چرا پیکان زمان همیشه به جلو می رود؟
ری کامینگز نویسنده رمان‌های علمی‌تخیلی در سال ۱۹۲۲ در رمان خود بنام “دختری در اتم طلایی” نوشت: زمان پدیده‌ای است که در یک‌لحظه مانع از وقوع همه‌چیز می‌شود، حال پرسش این‌است که چطور زمان می‌تواند در یک لحظه مانع از وقوع رویداد‌ها شود؟ چه مکانیزمی وجود دارد که زمان را تنها به جلو می‌برد نه به عقب؟
بیگ بنگ و زمان، طرحی از فیزیکدانان نظری موسسه PI
به گزارش همشهری از دیسکاوری، نتایج مطالعات گروهی از فیزیکدانان نظری موسسه PI در اونتاریوی کانادا که به‌تازگی در Physical Review Letters منتشر شده نشان می دهد، مفهوم پیکان زمان، مفهومی که بی‌وقفه بودن حرکت رو به جلوی زمان را نمایش می‌دهد و شیوه‌ای متفاوت از چگونگی نمایش زمان در مقیاس جهانی به شمار می‌رود را بازبینی کردند. زمان به صورت رایج به واسطه فرضیه گذشته شرح داده می‌شود که می‌گوید هر نوع سیستم معین در حالت انتروپی (واحد اندازه‌گیری ترمودینامیک) کوچکی آغاز شده و سپس هرچه با نیروی ترمودینامیک جلو رانده می‌شود، انتروپی آن افزایش پیدا می‌کند. به بیان دیگر گذشته انتروپی کوچک و آینده انتروپی بالایی دارد، پدیده‌ای که به تقارن زمانی ترمودینامیک شهرت دارد.
در تجربیات روزانه نیز می‌توان نمونه‌های متعددی از انتروپی رو‌به‌افزایش را مشاهده کرد، برای مثال پر شدن فضای یک اتاق با گاز، یا ذوب شدن یک قطعه یخ. در این نمونه‌ها روند غیرقابل تغییر رو به افزایش میزان انتروپی به خوبی محسوس است. اگر این مفهوم در مقیاس جهانی بسط داده‌شود، می‌توان گفت بیگ‌بنگ جهان را در حالت انتروپی پایینی به وجود آورد و طی قرون و اعصار متوالی که جهان بسط یافته و سرد شده‌است، انتروپی این سیستم عظیم افزایش یافته‌است. از این رو براساس این فرضیه، زمان با میزان انتروپی یا آشفتگی در جهان ارتباطی مستقیم دارد.
اما این فرضیه نیز چندین مشکل دارد. درست پس از بیگ‌بنگ، چندین نمونه از شواهد عینی به وجود محیطی اشاره کردند که تراکمی بسیار داغ و آشفته از ذرات کهن بوده‌اند. با بلوغ بیشتر جهان هستی و سرد‌تر شدن آن، نیروی گرانش بر آن تسلط یافته و جهان را به مکانی منظم‌تر و پیچیده‌تر تبدیل کرد که در آن از ابرهای گازی سرد ستاره‌ها شکل گرفتند و سیاره‌ها در نتیجه فروپاشی‌های گرانشی متولد شدند. به تدریج شیمی ارگانیک ایجاد شد و زمینه خیزش حیات و تولد موجودی فراهم شد که درباره زمان و فضا تفکر کرده و فلسفه بافی کند. در نتیجه می‌توان گفت آشفتگی و انتروپی در مقیاس جهانی، برخلاف فرضیه مطرح شده، با گذشت زمان کاسته شده‌است.
به گفته محققان انتروپی کمیتی فیزیکی است که از ابعادی مانند انرژی و حرارت برخوردار است و برای سنجیده‌شدن به مرجعی خارجی نیاز دارد. از این رو نمی‌توان کل جهان را با انتروپی سنجید زیرا هیچ مرجع خارجی دیگری برای سنجش وجود ندارد. اکنون باز به خانه اول باز‌می‌گردیم: چه‌مکانیزمی زمان را به جلو می‌راند؟ پیچیدگی کمیتی بدون بُعد است که در بنیادی‌ترین حالت خود میزان پیچیده‌بودن یک ساختار را شرح می‌دهد. از این رو می‌توان گفت که پیچیدگی با زمان در ارتباطی مستقیم است، هرچه زمان پیش می‌رود، ساختار جهان پیچیده‌تر می‌شود. محققان می‌گویند این نیروی گرانش و تمایل آن به ایجاد نظم و پیچیدگی است که سیستم‌های اولیه را با انتروپی پایین در جهان ایجاد کرده‌است.
محققان برای آزمودن این فرضیه، مدل‌های کامپیوتری خلق کردند تا ذرات را در ماکتی از جهان شبیه سازی کنند. نتیجه این مدل‌سازی نشان داد بدون توجه به اینکه شبیه‌سازی تا کی ادامه پیدا می‌کند، پیچیدگی جهان همواره افزایش پیدا می‌کند و هرگز با گذشت زمان کاهش نمی‌یابد. به گفته محققان با بالغ‌تر شدن جهان، خردسیستمها به اندازه‌ای از یکدیگر مجزا شدند که نیروهای دیگر شرایط ایجاد پیکان زمان برای خردسیستم‌هایی که انتروپی پایینی داشتند، فراهم آمد. در این خردسیستمها،مانند زندگی روزمره روی زمین، انتروپی مسلط شده و پیکان ترمودینامیکی از زمان ایجاد می‌کند.
براساس این گزارش، در مقیاس جهانی، درک بشر از زمان تحت تاثیر رشد روزافزون پیچیدگی قرار دارد، اما در خرد ساختارها، این انتروپی است که مفهوم زمان را تعریف می‌کند. به گفته محققان، جهان سیستمی است که پیچیدگی آن در حال افزایش است. ساختاری متشکل از کهکشان‌های عظیم که فضای تهی بیکرانی آنها را از یکدیگر جدا ساخته‌است. این کهکشان‌ها در گذشته دور به هم نزدیک‌تر بوده‌اند. فرض براین‌است که درک انسان از زمان نتیجه قانونی است که رشد غیرقابل بازگشت پیچیدگی جهان را تعیین می‌کند. محققان در مرحله بعدی مطالعات خود در جستجوی شواهد عینی برای پشتیبانی از فرضیه خود هستند، شواهدی که وجود یا عدم وجود آنها مشخص نیست، اما دانشمندان می‌دانند با کمک چه آزمایش‌های و رصد‌های کیهانی می‌توان به وجود این شواهد پی‌برد.
سایت علمی بیگ بنگ
ری کامینگز نویسنده رمان‌های علمی‌تخیلی در سال ۱۹۲۲ در رمان خود بنام “دختری در اتم طلایی” نوشت: زمان پدیده‌ای است که در یک‌لحظه مانع از وقوع همه‌چیز می‌شود، حال پرسش این‌است که چطور زمان می‌تواند در یک لحظه مانع از وقوع رویداد‌ها شود؟ چه مکانیزمی وجود دارد که زمان را تنها به جلو می‌برد نه به عقب؟
بیگ بنگ و زمان، طرحی از فیزیکدانان نظری موسسه PI
به گزارش همشهری از دیسکاوری، نتایج مطالعات گروهی از فیزیکدانان نظری موسسه PI در اونتاریوی کانادا که به‌تازگی در Physical Review Letters منتشر شده نشان می دهد، مفهوم پیکان زمان، مفهومی که بی‌وقفه بودن حرکت رو به جلوی زمان را نمایش می‌دهد و شیوه‌ای متفاوت از چگونگی نمایش زمان در مقیاس جهانی به شمار می‌رود را بازبینی کردند. زمان به صورت رایج به واسطه فرضیه گذشته شرح داده می‌شود که می‌گوید هر نوع سیستم معین در حالت انتروپی (واحد اندازه‌گیری ترمودینامیک) کوچکی آغاز شده و سپس هرچه با نیروی ترمودینامیک جلو رانده می‌شود، انتروپی آن افزایش پیدا می‌کند. به بیان دیگر گذشته انتروپی کوچک و آینده انتروپی بالایی دارد، پدیده‌ای که به تقارن زمانی ترمودینامیک شهرت دارد.
در تجربیات روزانه نیز می‌توان نمونه‌های متعددی از انتروپی رو‌به‌افزایش را مشاهده کرد، برای مثال پر شدن فضای یک اتاق با گاز، یا ذوب شدن یک قطعه یخ. در این نمونه‌ها روند غیرقابل تغییر رو به افزایش میزان انتروپی به خوبی محسوس است. اگر این مفهوم در مقیاس جهانی بسط داده‌شود، می‌توان گفت بیگ‌بنگ جهان را در حالت انتروپی پایینی به وجود آورد و طی قرون و اعصار متوالی که جهان بسط یافته و سرد شده‌است، انتروپی این سیستم عظیم افزایش یافته‌است. از این رو براساس این فرضیه، زمان با میزان انتروپی یا آشفتگی در جهان ارتباطی مستقیم دارد.
اما این فرضیه نیز چندین مشکل دارد. درست پس از بیگ‌بنگ، چندین نمونه از شواهد عینی به وجود محیطی اشاره کردند که تراکمی بسیار داغ و آشفته از ذرات کهن بوده‌اند. با بلوغ بیشتر جهان هستی و سرد‌تر شدن آن، نیروی گرانش بر آن تسلط یافته و جهان را به مکانی منظم‌تر و پیچیده‌تر تبدیل کرد که در آن از ابرهای گازی سرد ستاره‌ها شکل گرفتند و سیاره‌ها در نتیجه فروپاشی‌های گرانشی متولد شدند. به تدریج شیمی ارگانیک ایجاد شد و زمینه خیزش حیات و تولد موجودی فراهم شد که درباره زمان و فضا تفکر کرده و فلسفه بافی کند. در نتیجه می‌توان گفت آشفتگی و انتروپی در مقیاس جهانی، برخلاف فرضیه مطرح شده، با گذشت زمان کاسته شده‌است.
به گفته محققان انتروپی کمیتی فیزیکی است که از ابعادی مانند انرژی و حرارت برخوردار است و برای سنجیده‌شدن به مرجعی خارجی نیاز دارد. از این رو نمی‌توان کل جهان را با انتروپی سنجید زیرا هیچ مرجع خارجی دیگری برای سنجش وجود ندارد. اکنون باز به خانه اول باز‌می‌گردیم: چه‌مکانیزمی زمان را به جلو می‌راند؟ پیچیدگی کمیتی بدون بُعد است که در بنیادی‌ترین حالت خود میزان پیچیده‌بودن یک ساختار را شرح می‌دهد. از این رو می‌توان گفت که پیچیدگی با زمان در ارتباطی مستقیم است، هرچه زمان پیش می‌رود، ساختار جهان پیچیده‌تر می‌شود. محققان می‌گویند این نیروی گرانش و تمایل آن به ایجاد نظم و پیچیدگی است که سیستم‌های اولیه را با انتروپی پایین در جهان ایجاد کرده‌است.
محققان برای آزمودن این فرضیه، مدل‌های کامپیوتری خلق کردند تا ذرات را در ماکتی از جهان شبیه سازی کنند. نتیجه این مدل‌سازی نشان داد بدون توجه به اینکه شبیه‌سازی تا کی ادامه پیدا می‌کند، پیچیدگی جهان همواره افزایش پیدا می‌کند و هرگز با گذشت زمان کاهش نمی‌یابد. به گفته محققان با بالغ‌تر شدن جهان، خردسیستمها به اندازه‌ای از یکدیگر مجزا شدند که نیروهای دیگر شرایط ایجاد پیکان زمان برای خردسیستم‌هایی که انتروپی پایینی داشتند، فراهم آمد. در این خردسیستمها،مانند زندگی روزمره روی زمین، انتروپی مسلط شده و پیکان ترمودینامیکی از زمان ایجاد می‌کند.
براساس این گزارش، در مقیاس جهانی، درک بشر از زمان تحت تاثیر رشد روزافزون پیچیدگی قرار دارد، اما در خرد ساختارها، این انتروپی است که مفهوم زمان را تعریف می‌کند. به گفته محققان، جهان سیستمی است که پیچیدگی آن در حال افزایش است. ساختاری متشکل از کهکشان‌های عظیم که فضای تهی بیکرانی آنها را از یکدیگر جدا ساخته‌است. این کهکشان‌ها در گذشته دور به هم نزدیک‌تر بوده‌اند. فرض براین‌است که درک انسان از زمان نتیجه قانونی است که رشد غیرقابل بازگشت پیچیدگی جهان را تعیین می‌کند. محققان در مرحله بعدی مطالعات خود در جستجوی شواهد عینی برای پشتیبانی از فرضیه خود هستند، شواهدی که وجود یا عدم وجود آنها مشخص نیست، اما دانشمندان می‌دانند با کمک چه آزمایش‌های و رصد‌های کیهانی می‌توان به وجود این شواهد پی‌برد.
سایت علمی بیگ بنگ
