مطالب ارائه شده در این مقاله، مطالبی کاملاً جدید و تمامی نظریه ها، نظریات جدید در حوزه فیزیک کوانتومی می باشد و فقط برای درک بهتر، در برخی از قسمت ها، اشاره هایی به نظریه های دیگر در حوزه فیزیک کوانتومی شده است.

مقاله در سطح بالای متوسط می باشد و تصور بر این است که خواننده با اصول فیزیک کوانتوم و مباحث مربوط به نسبیت انیشتین آشنایی کافی دارد.

مقدمه

بشر همیشه به دنبال کشف جهان و دست یابی به تمام نیروهای اطراف خود بوه است. در این میان دو چیز ذهن او را بسیار به خود مشغول نموده است، یکی نور و دیگری زمان. تا به این لحظه بشر موفق به توجیه و تشخیص کامل این دو پدیده نشده است.

در این مقاله سعی بر ارائه راه حل های جدید برای تشخیص این دو پدیده شده تا بتوان با تئوری های جدید، درب های جدیدی از علم را به سوی بشر باز کنیم و گامی بلند تر از همیشه به سوی آینده علم و آنچه ناشناخته است برداریم. این مقاله شروعی برای این گام بلند است و به امید آنکه بشر بتواند با تئوری های ارائه شده جدید در این مقاله، شناخت خود را از جهان هستی افزایش دهد.

زمان چیست ؟

هنگامی که به زمان فکر می کنیم، به وسایل اندازه گیری گذشت زمان مانند ساعت و یا شاید بازه ای از زمان مانند ساعت یا دقیقه فکر می کنیم، ولی درباره خود زمان فکر نمی کنیم. زمان چیست؟
دقیقاً ما چه چیزی را اندازه گیری می کنیم؟

پاسخ را می توانیم به این صورت شروع کنیم که ما در حال اندازه گیری بازه بین رویداد ها هستیم با استفاده از واحد هایی که برای این منظور تعریف کرده ایم.

ولی ما می خواهیم بررسی کنیم که دقیقاً این "بازه" چیست.

ما همیشه زمان را به گونه ای که "در حال حرکت است" در نظر داریم، به صورتی که به حالت پیوسته و جدایی ناپذیر در جریان است. ولی آیا این نظریه درست است؟

ما زمان را به گونه ای بیان می کنیم که از گذشته به حال و سپس به آینده در جریان است. ما خاطراتی از اتفاقات گذشته داریم، ولی البته هیچ خاطره ای از آینده نداریم. زمان برای ما این خط مرجع را بوجود می آورد که اتفاقات به ترتیب وقوع می توانند بر روی آن قرار گیرند، و در این حالت ما می توانیم تشخیص دهیم که یک اتفاق قبل یا بعد از دیگری رخ داده است. و این حالت است که "پیکان زمان" را برای ما بوجود می آورد. قابل توجه است که در قوانین فیزیک موجود، هیچ توجیهی برای جریان زمان از گذشته به حال و سپس به آینده وجود ندارد. پس چه چیزی است که به زمان جهت می دهد؟ برای درک بهتر، مروری کوتاهی بر قوانین ترمودینامیک می کنیم.

در مقیاس های کوچکتر از اتم، هیچگونه تمایزی بین گذشته و آینده وجود ندارد!

در یک واکنش میان ذرات کوچکتر از یک اتم، ممکن است دو ذره به نحوی با یکدیگر برخورد کنند، و بر اثر واکنش آنها با یکدیگر دو ذره متفاوت دیگری را بوجود آورند و سپس از یکدیگر جدا شوند. با توجه به قوانین کنونی فیزیک، هیچ دلیلی وجود ندارد که بتواند مانع از آن شود که این دو ذره مجدداً با یکدیگر برخورد کنند و به حالت قبل از واکنش خود بازگردند. با مطالعه بر روی این ذرات، تشخیص ترتیب واکنش ها و یا حتی اینکه آیا واکنشی رخ داده است یا خیر، غیر ممکن است. در این مقیاس، تشخیص گذشته از آینده با نگاه کردن به ذرات امکان پذیر نیست.

در دنیای ماکروسکوپی و قابل دیدن با چشم، ما به راحتی پیکان زمان را می توانیم تشخیص دهیم. اگر ما تصویری از یک لیوان پر از آب بر روی یک میز را ببینیم و در کنار آن تصویر یک لیوان شکسته، که از روی همان میز بر روی زمین افتاده و آب های درون لیوان بر روی زمین ریخته را ببینیم، به راحتی می توانیم ترتیب مراحل این اتفاق را تشخیص دهیم. ما می دانیم که ذرات شکسته لیوان هرگز قادر به ترکیب مجدد و بوجود آوردن لیوان نشکسته را ندارند و همچنین می دانیم آبی که بر روی زمین ریخته شده است، قادر به جمع شدن و بازگشت به لیوان را ندارد، ولی چرا ؟ با توجه به قوانین فیزیک فعلی، هر واکنشی شامل واکنش میان اتم هایی می باشد که قایل برگشت به حالت قبل از واکنش هستند، مانند شیشه لیوانی که شکسته است و قابل بازگشت به حالت اول است و برای آب لیوان که ریخته شده بر روی زمین نیز همین حالت صدق می کند. ولی یک پیکان زمان درون این اتفاق وجود دارد، که از گذشته به سمت آینده می رود. این حالت هنگامی صدق می کند که ما با سیستم های پیچیده و متشکل از مقدار زیادی ذره روبرو هستیم. در چنین سیستم هایی می توانیم بر اساس آنالیز و تجزیه تغییر اجسام و با کمک علم ترمودینامیک و ریاضیات مربوطه روند تغییر از گذشته به آینده را تشخیص دهیم.

بنیادی ترین قانون فیزیک، قانون دوم ترمودینامیک است. بر اساس این قانون، جهان همواره به سمت بی نظمی پیش می رود.  به عبارت دیگر در یک سیستم بسته (جهان ما نیز یک سیستم بسته محسوب می شود)، بی نظمی همیشه در حال افزایش است. اجسام هرگز نسبت به آنچه هستند منظم تر نمی شوند. برای مثال اگر شما یک جعبه ای که درون آن یک پازل قرار داده اید را به شدت تکان دهید، بعد از باز کردن جعبه شما نمی توانید انتظار داشته باشید پازل به خودی خود ساخته شده باشد. توضیح این حالت خیلی ساده است . عدم درست شدن پازل به این دلیل است که حالت درست پازل فقط یک حالت است، در حالی که حالت های اشتباه زیادی وجود دارد. بنابراین ما مدام با حالت اشتباه روبرو می شویم. اگر برای مدت زمان طولانی این حرکت را ادامه دهیم، احتمال خیلی ضعیف وجود دارد که پازل به صورت صحیح چیده شود، ولی این حالت خیلی نادر است و در مقیاس کل جهان، جهان احتمالاً زمان کافی برای پدید آوردن چنین حالتی را ندارد. بنابراین اگر ما سیستم های موجود در این جهان را به حال خود رها کنیم، سیستم به حالت بی نظمی می رود و نه به حالت نظم و این حالت به ما پیکان زمان را تحویل می دهد.

پیکان زمان دیگر، پیکان زمان انفجار بزرگ (Big-Bang) است و می توان آنرا به عنوان پیکان زمان نهایی در نظر گرفت. در هر جا و در هر زمان در جهان هستی که باشید، انفجار بزرگ همیشه در قسمت گذشته زمان قرار دارد. ما همان پیکان را در انبساط جهان می توانیم مشاهده کنیم. هرچه جهان پیرتر و منبسط تر می شود، کهکشان ها از یکدیگر دورتر می شوند. کهکشان هایی که به یکدیگر نزدیکتر هستند گذشته را و کهکشان هایی که از یکدیگر دور شده اند آینده را نشان می دهند.

قانون اول ترمودینامیک می گوید که مقدار انرژی در یک سیستم بسته همیشه ثابت است. مقدار کل انرژی موجود در جهان هنگام آفرینش آن مقدار دهی شده است، ولی قانون دوم ترمودینامیک به ما می گوید که مقدار انرژی "قابل استفاده" رو به کاهش است. هنگامی که تمامی ستاره ها و منابع دیگر انرژی موجود در جهان گرمای خود را از دست دهند، جهان به حالت تعادل گرمایی می رسد و دیگر هیچ چیز تغییر نمی کند.

از مطالعه ترمودینامیک در ارتباط با پیکان زمان چه چیزی آموختیم؟ آموختیم که دلیل برگشت پذیری واکنش ها و برهم کنش ها در مقیاس میکروسکوپی و عدم برگشت پذیری در مقیاس ماکروسکوپی (چرا پیکان زمان رو به یک سمت و آن هم آینده است)، آن است که قانون افزایش بی نظمی، یک قانون ثابت است؛ البته مقدار کمی کاهش در بی نظمی زیاد مشکل ساز نیست و مانعی برای آن وجود ندارد. پس نتیجه می گیریم که زمان در مقیاس ماکروسکوپی در یک جهت جریان دارد و آن هم از گذشته به آینده، که البته در ادامه بحث بیشتر به این موضوع می پردازیم.

آیا یک "زمان ثابت جهانی" وجود دارد ؟

اگر ما دو عدد ساعت اتمی را کنار هم قرار دهیم و با یکدیگر تنظیم کنیم که هر دو یک ساعت را نشان دهند، می دانیم که حتی اگر سال ها هم تیک-تاک کنند، باز هم هر دو یک ساعت را نشان خواهند داد. ولی اگر آنها را از هم جدا کنیم و یکی از آنها را بر روی کره زمین نگه داریم و دیگری را به یک "سفر به دور دنیا" بفرستیم، هنگام بازگشت خواهیم دید که ساعتی که در سفر به دور دنیا بوده است، کسری از ثانیه عقب تر است. فقط کسری از ثانیه، ولی حقیقت دارد. سفر به دور دنیا واقعاً شما را جوان تر نگه می دارد! این فقط یک نظریه نیست، بلکه آزمایشات مختلفی از جمله آزمایش ذکر شده انجام شده است و نتیجه ثبت شده، این تئوری را تایید می کند. پس اینجا چه خبر است؟ جواب این سوال را می توان در نظریه نسبیت انیشتین یافت، زیرا این نظریه به ما می گوید که هر چه جسمی سریعتر حرکت کند، زمان برای آن جسم کندتر می گذرد. تا آنکه به سرعت نور برسد که در آن حالت زمان برای جسم به صفر می رسد. این حالت تحت عنوان "تاخیر زمان" شناخته می شود و در حرکت های روزانه ما بسیار ناچیز و ناملموس می باشد ولی در سرعت های بالاتر قابل لمس می گردد. برای مثال، برای "تاخیر زمان" هایی که ما با آن آشنا باشیم، می توان یک فضانورد را مثال زد که به مدت یک سال در ایستگاه فضایی زندگی می کند، 0.0085 ثانیه کمتر از ما که بر روی زمین زندگی می کنیم زمان برایش گذشته است، که البته مقدار زمان قابل لمسی نمی باشد.

باید به این نکته توجه داشت که سرعت های بالا و سرعت نزدیک سرعت نور، بر روی سرعت حرکت ساعت تاثیر نمی گذارد، بلکه خود زمان است که کند می شود.

البته باید توجه داشت که سرعت گذر زمان ارتباط مستقیم با سرعت ناظر دارد ولی مورد دیگری که باید مد نظر گرفت جاذبه است (که در ادامه به اصل جاذبه می پردازیم). میدان های جاذبه ای قوی، مانند آنچه در نزدیکی سیاهچاله ها یافت می شوند، باعت گذشت زمان بیشتری می شوند.

برای پاسخ به سوال اصلی، که آیا یک "زمان ثابت جهانی" وجود دارد ؟ جواب این سوال صریحاً خیر است. تنها نکته ای که قابل ذکر است آن است که تمامی ما زمان را با سرعت های متفاوت که بستگی به سرعت ما و جاذبه حاکم بر ما دارد تجربه می کنیم.

فضا-زمان با تعریف تکمیلی جدید

تا این قسمت مروری بر ماهیت زمان نمودیم و آنچه گفته شد، نتیجه تحقیقات و تئوری دانشمندانی مانند انیشتین بود. در این قسمت می خواهیم مروری بر تعریف فضا-زمان انیشتین نموده و آن را با تئوری های جدید تکمیل کنیم تا در ادامه بتوانیم به برخی از سوالات بدون پاسخ در فیزیک کوانتومی پاسخ دهیم.

توجه کنید که از این قسمت به بعد، تقریباً تمامی مطالب ذکر شده جدید می باشند و نظریات به صورت کلی با کمی توضیح بیان شده اند.

نیوتن می گوید هرگاه دو جسم در مجاورت یکدیگر قرار گیرند، از مرکز جسم اول به مرکز جسم دیگر نیرویی وارد می شود که جهت آن عمودی و به سمت جسم با جرم بیشتر است. در نظریه نیوتن، جاذبه نیرویی است که اجسام کوچکتر را به سمت اجسام بزرگتر می کشد. سپس انیشتین آمد و نظریه فضا-زمان را داد. انیشتین گفت که همه اجسام در فضایی ترکیب شده با زمان قرار دارند. هرچه جرم جسم بیشتر باشد، فضا زمان اطراف آن فشرده تر است. او گفت اگر جسمی را بر روی زمین تصور کنیم، چرا باید جاذبه از پایین جسم را به سمت خود بکشد، شاید دارد از بالا به آن نیرو وارد می کند! او می گفت جهان در فضا-زمان قوطه ور است و اجسام در این فضا-زمان، هرچه جرم بیشتری داشته باشند، به اصطلاح صفحه فضا زمان را بیشتر به سمت خود خم می کنند (البته اگر آنرا دو بعدی در نظر بگیریم) و اجسام دیگری که بر روی این صفحه قرار دارند، به سمت جسم با جرم بیشتر هدایت و به سمت آن جذب می شوند.

البته همانطور که می دانیم، این نظریه (وجود فضا-زمان به جای وجود نیروی جاذبه نیوتنی) با آزمایشات مختلفی ثابت شده است (مانند آزمایش نور در هنگام کسوف و ... ).

را می دهند، ولی در حالت جزیی به این صورت نیست و هر جسم فضا-زمان نسبی خود را دارد که در اطرافش پیچیده شده است. هرچه جرم ذره بیشتر، تراکم فضا-زمان، خمیدگی فضا-زمان و به اصطلاح نیروی جاذبه اطراف آن بیشتر خواهد شد. با ترکیب ذرات با یکدیگر، فضا-زمان آنها با یکدیگر ادغام شده و تشکیل فضا-زمان بزرگتری را می دهند. (منظور از ذره هر نوع ذره کوچکی است که بتوان آن را تصور نمود که کشف شده اند و یا حتی هنوز کشف نشده اند، چه در حد میکروسکوپی و چه در حد ماکروسکوپی).

تراکم و خمیدگی فضا-زمان اطراف ذرات را می توان بر اساس جرم اتمی ذرات تشکیل دهنده آنها با فرمول های ریاضی بدست آورد. البته آنچه از فیزیک کلاسیک در مورد جاذبه در این تئوری باقیمانده است و هنوز قابل قبول است، عمودی بودن جهت آن است.

نکته قابل توجه در این قسمت آن است که اگر ذرات متفاوتی با یکدیگر ترکیب شوند، ذرات دارای فضا-زمان بیشتر (تراکم و خمیدگی بیشتر) بر ذرات دارای فضا-زمان کمتر غلبه نموده و فضا-زمان اصلی را فضا-زمان ذرات با جرم اتمی بیشتر تشکیل می دهند و کل جسم دارای یک فضا-زمان واحد با قدرت فضا-زمان بیشتر خواهد شد. البته، این حالت را در صورتی در نظر می گیریم که جرم ذرات با فضا-زمان های متفاوت هنگام ترکیب یکسان باشند.

نکته قابل توجه دیگر آن که هر ذره فضا-زمان مخصوص به خود را دارد و هیچ ذره ای نمی تواند از فضا-زمان تعریف شده برای خود بکاهد و یا آن را از بین ببرد. کاهش مقدار فشردگی فضا-زمان، مستلزم تغییر در ماهیت ذره می باشد، که در آن صورت دیگر ذره جدید (با فضا-زمان جدید)، آن ذره قبلی نیست و تبدیل به یک ذره کاملاً متفاوت شده است. همانطور که گفتیم، اگر ذره در محیط فضا-زمان فشرده تری قرار گیرد، فضا زمان فشرده غالب می شود ولی اگر به هر نحوی به جایی که فضا-زمان اطراف آن دارای فشردگی کمتری باشد (حتی اگر وسعت آن بیشتر باشد) وارد شود، فضا زمان جرم کاهش پیدا نمی کند و کاهشی در فضا-زمان نسبی جسم رخ نمی دهد.

نکته بعدی که باید توجه داشت آن است که، اگر ذره ای با فضا-زمان فشرده وارد محیطی با فضا-زمانی با فشردگی کمتر وارد شود، حداکثر تاثیری که می تواند فضا-زمان فشرده بر اطراف خود بگذارد، به اندازی جرم خود است و نه بیشتر.

هنگامی که فشردگی فضا-زمان اطراف یک جسم زیاد باشد، زمان برای آن جسم کند تر می گذرد نسبت به جسمی که فضا-زمان اطراف آن فشردگی کمتری دارد.

چهار حالت ماده، چهار حالت جاذبه و ضد جاذبه

در گذشته برای جهان چهار حالت ماده در نظر می گرفتند. خاک، آب، باد و آتش.

در ادامه می خواهیم از این چهار حالت ماده ذکر شده توسط پیشینیان، عالم هستی و برخی از پدیده های اطرافمان را با کمک نظریات جدید توجیه نماییم.

همه ما با چهار حالت ماده آشنایی داریم، که عبارتند از : جامد (خاک)، مایع (آب)، گاز (باد) و پلاسما (آتش، اتر، پلاسما، انرژی تاریک و ...)

در بالا در مورد فضا-زمان صحبت کردیم و گفتیم که هر چه جسم دارای جرم بیشتری باشد، فضا-زمان فشرده تری دارد. از این حالت می توانیم این نتیجه را بگیریم که 4 حالت فضا-زمان کلی داریم.

فشرده ترین فضا-زمان را جامدات دارند و کمترین فشردگی فضا-زمان را پلاسما دارد.

البته در این قسمت باید توجه داشته باشیم که نور هیچگونه فضا-زمانی ندارد، زیرا جرم ندارد و هرآنچه که جرم نداشته باشد، فضا-زمان نیز نخواهد داشت.

در این قسمت به بررسی جاذبه از دیدگاهی جدید می پردازیم. نظریات گذشته، چه نیوتنی و چه انیشتینی، نظر بر این داشتند که جاذبه یک نیرویی است که یا جسم را به پایین می کشد و یا آنکه از بالا بر آن فشار وارد می کند.

حال می خواهیم بگوییم که هیچگونه نیروی جاذبه ای وجود ندارد! یعنی در اصل آنچه که به عنوان جاذبه شناخته شده است توجیهی برای فضا-زمان بوده است!

در جهان هستی چهار نوع ماده وجود دارد با فشردگی فضا-زمان های متفاوت، که در اصل جاذبه را ایجاد می کنند. اگر در مجاورت یک جرم بزرگتر از خود قرار بگیرید، به سمت آن متمایل می شوید و در اصطلاح توسط نیروی جاذبه آن جذب می شوید. نیروی جاذبه مایعات کمتر بوده و می توانند تا حدودی آزادانه تر حرکت کنند. گازها نسبت به مایعات دارای فضا-زمان با فشردگی کمتری هستند، در نتیجه نسبت به مایعات آزادانه تر حرکت می کنند. در نهایت، پلاسما قرار می گیرد که نمونه ملموس آن آتش (قسمتی از آتش که دیده نمی شود) را می توان تصور کرد که از تمامی حالات ماده آزادانه تر در جهان می تواند حرکت کند.

مثالی را بیان می کنم تا بتوان مطلب را بهتر درک کرد. اگر یک بطری برداشته و مقداری خاک، آب و قسمتی از آن را خالی (پر از هوا) بگذاریم، سپس درب آنرا بسته به شدت تکان دهیم، پس از مدتی که ساکت قرار گیرد، ذرات خاک ته نشین شده، بر روی آن آب و در آخر هوا را می بینیم. همانگونه که در این آزمایش ساده می توان مشاهده کرد، ذرات با فضا-زمان های مختلف از یکدیگر جدا شده و ذرات با فضا-زمان مشابه در کنار یکدیگر قرار می گیرند. این عمل در هرجای عالم که انجام شود، همین نتیجه را خواهد داشت، البته بستگی به فشردگی فضا-زمان آن محل، زمان انجام آن متغیر خواهد بود، مثلاً در فضا در زمان طولانی تری و در مکان هایی با فضا-زمان فشرده تر، سریعتر انجام خواهد گرفت.

اصل این اتفاق به اصل بی نظمی عالم باز می گردد و چون بطری یک سیستم بسته محسوب می شود، بی نظمی آن تا آنجایی پیش می رود که به تعادل برسد. در اینجا، تعادل را بر جدا شدن کامل ذرات با فضا-زمان های مختلف از یکدیگر می گذاریم. ذرات با فضا-زمان با فشردگی کمتر، آزادی برای پراکندگی بیشتر و بی نظمی بیشتری دارند و در نتیجه تمایل به فرار از این حالت را دارند. در عین حال تمایلی به ترکیب با ذرات با فضا-زمان های دیگر را ندارند، در نتیجه از آنها نیز دور می شوند. نتیجه آزمایش همانی می شود که همیشه مشاهده می کنیم. در این حالت می توانیم ببینیم که جدا شدن ذرات بر اساس جاذبه نیست، بلکه بر اساس فضا-زمان ذرات و تمایل به بی نظمی موجود در آنها است.

حال بر می گردیم به کره زمین. بر روی کره زمین نیز دقیقاً همین حالت صادق است. در مرکز، خاک، بر روی آن آب، بر روی آب هوا و در نهایت، مابقی را پلاسما تشکیل می دهد.

آیا تا به حال با خود فکر کرده اید که چرا یک جسم جامد هنگامی که رها می شود به سمت زمین می افتد؟ چرا مایعات بر روی زمین جریان دارند؟ و چرا گازها به خودی خود به سمت بالا حرکت می کنند؟ آیا تاکنون فکر کرده اید که در کره زمین، گازها تا کجا می توانند بالا بروند؟ آیا دقت کرده اید تا یک حدی بالا رفته و در آنجا متوقف می شوند؟ آیا دقت کرده اید که برای پرتاب موشک از هوا استفاده نمی شود، بلکه از پیشرانه آتش استفاده می کنند؟ در ادامه اقدام به پاسخ به این سوالات با نظریات جدید می نماییم.

بحث را با گازها آغاز می کنیم. همانطور که گفتیم ذرات تمایل به بی نظمی دارند، در نتیجه برای مثال اگر حجمی از گاز هیدروژن را درون یک بالن قرار دهیم و بالن را آزاد کنیم به آسمان رفته و در نقطه ای (احتمالاً در محدوده ای از آسمان) به صورت شناور قرار می گیرد. دلیل این حالت، ضد جاذبه بودن نیست، بلکه در درجه اول تمایل به بی نظمی و در درجه دوم عدم تمایل به جذب شدن توسط ذرات با فضا-زمان های دیگر می باشد. حال اگر قرار بر ضد جاذبه باشد، و جاذبه نیوتنی (و یا حتی انیشتینی) را در نظر بگیریم، گاز باید بتواند به بالا تر نیز برود، در حالی که چنین اتفاقی رخ نمی دهد. علت آن این است که محدوده فضا-زمانی گاز همین جاست و نمی تواند وارد محدوده فضا-زمانی پلاسما شود، که دلیل آن هم همان دلیلی است که گاز ها نسبت به فضا-زمان های فشرده تر از خود دارند، پلاسما اجازه ورود گاز با فشردگی فضا-زمان بیشتر به محدوده با فشردگی فضا-زمان کمتر را نمی دهد.

حال که با تئوری های جدید این مسئله را بررسی کردیم، بحث را به سمت پلاسما می بریم و اینکه چگونه یک موشک می تواند به فضا پرتاب شود، با توجه به اینکه دیگر جاذبه ای از سمت زمین برای جسم در نظر نمی گیریم.

برای بررسی این مسئله باز هم با مثالی دیگر آغاز می کنیم. ما بر روی زمین هستیم و موشکی داریم که با نوعی سوخت جهت پرتاب آماده کرده ایم. دلیل وزن داشتن آن این است که نوع فضا-زمان موشک که جسمی جامد است از نوع خاک و دارای همان مقدار فشردگی فضا-زمان است (البته به صورت تقریبی). بنابراین طبق صحبت های گذشته، هر چقدر جرم اتمی ذرات آن بیشتر باشد وزن آن بیشتر خواهد شد، زیرا جایگاه آن درون فضا-زمان خود ( زمین) است و نه در فضا-زمان هوا (جو زمین). حالا می خواهیم موشک را به فضا پرتاب کنیم. اولین چیزی که به ذهن می رسد، مقدار نیروی لازم برای غلبه بر جاذبه زمین می باشد. همانطور که گفتیم، جاذبه زمین دیگر تعریف گذشته را ندارد و تعریف جدیدی پیدا کرده است، در نتیجه باید یک راه حل جدید ارائه کنیم.

در اینجا به یک اصل جدید اشاره می کنیم. برای آنکه جسمی از جنس فضا-زمان با فشردگی بیشتر بتواند به جایگاهی در محیطی با فشردگی فضا-زمان کمتر وارد شود باید یک "حامل" داشته باشد. حامل باید از نوع فضا-زمان مقصد باشد با "جرمی بیش از" جرم جسمی که قرار است حمل شود تا حامل بتواند آنرا تا محدوده فضا-زمان مقصد منتقل کند.

در مثال ما، حامل آتش خروجی از موشک هنگام پرتاب است. احتمالاً در فیزیک کلاسیک پرتاب موشک به اینصورت بیان می شود که آتش خروجی از موشک فشاری را وارد می کند که باعث غلبه بر جاذبه، پرتاب و به بالا رفتن موشک شود. اصلاً چرا از آتش استفاده می شود؟ چرا از گاز استفاده نمی شود؟ اگر هدف غلبه بر نیروی جاذبه زمین است (طبق تعریف کلاسیک آن)، چرا از فشار هوا استفاده نمی شود؟

در هر صورت، این نظریه هر توجیهی که داشته باشد فقط تا هنگام خروج از جو ممکن است بدون اشکال باشد، اما ما می دانیم که هنگامی که موشک به فضا وارد می شود، باز هم با پیشرانه آتش خود می تواند به جلو حرکت کند. این حالت را فیزیک کلاسیک چگونه توجیه می کند؟

جواب این سوالات را برعهده شما می گذاریم و بر می گردیم به ادامه بحث و توجیه بر اساس تئوری های جدید. همانطور که گفتیم، پس از آتش کردن موشک، آتش خروجی در هر لحظه باید جرمی بیش از جرم موشک داشته باشد. در این حالت آتش خروجی (که در اصل همان پلاسما محسوب می گردد)، تمایل به بی نظمی دارد. چون در سمت زمین، فضا-زمان با فشردگی بیشتر وجود دارد، در نتیجه آتش خروجی فرار از این فضا-زمان را انتخاب می کند و به سمت بالا می رود. چون موشک بر سر راه فرار آن قرار دارد، به ناخواه موشک را نیز با خود حمل می کند و آتش خروجی می شود حامل و موشک می شود جسم مورد حمل. در اینجا ما بر روی فشار های موجود در فیزیک کلاسیک بحث نمی کنیم، بلکه بر روی بی نظمی می خواهیم تمرکز کنیم.

دقت داشته باشید که اگر آتش خروجی از موشک در هر لحظه از جرم موشک کمتر باشد، فضا-زمان  موشک و تمایل به بازگشتن به فضا-زمان خود غلبه کرده و در اصل موشک حامل می شود. اگر جرم هر دو در هر لحظه یکسان باشد، موشک به حالت شناور در می آید و نه به بالا و نه به سمت پایین حرکت نمی کند. در نهایت اگر جرم آتش بیشتر باشد، موشک را به سمت فضا هدایت می کند. در اینجا توجه داشته باشید که ما هیچگونه فشاری را در محاسبات لحاظ نکردیم و به خوبی می توانیم نتیجه را پیش بیینی کنیم و حتی می توان گفت که شدت فشار ایجاد شده، برابر با مقدار جرم خروجی آتش می باشد. نکته دیگری که باید به آن توجه داشت این است که، هرچه جرم حامل بیشتر باشد، سرعت حرکت آن نیز بیشتر خواهد شد.

در نتیجه، طبق تئوری های ارائه شده، ما نیازی به فشار برای خروج از فضا-زمان کره زمین نداریم. در حقیقت کافی است که ما بتوانیم ماده ای هم جرم (یا بیشتر) با جسمی که قصد فرستادن آن به فضا را داریم پیدا کرده و به عنوان حامل از آن استفاده کنیم.

نکته دیگر که در این قسمت قابل توجه است، آن است که اگر بتوان به نجوی انرژی آتش خروجی از موشک که در یک لحظه خارج می شود و نیروی کافی جهت حرکت موشک به سمت بالا دارد را مهار کنیم (یا مشابه آن را با همان ماهیت فضا-زمان استفاده کنیم)، به گونه ای که مثلاً در محفظه ای نگهداری کنیم و امکان فرار از آن محفظه را نداشته باشد، در آن صورت نیاز به سوختن مداوم سوخت موشک نداریم و می توانیم از همان انرژی ذخیره شده برای پرتاب موشک استفاده کنیم. برای درک بهتر این حالت، بالنی را در نظر بگیرید که داخل آنرا با گاز پر می کنیم، این بار بتوانیم با انرژی خروجی از موشک یا همان آتش (قسمت نامرئی آتش) پر کنیم تا بتوانیم به فضا برویم. البته در حال حاظر با علم و تکنولوژی های موجود، چنین کاری غیر ممکن است، ولی به امید آنکه با تئوری های جدید، به زودی تکنولوژی های جدیدی خلق شوند.

حال می رسیم به این نکته که هنگامی که موشک در فضا-زمان پلاسما قرار گرفت، چگونه با آتش خروجی خود به سمت جلو حرکت می کند. توجیه این مسئله را با یک نظریه جدید پی می گیریم، به این صورت که، هر جسمی که در فضا-زمان مطلق خود قرار گیرد، می تواند به صورت آزادانه به هر سمتی حرکت کند. البته طبق این نظریه، هرچه فشردگی فضا-زمان کمتر باشد، آزادی حرکت نیز بیشتر خواهد شد. البته حرکت آن نیاز به پیشرانه (حامل) از نوع همان فضا-زمان و یا با فشردگی کمتر نیاز است. در نتیجه موشک باز با همان پیشرانه آتش خود می تواند به هر سمتی که تمایل دارد حرکت کند.

حال اگر طبق تئوری های جدید به مسائل فکر کنید، می بینید که قوانین حاکم بر حالت های دیگر ماده در ارتباط با یکدیگر نیز به خوبی از قوانین ذکر شده پیروی می کنند.

سفر در زمان یا خم کردن فضا-زمان

انسان همیشه به دنبال راهی برای رفتن به گذشته و آینده بوده است و یا به بیان دیگر سفر در زمان بوده است. اما آیا واقعاً سفر در زمان امکان پذیر است؟

در این قسمت تئوری های موجود در مورد امکان و یا عدم امکان سفر در زمان را بررسی نخواهیم کرد. فقط این نکته را ذکر می کنیم که طبق تئوری های موجود، امکان سفر در زمان وجود دارد و قانونی در فیزیک حاضر موجود نیست که این مسئله را نقض کند، در نتیجه دانشمندان راه های مختلفی را برای سفر در زمان ارائه کرده اند. طبق نظریه نسبیت انیشتین، نور در همه جا سرعت یکسان دارد، که البته این مسئله ثابت شده است ولی دلیل آنرا دقیقاً نمی دانند. به همین دلیل برای توجیه آن می گویند که در سرعت های بالا زمان کشیده می شود و تا جایی که در سرعت نور زمان برای ناظری که با سرعت نور حرکت می کند به صفر می رسد، یعنی زمان دیگر برای او نمی گذرد. این نظریه با آزمایشات مختلفی امتحان شده است و صحت آن تایید می شود. ولی اصل ماجرا از چه قرار است؟

طبق نظریه های جدید ارائه شده در این مقاله، هر جسمی فضا-زمان نسبی اطراف خود دارد، در نتیجه زمان برای هر ذره ای نسبی و متفاوت است. اما، چون تمامی موجودات هستی از ذرات بنیادین مشابهی تشکیل شده اند (مانند اتم، الکترون، پروتون، نوترون، کوارک و ...)، فضا-زمان های مشابهی را تجربه می کنند، ولی با قرار گرفتن در فضا-زمان های فشرده تر و خمیده تر، می توانند فضا-زمان نسبی خود را افزایش داده و فضا-زمان جدید (غالب) را تجربه کنند (همانگونه که توضیح داده شد). توجه داشته باشید که همانگونه که گفتیم هیچ ذره ای نمی تواند از فضا-زمان خود بکاهد و در نتیجه نمی تواند فضا-زمانی کمتر از آنچه فضا-زمان نسبی خود است را تجربه کند مگر آنکه تغییر ماهیت دهد، که در آنصورت دیگر جسم اولیه نیست. با دقت بر روی این نکته به راحتی می توان فهمید یک ذره نمی تواند با سرعت نور حرکت کند، زیرا جسمی که با سرعت نور حرکت می کند فاقد فضا-زمان است و اگر جسمی به غیر از خود نور با سرعت نور حرکت کند، ماهیت خود را تغییر می دهد و دیگر آن جسم قبلی نیست.

حال اگر بخواهیم تصور کنیم که انسان بتواند با سرعت نور حرکت کند، می بینیم که طبق تئوری های جدید امکان پذیر نیست. البته اگر به هر نحوی بتواند با سرعت نور حرکت کند، دیگر ماهیت انسانی ندارد و تغییر هویت داده و به جسم دیگری تبدیل می شود. پس تکلیف سفر در زمان چه می شود؟ طبق صحبت های گذشته، فضا-زمان نسبی است و فضا-زمان کلی برای پیمایش وجود ندارد. مانند ذرات رادیو اکتیو که نیمه عمر مخصوص خود را دارند و با قرار گرفتن در شرایط فضا-زمانی مختلف، نیمه عمر آنها کاهش می یابد (طبق نظریه جدید، هیچ وقت کاهش نمی یابد و حداقل فضا-زمان نسبی خود را تجربه می کنند)، زمان نیز چنین خاصیتی دارد و وابسته به جسم می باشد. ما امکان جدا سازی فضا-زمان از جسم را نداریم و ماهیت جسم در هم آمیخته و متشکل از زمان و فضا (چهار بعد) است. در نتیجه در یک نگاه، امکان سفر در زمان وجود ندارد. اما آیا می توان حالتی را در نظر گرفت که بتوان به نحوی به گذشته یا آینده رفت و یا آن را دید؟ در ادامه به این مسئله می پردازیم.

- سفر به گذشته یا سفر به آینده، کدام یک امکان پذیر است؟