با دقیق تر شدن ساعت ها، زمان گُنگ تر می شود!

  زمان چیز عجیبی است. علی رغم تصورات ما، زمان با یک ساعت بزرگ کار نمی کند. همین عامل ما را قادر می سازد تا بسته به نحوه حرکتمان یا میزان فشار وارد شده بر ما از طرف گرانش، زمان را بطور متفاوتی تجربه کنیم.

ذرات زیر اتمی و نیروهائی در فواصل کوتاه با مکانیک کوانتومی بررسی می شوند
اکنون فیزیکدانان به ترکیب دو نظریه بزرگ فیزیک پرداخته اند تا نتیجه زیر را تایید نمایند: «نه تنها زمان یک امر سازگار در سطح جهانی نیست، بلکه از هر ساعتی هم برای اندازه گیری آن استفاده کنیم، جریان زمان را در فضای پیرامون آن مختل خواهد کرد.» نگران نباشید. این بدان معنا نیست که ساعت دیواری تان روند پیری شما را تسریع خواهد بخشید. ما درباره وقت نگهدارهایی در آزمایشات بسیار دقیق صحبت می کنیم، مثل ساعت های اتمی.

تیمی از فیزیکدانان دانشگاه وین و آکادمی علوم اتریش با بکارگیری مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت عام مدعی شده اند که افزایش دقت اندازه گیری در ساعت ها باعث افزایش تحریف زمان می شود. بگذارید برای لحظه ای یک گام به عقب بازگردیم و به هر آنچه که امروز فیزیک می گوید، نگاهی بیندازیم. مکانیک کوانتومی به طرز باورنکردنی در توصیف کیهان در مقیاس بسیار کوچک مفید است. ذرات زیر اتمی و نیروهائی در فواصل کوتاه با مکانیک کوانتومی بررسی می شوند.
محاسبات دقیق ریاضی با پشتیبانی از مکانیک کوانتومی یک سری پیش بینی هایی می کند که در تناقض با تجربه های روزمره قرار دارد. یکی از این پیش بینی ها "اصل عدم قطعیت هایزنبرگ” نام دارد. بنا به این اصل نمی توان دقیقا در یک لحظه از تکانه(سرعت) و مکان یک ذره آگاهی پیدا کرد. ورنر هایزنبرگ اظهار داشت که مشاهدۀ یک ذره، ویژگی های آن را تغییر می دهد و داشتن اطلاعات دقیق را ناممکن می سازد. بنابراین رفتار گذشته و آینده هیچ یک از ذرات بنیادی را نمی توان دقیقا پیش بینی کرد، یعنی قطعیت از بین می رود.

رفتار گذشته و آینده هیچ یک از ذرات بنیادی را نمی توان دقیقا پیش بینی کرد
برای مثال، هر قدر بیشتر موقعیت یک شی را در فضا و زمان معلوم کنید، به همان اندازه اطمینان خود را نسبت به شتاب آهنگ آن از دست می دهید. این سوال به باهوش بودن یا دستیابی به تجهیزات بهتر ربطی ندارد. اساساً کیهان به این شکل کار می کند. به پاس تعادل عدم قطعیت موقعیت و شتاب آهنگ، الکترون ها از فروپاشی به پروتون ها خودداری می کنند. به روش دیگری هم می توان به این مسئله نگاه کرد: اشیایی که موقعیت فوق دقیقی دارند، ما را مجاب می کنند تا مقادیر عظیمی از انرژی را در ذهن تجسم کنیم. این مقدار انرژی می تواند مضحک به نظر برسد.
یک ساعت فرضی را در نظر بگیرید. تقسیم یا شکافت لحظه های یک ثانیه در ساعت از اطمینان ما نسبت به انرژی ساعت می کاهد. اینجاست که از نظریه نسبیت عام استفاده می شود. نسبیت عام که یکی از مطمئن ترین نظریات در دنیای فیزیک به شمار می آید، می تواند به خوبی نحوه تاثیر گذاردن اشیای بسیار بزرگ را بر یکدیگر در یک فاصله توضیح بدهد. به پاس فعالیت های آلبرت اینشتین، می دانیم که یک هم ارزی میان جرم و انرژی وجود دارد. این نکته در معادله زیر کاملا مشخص است: E=mc^2 .


شما فقط می توانید هر دو کمیت را در یک بازه زمانی اندازه گیری کنید، اما هر چه اندازه این بازه برای یکی کوچکتر شود، دقت اندازه گیری برای دیگری کمتر می شود. این عدم قطعیت یک نتیجه اساسی برای مکانیک کوانتوم بود که نمی توانست برای فقدان توانایی یا دقت در اندازه گیری کاری انجام دهد. ما همچنین می دانیم که فضا و زمان به هم پیوسته اند؛ به همین دلیل است که می توانیم شاهد پدیده های زیبایی مثل عدسی گرانشى باشیم. اجرام بزرگی مثل ستارگان و سیاهچاله ها به قدر زیادی فضا را گودالی به دام می اندازند، طوری که نور می تواند مستقیما از درون آن گذر کند یا در اطراف آن خم شود.

فایده های دقیق شدن ساعت ها, افزایش دقت اندازه گیری در ساعت ها
پس اندازه گیری ها در دستگاه های زمان سنج با کاهش دقت روبرو می شود

علاوه بر این، جرم می تواند در اثر پدیده ای به نام اتساع زمان گرانشى بر زمان تاثیر بگذارد؛ یعنی شاید به نظر برسد که زمان با نزدیک تر شدن به منبع گرانشى بصورت کند تری حرکت می کند. متاسفانه، گرچه آزمایشات از این نظریه ها حمایت می کنند، اما معمولا همکاری خوبی با یکدیگر ندارند. این امر فیزیکدانان را مجبور به بکارگیری نظریۀ دیگری می کند. همچنین این نکته حائز اهمیت فراوانی است که ما به درک نحوه توصیف یک پدیده (مثل زمان) توسط هر دو نظریه یاد شده بپردازیم. این مقاله جدید در صدد تحقق بخشیدن به چنین کاری می باشد.

در این مورد، فیزیکدانان فرض می کنند که عمل اندازه گیری زمان با دقت و جزئیات بیشتر به احتمال افزایش مقدار انرژی نیاز دارد. پس اندازه گیری ها در دستگاه های زمان سنج با کاهش دقت روبرو می شود. محققی به نام استبان کاسترو اظهار داشت: « یافته های ما نشان می دهد که وقتی مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت بصورت همزمان مد نظر قرار بگیرند، باید ایده های خود را درباره ماهیت زمان، مجددا بررسی کنیم.»

خب این آزمایش چگونه بر زندگی روزمره ما تاثیر می گذارد؟ به مانند بسیاری از نظریه های فیزیک، شاید چندان تاثیرگذار ظاهر نشود. دستیابی به درکی بهتر از نحوه عملکرد ساعت ها و زمان سنج ها (حداقل به لحاظ نظری) می تواند ما را در فهم هر چه بهتر کیهان یاری کند. شاید روزی هم پرده از ماهیت زمان برداشته شود.