد را دارد. به سادگى تمام. پس اگر موجودى ساكن اين دنيا باشد آن را سه بعدى خواهيم ناميد.

چهارمین بعد جايى است كه ديگر مغز ما با مشكلاتى در تصور كردن آن مواجه مى شود. شايد باور نكنيد كسانى كه توانايى تصور 4 بعد را داشته اند و شناخته شده اند شايد از انگشتان دست و پاى شما بيشتر نباشند.

حالا به اينجا مى رسيم كه آيا مى شود راستاى جديدى را بر 3 راستاى قبل عمود كرد؟ خوب فكر نمى كنم راهى بيابيد كه چهار چوب را بر هم عمود كنيد. مى دانيد چرا؟ چون ما در دنيايى سه بعدى قرار داريم. همانطور كه در يك صفحه مختصات نمى شود يك مكعب كشيد و بايد حتما اين صفحه را به فضا تبديل كرد، در دنياى ما هم نمى شود چهار چوب را بر هم عمود كرد. اما دنياى چهار بعدى دنيايى است كه در آن مى شود چهار چوب را بر هم عمود كرد. پس اين وسط بعد چهارم مى آيد وسط. ما توانايى حركت در بعد چهارم را نداريم چون سه بعدى هستيم.

                       

(بعد چهارم و فيزيك: بعضى دانشمندان بنام فيزيك براى كار بر روى نظريات خود به هندسه ى چهار بعدى نيازمند شدند. از آن رو كه مجبور بودند فضا و زمان را با هم پيوند بزنند. از اين رو زمان را راستايى بر جهان سه بعدى ما دانستند. اگر شنيديد بعد چهارم زمان است بدانيد گوينده اشتباهى لفظى كرده است. زمان بعد چهارم است. آن هم به قرارداد فيزيك دانانى كه با فضا زمان سر و كار دارند. اما بعد چهارم ممكن است هر چيزى باشد.در صورتى كه ما درك درستى از هندسه چهار بعدى داشته باشيم در نتيجه درك درستى از فضا زمان داريم. پس مى توانيم اصطلاحاتى مانند خميدگى فضا، فوق كره، آينده و گذشته، كند و تند شدن زمان و … را بهتر بفهميم.)

۱ نقطه را صفر بعدى مى خوانيم.

۲ نقطه يك خط يك بعدى را تشكيل مى دهد.

۴ خط يك مربع دو بعدى را تشكيل مى دهد.

۶ مربع يك مكعب سه بعدى را تشكيل مى دهد.

۸ مكعب يك فوق مكعب چهار بعدى را نشان مى دهد.

به نوعی می توان این گونه نیز تعبیر کرد

ساختار دو بعدى اى معروف به صليب كه از ۶ مربع تشكيل شده است. با بستن اين ساختار يك مكعب سه بعدى به دست مى آيد. بديهى است كه اين ساختار را نمى توان در جهان دو بعدى كاغذ بست. اين ساختار به مكعب باز شده هم معروف است. البته مكعب بعد از باز شدن مى تواند شكل هاى متفاوت ديگرى هم داشته باشد كه اين معروفترين آنهاست.

يك ساختار سه بعدى متشكل از ۸ مكعب كه به صليب چهار پر معروف است. اين ساختار در واقع يك فوق مكعب باز شده است. با بستن آن مى توانيم از نو يك فوق مكعب داشته باشيم. ولى مسئله اين است كه اين ساختار در جهان چهار بعدى بسته مى شود.

یک تعریف از ب.4 این است که بگوییم :هر فضایی که شخص با حرکت در جهت عمود به فضای 3 بعدی به آن می رسد فضای چهار بعدی نامیده می شود.

پله اول : بعد صفر

یک نقطه را در داخل فضا تصور کنید.این نقطه یک 0.فوق مکعب است.یک نقطه تنها صفر بعدی است چون نه طول، نه عرض و نه ارتفاع دارد و بینهایت کوچک است.(خیلی به ایدهآل یک انسان در برابر خدا نزدیک شد ).تمام نقطه ها یک اندازه و یکسانند.به این خاطر که آنها بعد ندارند.در زیر تصویر یک نقطه را می بینید که بعد صفر را به ما نشان می دهد.

پله دوم : اولین بعد

این نقطه صفر بعدی را بگیرید و در هر جهتی که دلتان خواست به بیرون بکشید. با این کار یک پاره خط می سازید که همان 1.فوق مکعب است.همه پاره خط ها یک بعد دارند چون فقط در یک مقیاس با هم متفاوت هستند یعنی طول. همه عرض و ارتفاعی برابر دارند که بینهایت بار کوچک است.اگر یک خط را بینهایت بار بکشیم سر تا سر فضای یک بعدی را که در آن قرار دارد پوشش می دهد.

پله سوم : دومین بعد

حالا این پاره خط را بگیرید و از قالبش به هر جهتی که نسبت به جهت اول عمود باشد بکشید. یک مربع ساخته خواهد شد که 2.فوق مکعب نامیده می شود. هر مربع دو بعدی به این خاطر که باهم در دو مقیاس متفاوت هستند ، طول و عرض.همه آنها ارتفاع یکسان دارند که بی نهایت بار کوچک است. هر کدام از لبه های این مربع طول یکسان دارند و هر کدام از زوایای آن قائمه هستند.اگر بینهایت بار این مربع را پهن کنید سرتاسر فضای دو بعدی را می پوشاند.

پله چهارم : سومین بعد

این مربع متناهی را بگیرید و در جهتی که به دو جهت قبلی عمود باشد بکشید و با این کار یک مکعب بسازید که 3.فوق مکعب نامیده می شود.همه مکعب ها سه بعدی هستند به این خاطر که در هر یه مقیاس شناخته شده ما یعنی طول عرض و ارتفاع  با هم متفاوتند. درست مانند مربع ، تمام لبه های یک مکعب هم اندازه اند و همه زوایا قائمه هستند.اگر این مکعب را در تمام جهات گسترش دهیم  تمام فضای 3 بعدی را پوشش خواهیم داد.

پله پنجم : چهارمین بعد

و حالا آخرین مرحله ، یک مکعب محدود را بگیرید و باز هم آن را در جهتی دیگر که بر سه جهت اولیه عمود باشد بیرون بیاورید.

اما چگونه این کار ممکن می شود ؟

این کار در محدودیت های فضای سه بعدی امکان پذیر نیست ( فضایی که در این مقاله به آن فضای  حکومتی می گوییم ) اگر چه در فضای  چهار بعدی ( که آن را تترا اس پیس می نامیم) این کار امکان پذیر است . شکلی که بواسطه کشش مکعب به داخل تترا اس پیس به دست می آید را تسرکت (tesseract)می نامیم که همان 4.فوق مکعب است.هر تسرکت از لحاظ اندازه در چهار مقیاس با تسرکت های دیگر متفاوت است ( که در یک تسرکت واحد تمام آنها با هم برابر هستند.)

طول ، عرض ، ارتفاع و یک مقیاس چهارم که من آن را تترا طول (trength )می نامم.به مکعب های n بعدی قبلی نگاه کنید، همه آنها تترا طول یکسان و بینهایت کوچک دارند.همچنین درست مانند مکعب و مربع همه لبه ها در یک تسرکت دارای اندازه برابر هستند و همه زوایا قائمه است . اگر یک تسرکت را در همه جهات امتداد دهیم ، همه فضای چهار بعدی را خواهد پوشاند.

روش های گوناگونی برای نشان دادن تسرکت وجود دارد ، که سه تا از این روش ها را در زیر نشان داده میشود.اولین روش تصویر ساری به درون ( افکنش درونی ، تابش به داخل ) است و  با استفاده از تصوير پرسپکتيوى یک تسرکت به فضای حکومتی ( فضای 3 بعدی) ساخته می شود. قسمت هایی از تسرکت که دورتر است در تصویر داخلی به صورت کوچکتر ظاهر می شود.چهار چوب اصلی مکعب که قبل از گسترده شدن به تسرکت وجود داشت به رنگ خاکستری ، مسیر رئوس به رنگ سبز (گردن مرغابی) ، و مکان توقف چهار چوب مکعبی گسترده شده به رنگ آبی است.

نکته :تسرکت اصلی شبیه به شکلی که از روش تصویر سازی به درون بدست می آید، نیست  در واقع تصورسازی درونی تصویری کاملا تحریف شده از حقیقت یک تسرکت است.

هر کدام از لبه ها که شما در این شکل می بینید در واقع هم اندازه اند و تمام زوایای مابین لبه ها قائمه اند.

دومین روش برای نشان دان تسرکت باز هم یک تسرکت معمولی نیست و چیزی جز یک تصویر سازی موازی از یک تسرکت اریب نیست.برای ساختن همچین شکلی ابتدا یک چهار چوب مکعبی  را تصور کنید سپس چهارچوب مکعب بالائی را در جهتی قطری و به اندازه فاصله کوتاهی در فضای سه بعدی معمولی انتقال دهید .از آنجا که این انتقال موازی و در فضای حکومتی اتفاق می افتد ، در واقع می تواند در هر جهتی که بتوان به سمتش اشاره کرد این انتقال صورت گیرد.بس از انتقال ردی که لبه های تسرکت ایجاد می کند شکل مورد نظر ما را ایجاد میکند.نتیجه این کار شکلی است که دو مکعب با رئوس متصل به هم دارد.در شکل اصلی ، تمام لبه ها در داخل چهار چوب مکعبی اندازه برابر و با هم زاویه قائمه دارند.گرچه ، آنها با لبه های متصل کننده سبز رنگ زاویه قائمه ندارند و این لبه ها اندکی بلند تر از لبه های چهار چوب مکعبی است.

روش سوم  برای نشان دان یک تسرکت تصویر سازی موازی است .این روش مانند روش تسرکت مایل است با این تفاوت که دیگر انتقال چهار چوب مکعبی بالا وجود  ندارد. از آنچایی که لبه های تسرکت در جهتی که عمود بر فضای حکومتی باشد کشیده می شوند ، زمانی که شکل به داخل خود فضای حکومتی دوباره تصویر می شود لبه های مکعب آبی رنگ بر روی لبه های مکعب خاکستری تصویر می شوند(یعنی یک شکل را در جهتی عمود بر فضای 3 بعدی و دوباره در همان فضای 3بعدی تصویر کنیم) . نتیجه تصویر کردن یک مکعب ساده است.(خلاصه مثل انسان که n تا بعد داره ولی تصویرش همین موجود 3 بعدی زمینی است شاید مثلا بشه ا همین جور یه نظراتی هم راجع به دیدار جبرئیل و پیامبر داد البته فقط نظر).این موضوع در هنگام تصویر سازی درونی اتفاق نیفتاد چون در آنجا ما از اصول پرسپکتیو استفاده میکردیم).

آخرین گام از تلاش برای به تصویر کشیدن یک تسرکت مشکلات نمایش اشیاء  فضای چهار بعدی در فضایی که بر ما حکومت می کند با تمام محدودیت هایش نشان داده شد – در واقع یک جهت اضافی وجود دارد که ما قادر به نشان دادن آن بدون تحریف کردن حقیقت شکل اصلی نیستم، به همین دلیل مثال های زیادی برای شروع به درک طبیعت بعد چهارم نیاز است .

این تنها مقدمه ای برای درک این بعد بود هنوز مسائل و خواص ناگفته زیادی از این بعد باقی ماند مانند دوران ، صافی ، شناور سازی و ….

 منبع:

http://tetraspace.alkaline.org/introduction.htm

و طبق دانش به روز در مقاله آقای هاوکینگ :

استفان هاوکينگ فيزيک دان مشهور انگليسي به تازگي در اظهار نظري جنجال آميز اعلام کرد که در آينده نزديک امکان سفر در زمان براي انسان به وجود خواهد آمد.

هاوکينگ فيزيک دان مشهوري که از ابتلا به بيماري اختلال نوروني رنج مي برد و تنها از طريق مجموعه اي از سيستم هاي فوق پيشرفته رايانه اي قادر به تعامل با اطرافيان است، اعلام کرد که روزي خواهد رسيد که نظريه نسبيت زمان اينشتين کاملا منسوخ خواهد شد و در بخشي از تاريخ، يک روز سفر در فضاپيمايي با سرعت ۶۵۰ ميليون مايل در ساعت با يک سال زميني برابر خواهد بود.

وي طي مقاله اي ۳ نظريه جالب توجه و واقع گرايانه را براي سفر در زمان ارائه کرده است که به اعتقاد وي به طور قطع يکي از اين نظريه ها عملي خواهد بود.استفان هاوکينگ به تازگي در نشريه ها و برنامه هاي تلويزيوني درباره عجايب علم فيزيک و سفر در زمان اظهار نظرهاي قابل توجهي ارائه کرده است و در اين راستا طي مقاله اي به بررسي شيوه هاي ممکن براي سفر در زمان پرداخته که بسيار جالب توجه و خواندني است.

بعد چهارم

نظريه اول هاوکينگ بر اين اساس مطرح شده است که بايد زمان را در قالب يک بعد، مانند طول، عرض و يا ارتفاع در نظر گرفت. وي در مثالي مي گويد: در هنگام رانندگي به سوي جلو حرکت مي کنيد، اين يک جهت است، به سمت راست يا چپ دور مي زنيد، اين جهتي ديگر است، جهت سوم زماني است که روي يک جاده کوهستاني حرکت مي کنيد و بعد چهارم در چنين سفري زمان است.هاوکينگ مي گويد: فيلم هايي با مضمون سفر در زمان اغلب ماشين هاي عظيم و پرمصرفي را نشان مي دهد که مسيري را در ميان بعد چهارم مي گشايد و تونلي را در دل زمان باز مي کند. مسافر زمان نيز خود را براي تجربه اي ناشناخته آماده مي کند و وارد اين تونل مي شود و آن گاه در ناکجاآبادي ظاهر مي شود. شايد مفهوم کلي چنين شيوه اي کاملا بعيد و متفاوت از واقعيت به نظر آيد اما ايده کلي آن چندان غير عقلاني نيست.در واقع قوانين فيزيک با ايده سفر در زمان از طريق درگاه هايي به نام «کرم چاله» انطباق دارد. اين درگاه ها در اطراف ما پراکنده است اما تنها به دليل کوچک بودن امکان مشاهده آن ها وجود ندارد. اين حفره ها در گوشه هاي پنهان فضا و زمان خود را نمايان مي کنند. هيچ چيز مسطح و جامد نيست، در صورتي که از فاصله اي بسيار نزديک به هر جسمي نگاه کنيد حفره ها و چين خوردگي هايي را مي توان در آن مشاهده کرد. اين يکي از اصول بنيادين فيزيک است که شامل حال زمان هم مي شود.
فوم کوانتومي و حفره هاي «کرم چاله»

در بخشي از اين مقاله آمده است: در کوچک ترين مقياس ممکن، حتي در ابعادي کوچک تر از مولکول ها و اتم ها، به موقعيتي دست خواهيم يافت که فوم کوانتومي نام دارد. اين جايي است که «کرم چاله » ها در آن قرار دارد. تونل هاي ريزي در ميان زمان و فضا به صورت دائم در حال شکل گرفتن، ناپديد شدن و تغيير شکل دادن در اين جهان کوانتومي است. حفره هايي که در واقع ۲ موقعيت و زمان جدا از هم را به يکديگر اتصال مي دهند.متاسفانه اين حفره ها به اندازه اي کوچک است که امکان عبور انسان از ميان آن ها وجود ندارد اما برخي از دانشمندان معتقدند شايد امکان دستيابي به يک کرم چاله و راهي براي بزرگ کردن آن به اندازه اي که براي عبور انسان ها يا فضاپيماها کافي باشد، وجود داشته باشد.از نظر تئوري تونل زمان يا يک کرم چاله به جز کمک به سفر به ديگر سياره ها مي تواند فوايد ديگري نيز دربر داشته باشد.
در صورتي که ۲ سر اين تونل در جايي يکسان قرار داشت که ميان آن ها زمان و نه فاصله فيزيکي جدايي ايجاده کرده بود، يک فضاپيما مي توانست در گذشته و در فاصله اي نزديک به زمين در آن رفت و آمد داشته باشد. در اين صورت شايد دايناسورها مي توانستند شاهد فرود اين فضاپيما در جايي از زمان باشند.در نهايت شايد دانشمندان تنها سفر به آينده را پديده اي عملي بيابند زيرا قوانين طبيعت سفر به گذشته را ناممکن ساخته است. از اين رو است که رابطه علت و معلولي پا برجاست. براي مثال اگر مي توانستيد در زمان سفر کنيد و به گذشته بازگرديد و با انجام کاري از تولد خود در گذشته جلوگيري کنيد، چگونه مي توانستيد در آينده حضور داشته باشيد و در زمان سفر کنيد؟
رودي جاري به نام زمان

هاوکينگ بر اين باور است که بازخورد تابشي مي تواند هر کرم چاله اي را که دانشمندان تلاش مي کنند براي قابل استفاده شدن بزرگ تر سازند، نابود و آن ها را براي سفر واقعي بي مصرف کند. راه ديگر پيشنهادي وي از اين قرار است:زمان مانند يک رود در جريان است و اين گونه به نظر مي رسد که هر کدام از ما در ميان اين جريان در حرکت هستيم. اما از ديدگاهي ديگر مي توان گفت: زمان در مکان هاي مختلف سرعت جريان متفاوتي دارد و اين کليد اصلي سفر به آينده است. اينشتين براي اولين بار اين ايده را که مکان هايي وجود دارد که در آن ها سرعت زمان کاهش يا افزايش پيدا مي کند، حدود ۱۰۰ سال پيش مطرح کرد، وي کاملا درست فکر مي کرده است. اثبات آن نيز در سيستم رديابي ماهواره اي زمين يا GPS است که آشکار مي کند زمان در فضا از سرعت بالاتري برخوردار است و مي توان از اين اصل براي سفر به آينده استفاده کرد.
سياه چاله ها و سفر با سرعت نور

هاوکينگ کليد اصلي سفر در زمان را سياه چاله ها مي داند. اجرامي به شدت جرمگين که حتي نور نيز نمي تواند از دام گرانشي آن ها بگريزد. وي مي گويد: سياه چاله تاثير قابل توجهي روي زمان دارد و مي تواند سرعت آن را بيشتر از هرچيز ديگري در کهکشان کاهش دهد. اين همان ويژگي است که سياه چاله ها را به ماشين هاي واقعي زمان تبديل مي کند. بر اين اساس مي توان تصور کرد که فضاپيمايي در مرکز کهکشان راه شيري در اطراف سياه چاله اي بزرگ در فاصله اي برابر ۲۶ هزار سال نوري در گردش باشد.
از زمين اين فضاپيما درهر ۱۶ دقيقه يک دور را کامل خواهد کرد. اما براي سرنشينان اين فضاپيما زمان به کندي در حرکت است و براي هر ۱۶ دقيقه اي که روي زمين سپري مي شود، اين افراد تنها ۸ دقيقه از زندگي خود را پشت سر مي گذارند. به اين شکل ۱۰ سال زميني سفر در اين فضاپيما براي آن ها در واقع 5 سال خواهد بود.اين سناريو با اصل سفر در ميان کرم چاله ها در تناقض نيست اما ايده اي کاملا غير عملي است. اما از نظر هاوکينگ احتمالات عملي ديگري نيز وجود دارد: سفر با سرعت بسياربالا. وي مي گويد: اين امکان به يکي ديگر از حقايق جهان هستي بستگي دارد. محدوديت سرعت کيهاني که برابر ۲۹۹ هزار و ۳۳۷ کيلومتر برثانيه است يعني سرعت نور. هيچ چيز توانايي شکستن اين رکورد را ندارد و اين محدوديت يکي از بهترين اصول به اثبات رسيده علمي است.
اما چه باور داشته باشيد چه نداشته باشيد، سفر در سرعتي نزديک به سرعت نور مي تواند شما را به آينده ببرد. زيرا سفر در اين سرعت به معني ۷ بار چرخش کامل مدار زمين در ثانيه است. در اين لحظه است که واقعه اي غيرعادي رخ مي دهد و سرعت زمان براي مسافران اين سفر سريع السير نسبت به زمان بقيه جهان به شدت کاهش پيدا مي کند و در واقع همه چيز براي اين مسافران به کندي سپري خواهد شد.

مقابله با سرعت نور

به گفته هاوکينگ اين رويداد بايد به منظور محافظت از محدوديت سرعت کيهاني رخ دهد. تصور کنيد کودکي در حال دويدن روي فضاپيمايي است که با سرعتي نزديک به سرعت نور در حرکت است آيا اين کودک با حرکت رو به جلوي خود به سادگي در حال شکستن محدوديت سرعت کيهاني نيست؟ پاسخ اين سوال «نه» است زيرا قوانين طبيعت با آرام کردن سرعت مسافران اين سفر از شکسته شدن قانون محدوديت سرعت جلوگيري خواهد کرد و به اين شکل اين کودک قادر نخواهد بود به اندازه اي سريع بدود تا بتواند محدوديت سرعت کيهاني را بشکند. زمان هميشه براي محافظت از محدوديت سرعت، سرعت خود را کاهش خواهد داد.هاوکينگ مي گويد:

اين ماهيت چگونگي ممکن بودن سفر به آينده است. تصور کنيد فضاپيما ايستگاه خود را در اول ژانويه ۲۰۵۰ ميلادي ترک کند و به مدت ۱۰ سال در مدار زمين به حرکت سريع خود ادامه دهد و سرانجام در اول ژانويه سال ۲۱۵۰ متوقف شود. در اين مدت زماني مسافران اين فضاپيما تنها يک هفته سفر کرده اند زيرا زمان درون فضاپيما به کندي سپري شده است و تصور کنيد زمان بازگشت به زمين با چه جهان متفاوتي مواجه خواهند شد، در واقع در عرض يک هفته اين افراد به ۱۰۰ سال بعد سفر کرده اند.در حال حاضر سريع ترين جنبش ها در تونل بزرگ شتاب دهنده ذره اي سرن صورت مي گيرد.

زماني که اين شتاب دهنده آغاز به کار مي کند شتاب در کسري از ثانيه ازصفر به ۹۶ هزار و۵۶۰ کيلومتر بر ساعت مي رسد و با افزايش نيرو سرعت ذرات نيز افزايش پيدا خواهد کرد تا زماني که ذرات ۱۱ هزار بار در ثانيه مسير تونل را طي مي کنند و باز مي گردند، سرعتي که نزديک به سرعت نور است.

در واقع اين ذرات مي توانند به ۹۹/۹۹ درصد از سرعت نور دست پيدا کنند که در اين صورت سفر در زمان را آغاز خواهند کرد. ما اين واقعيت را با کمک ذرات عجيبي به نام «پيمسون ها» دريافته ايم زيرا طول عمر اين ذرات به شدت کوتاه و در حدود ۲۵ بيليونيوم از ثانيه است اما زماني که شتاب و سرعت آن ها به اين حد دست پيدا مي کند، طول عمر آن ها نيز ۳۰ بار بيشتر مي شود.براي اعمال چنين شتاب و سرعتي براي انسان بايد در فضا بود. اين در حالي است که سريع ترين سفر فضايي انسان ها سفر آپولو۱۰ با سرعت ۴۰ هزار و ۲۳۳ کيلومتر بر ساعت بوده است.

براي سفر به زمان بايد با سرعتي ۱۰ برابر اين سرعت در فضا حرکت کرد و براي عملي شدن آن به فضاپيمايي بسيار بزرگ تر نياز خواهد بود تا بتوان با کمک آن مقادير زيادي سوخت براي تامين انرژي مورد نياز چنين سرعتي حمل شود و در پايان اين که ما در تئوري تنها مي توانيم در طول عمر خود يک بار به سفري بسيار دور دست برويم، چرا که سفري کوتاه به مرز کهکشان راه شيري به تنهايي به ۸۰ سال زمان نياز خواهد داشت.

(1 امتیاز)
اشتراک در
اطلاع از
0 نظرات
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها