تقسیم بندی های زمان

 

اینکه انسان ها برای فعالیت های خود، زمان را بیشتر با توجه به خورشید، درک می کردند، سابقه ی طولانی ای دارد اما نمی توان گفت که استفاده از تقسیم بندی های ریزتر زمان، (ساعت، دقیقه و..)مفهوم جدیدی است. می توان گفت که این تقسیم بندی ها بیشتر معلول زندگی اجتماعی انسان ها می باشد.در واقع مفهوم ساعت، حتی اگر همیشه به صورت مفهوم کنونی نبوده ، اما از هزاران سال پیش وجود داشته است.

بابلیان در 4 تا 5 هزار سال پیش یک شبانه روز را به 6 قسمت مختلف تقسیم کرده بودند.

آنها 3 وقت را از طلوع تا غروب خورشید و 3 وقت دیگر را از غروب تا طلوع دوباره ی خورشید در نظر گرفته بودند. سپس هر یک از این وقت ها را کوتاه تر کردند. به این ترتیب که برای روز 6 وقت و برای شب 6 وقت را مشخص کردند. در نتیجه یک شبانه روز 12 وقت مختلف داشت که هر یک تقریباً معادل 2 ساعت بود. (البته به تناسب فصل ها این وقت ها متفاوت بود، زیرا محاسبه ی بابلیان بر اساس طول مدت شب و روز انجام می گرفت.) مصر باستان نیز همین شیوه را برای تنظیم وقت در نظر گرفته بود.

اما منجمین تنها به مطالعه و بررسی حرکت های ظاهری ستاره ها اکتفا نکردند و برای هر چه دقیق تر کردن محاسبات خود ، زمان را به واحدهای کوچک تری تقسیم کردند و اینگونه بود که 12 تقسیم بندی شبانه روز به 24 تقسیم بندی تبدیل شد.

این واحدها کوچک اندازه گیری زمان همان ساعت است که به همان صورت تا امروز باقی مانده است.کلمه ی hourیا heure به معنی ساعت از کلمه ی ( hora) اورا در زبان لاتین گرفته شده است و ریشه ی خود کلمه ی اورا نیز از زبان یونانی و به معنی هر نوع تقسیم بندی زمان است، بی آنکه وقت مشخصی مانند سال یا فصل یا ساعت را در نظر بگیریم.

یونانی ها نیز مانند رومی ها ساعت ها را به خدایان مختلف نسبت می دادند. آنان را، یاران اورور، خدای سحر می دانستد.

اما به راستی چرا باید روز را به 6 یا 12 و یا 24 قسمت مختلف تقسیم کرد؟چرا این تقسیم بندی 10 تایی نیست، همانطور که شمارش ده تایی داریم؟ چرا ساعت از سیستم متریک استفاده نمی کند؟آیا این طور خیلی ساده تر نبود؟

دولت فرانسه شیوه ی شمارش زمان به صورت 10 تایی را ، پس از انقلاب کبیر فرانسه ، به مردم پیشنهاد کرد. به این ترتب مدت 12 سال در فرانسه(از ماه نوامبر 1973) "ساعت جمهوری" برقرار گرید. درنتیجه شبانه روز به 10 قسمت مساوی از نیمه شب تا نیمه شب بعدی ، تقسیم شد. هر یک از این 10 ساعت نیز به نوبه ی خود به 10 قسمت و .. تقسیم بندی شد. این فکر زیاد هم نامعقول به نظر نمی رسید اما در نهایت سنت قدرت خود را نشان داد و مجدداً همان روش پیشین مورد  استفاده قرار گرفت.

 اما چرا 24؟

دلیل آن ساده است: ستاره شناسان بابلی شمارش 10 تایی نداشتند، بلکه مبنای شمارش آنها عدد 60 بود.

آنها سال را به دایره ای تشبیه کردند که شامل 360 روز بود. این دایره ی 360 درجه ای به 6 قسمت 60 درجه ای تقسیم می شد . و از آنجا دایره ی دیگری را روز نامیدند و آن را به 6 قسمت دیگر تقسیم کردند ، چون به عقیده ی آنها خورشید در یک روز یک دایره ی کامل را تشکیل می داد. سپس همانطور که گفته شد این 6 قسمت به 12 قسمت و سپس به 24 قسمت مانند آنچه که امروز متداول است، برای دقت بیشتر تقسیم شد.

حال چرا یک ساعت به جای اینکه به 60 قیقه و 60 ثانیه تقسیم شود، به 100 دقیقه و 100 ثانیه تقسیم نشده است و یا اصولاً چرا از اعداد دیگری استفاده نشده؟

دلیل آن همان سیستم شمارش بابلیان( که مبنای شمارش 60 دارند) می باشد که به وسیله یونانی ها و رومی ها تا به امروز استفاده شده و به دست ما رسیده.

ریشه ک کلمه ی minute به معنی دقیقه در لاتینminuta و به معنی ریز و خرد است.زیرا دقیقه کوچک و  خرد هم به نظر می رسد.

وقتی دقیقه به نوبه ی خود به 60 قسمت بسیار کوچک تر تقسیم شد، این واحد جدید اندازه گیری (second) ثانیه نام گرفت چون در واقع نتیجه ی دومین تقسیم بندی ساعت بود.

اخیراً ثانیه نیز به نوبه ی خود به واحدهای بسیار کوچک تری تقسیم شده است . اما این بار تقسیم بندی بر حسب سیستم اعشاری است . تقسیمات بیشتر به صورت یک دهم، یک صدم، یک هزارم، یک میلیاردیم و یا یک نانو ثانیه انجام گرفته است. این زمان های بسیار کوچک مدت انجام برخی عملیات در درون کامپیوتر و یا در داخل مغز انسان است.

و اما چرا یک سال 12ماه است؟

در زبان فرانسه کلمه ی ماه سال=le mois و ماه آسمان=la lune ارتباطی با هم ندارند. اما در زبان انگلیسی، برعکس فرانسه، این دو کلمه بسیار به هم نزدیک هستند(ماه سال =month  و ماه آسمان=moon ) در زبان آلمانی نیز بین دو کلمه ی ماه سال=monat وماه آسمان=mond مانند بعضی زبان های دیگر احساس می شود. که در فارسی برای هردوی این تعاریف یک کلمه وجود دارد:ماه.

ریشه ی تمامی این کلمات در هر سه زبان فرانسه و انگلیسی و آلمانی   یکی است و آن me است که از واژه های هندواروپایی و به معنی ماه آسمان است. واژه شناسان معتقدند که کلمه ی mesurer به معنی اندازه گرفتن هم از همین ریشه گرفته شده است. پس آیا به راستی ماه بهترین سیاره برای اندازه گیری زمان نیست؟

چون دنبال کردن تغییرات ظاهری و گردش ماه بسیار ساده است، بنابراین واحد اندازه گیری بسیار خوبی به شمار می آید. بسیاری زا تقویم های اولیه بر اساس گردش ماه تنظیم شده است . یک سال یه 12 ماه و بر حسب گردش ماه تنظیم می شد زیرا در یک سال خورشیدی ، تقریباً 12 گردش یا دور ماه وجود دارد.

 

 

|+|

وسایل ابتدایی اندازه گیری زمان

  1-       ساعت های خورشیدی

یکی از نشانه های آشکار زمان، تغییر مسیر سایه ها در طول روز است.

سایه ها صبح زود بلند و جهت آنها به سمت غرب است.به تدریج که خورشید در آسمان بالا می رود، سایه ها کوتاه تر و جمع تر می شوند و به سوی شمال در نیمکره ی شمالی و به سوی جنوب در نیمکره ی جنوبی می روند. هنگام ظهر سایه ها کوتاه ترین حالت ممکن را دارند و سپس تا شروع شب، مجدداً طول آنها بلندتر می شود و جهت آنها به سمت شرق است.

در گذشته از تغییر مسیر سایه ها برای تعیین وقت استفاده می شد.یک تکه چوب ساده که در زمین به کار گذاشته می شد ، در واقع یک وسیله ی بسیار ابتدایی بود.برای اینکه این وسیله به یک ساعت خورشیدی تبدیل شود، کافی بود بر روی زمین تقسیم بندی هایی انجام دهند.

استفاده از ساعت های خورشیدی به زمان های بسیار دور و نامشخص بر می گردد.دو هزار سال پیش از میلاد، بابلیان برای تعیین وقت از ساعت خورشیدی استفاده می کردند.

بعضی از این ساعت های ورشیدی که چندان هم قدیمی نیستند، تا به امروز باقی مانده اند مثلاً در آتن در بندر آکلیه و شهر پومپه یی در ایتالیا و ...

2-    ساعت های آبی و شنی

ساعت های خورشیدی ضعف بزرگی داشتند و آن هم این بود که هنگام شب و در مواقع ابری بودن آسمان غیرقابل استفاده بودند.

درنتیجه انسان درصدد ساخت وسیله های دیگری شد.

به نظر می رسد که اولین ساعت آبی یا کلپسیدر، در حدود سه هزار سال پیش از مسیح در مصر اختراع شده باشد. این وسیله برای تعیین وقت به خصوص در هنگام شب استفاده می شد.

اصول اولیه ی این ساعت بسیار ساده است. ساعت آبی از یک ظرف مدرج ساخته شده بود. در انتهای این ظرف سوراخی برای خروج آب وجود داشت که آب به صورت منظم از ظرف خارج می شد و با اندازه گیری سطح آب از روی درجه بندی های روی ظرف، زمان را اندازه می گرفتند.

بدون شک دقت چنین وسیله ای به جریان منظم آب بستگی دارد. هنگامی که ظرف پر از آب است فشار زیاد، برای اینکه آب با شدت و سرعت از  سوراخ انتهایی خارج نشود، دهانه ی ظرف را در قسمت بالایی آن گشادتر در نظر گرفتند. به این ترتیب جداره ی ظرف تا حدودی فشار آب را کم می کرد.

 

|+|

تکامل و زمان

اگر بخواهیم تعریف دقیقی از زمان ارائه دهیم با مشکلات عدیده ای روبرو می شویم.

اینطور که شواهد نشان می دهند بشر برای استفاده از بسیاری چیزها، احتیاجی به دانستن ماهیت آن چیز ندارد و چه بسا نسل ها بگذرد بدون اینکه حتی فکر ماهیت آن چیز به ذهنی خطور کند. مثلاً همین تعقل. ما بدون اینکه بدانیم ماهیت مغز چیست ، چگونه کار می کند ،چگونه تکامل یافته و... به استفاده از آن می پردازیم و استفاده از مغز را تعقل نامیده ایم حال اگر بخواهیم بررسی دقیقی انجام دهیم، خود را محصوردر پیچیدگی های غیر قابل اجتناب می بینیم.

شاید بتوان گفت مساله ی زمان از قدیمی ترین درگیری های مغز بشر از نوع انسان امروزی بوده.

چرا بشر از نوع انسان امروزی؟

بنابر نظر باستان شناسان و... در 150 هزار سال پیش و حتی همین30 هزار سال گذشته در جهان نوع های دیگری از انسان زندگی می کرده اند که به انسان امروزی از هر نوع جاندار دیگری شبیه تر بوده اند و در واقع شباهت یک نوع از آنها به قدری به ما نزدیک بود که بعضی از باستان شناسان نظرشان این است که احتمالاً آنها با نوع ما آمیزش داشته اند و نسل های دورگه ای به وجود آورده اند.

معروفترین این انواع که از بسیاری جهات نزدیکترین خویشاوند ما به حساب می آید، انسان نئاندرتال است که در غارها زندگی می کرد.

این سوال مطرح است که انسان های نئاندرتال با انسان های امروزی که جای آنها را گرفتند، چه تفاوت هایی داشتند؟ چه شد که ما باقی ماندیم و آنها نابود شدند؟

آنها مغزی به بزرگی مغز انسان های امروزی داشتند، جثه ی بسیاربزرگ و نیرومند از ویژگی هایشان بود و طی آخرین عصر یخبندان به راحتی توانستند در اروپا به زندگی ادامه بدهند. آنها مثل ما یاد گرفتند که ابزارهای سنگی بسازند، آتش روشن کنند و شکارچیان ماهری شوند و ...

به گفته ی دکتر کریس استرینگر: در حدود 300 هزار سال پیش ، نئاندرتال ها از مسیر تکامل ما جداشدند و آنها در اروپا و اجداد ما در آفریقا تکامل پیدا کردند.

حدود 100 هزار سال پیش اجداد ما با زندگی در سواحل و استفاده از منابع دریایی سازگاری  می یابند و این سازگاری در تکامل انسان بسیار موثر بوده است. یعنی اجداد ما به منابع ثابت غذایی دسترسی پیدا کردند و شاید از همین موقع باشد که قایق ساختند و به نقاط دیگر کره ی زمین مثل استرالیا و ماداگاسکا رفته باشند.

آنچه مهم است این است که اجداد ما رفته رفته شیوه ی زندگی شان را تغییر دادند و دست به ابتکار و ابداع زدند وبا محیط سازگاری یافتند.

در مورد نئاندرتال ها می بینیم که آنها از حدود 300 هزار سال پیش با محیط خود سازگاری پیدا کرده بودند. دوره ی حیات آنها در روی کره ی زمین دوره ی بسیار درازی است اما در این دوره واقعاً با هیچ گونه نوآوری و ابتکار جدیدی مواجه نمی شویم.به عبارت دیگر در طی این 300 هزار سال رفتار و شیوه ی زندگی آنها تغییری نمی کند.

حدود 40 هزار سال پیش گروهی از اجداد انسان امروزی از آفریقا کوچ کرده و راهی اروپا می شوند.

اجداد ما برخلاف نئاندرتال ها که با شرایط اروپا به خوبی خو گرفته بودند، هیچگونه آشنایی ای با این سرزمین جدید نداشتند  ، اما آنها یاد گرفته بودند که چگونه خود را با متغییر شرایط سازگار کنند و این کار را با ابتکار و ابداع انجام می دادند.

با ورود آنها به این سرزمین ، تغییرات زیاد آب و هوا به وجود آمده بود.دوره های متناوب سرما و گرما ، عصر یخ بندان و..

چه شد که انسان های این دوره که با نام علمی هموساپینس (انسان متحول) شناخته می شوند،  از نئاندرتال ها ، پیشی گرفتند؟

پرفسور آیلود در این باره می گوید: نمی توان به یک ابتکار یا ابداع معین اشاره کرد. من شخصاً این طور فکر می کنم که آنها آمادگی سازگاری با محیط جدید را داشتند و احتمالاً در آن زمان بود که انسان استفاده از تیر و کمان ، فلاخن و نیزه را آغاز کرد. اما تحولات و تغییرات خیلی وسیع تر بود و به استفاده از وسایل بهتر در شکار یا تهیه ی پوشاک از پوست جانوران محدود نمی شد.

هماهنگ کردن برنامه ی زندگی بر اساس تغییرات محیطی و فصلی ، با دقت بیشتر ، بستگی به دریافتی بسیار دقیق تر و سنجیده تر از مفهوم زمان دارد.در این بحث سازگاری نئاندرتال ها با محیط زیستشان مطرح نیست. در مورد آنها توجه به زمان از این حد تجاوز نمی کرده که مثلاً می دیدند برگ درختان می ریزد و می فهمیدند بعد آن هوا سرد می شود و با سرد شدن شاید می دانستند که دیگر گوزن گیرشان نمی آید،چنین تصوری از زمان کیفیت دقیق و مشخصی ندارد در حالی که این موضوع خیلی مهم است.اینکه انسان های آن دوره زمان را طوری درک کرده باشند که بتوانند آن را به روز ، ماه، سال و یا پاره هایی دیگر تقسیم بندی کنند. و همین برداشت از زمان است که به انسان ها این امکان را می داد تا تغییرات و تحولات محیط زیست را به طور دقیقی پیش بینی کنند.

به نظر من آنچه مسلم است، این است که توانایی هایی  از این قبیل بود که انسان های آن دوره را در رقابت با نئاندر تال ها برتری داد.

بدین ترتیب وقتی که آنها با نوعی از انسان در رقابت قرار بگیرند که زندگیش نظم و برنامه داشته باشد، بدیهی است که در این رقابت شکست می خورند و در مقابل عواملی چون تغییرات جوی شدید، نابود می شوند.

 

 

آنچه در این مطلب قابل توجه ماست ، آن است که بشر در سیر تکاملی خود، دانسته یا نادانسته به مفاهیم جدید همراه با طریقه ی به کار گیری آنمفاهیم، دسترسی پیدا کرده تا در این مقطع ما بپرسیم: زمان چیست؟

 

|+|

آغاز زمان

 پيکان زمان

 

مقدمه: متنی كه در زير مي خوانيد، نوشته اي است از گابريل ونزيانو(Gabriele veneziano) فيزيكدان نظري مركز تحقيقات فيزيك ذره اي اروپا(CERN ) كه در اواخر دهه 1960 به عنوان پدر نظريه ريسمان شناخته شد.

نظريه ريسمان بيان مي كند كه انفجار بزرگ سرمنشأ عالم نبوده، بلكه صرفاً پيامد وضعيتي بوده كه مدت ها قبل از آن زمان وجود داشته است.تا حدود 10 سال پيش، اينچنين پرسشي كفرآميز محسوب مي شد. زيرا غالب كيهان شناسان مطرح كردن زماني قبل از انفجار بزرگ را مانند اين مي دانستند كه كسي جايگاه شمال قطب شمال را از شما بپرسد. يونانيان باستان دربارة منشأ زمان مناظرات و مباحثه هاي فراواني ترتيب مي دادند. ارسطو كه از بي آغازي زمان طرفداري مي كرد،استنادش بر اين اصل بود كه از هيچ ،چيزي به وجود نمي آيد. پس اگر عالم در هيچ  برحه اي از زمان نتوانسته باشد خود را از نيستي به هستي در آورد، الزاماً مي بايست همواره وجود مي داشته است.

پس به اين دليل و دلايلي ديگر، زمان بايد به طور نامحدود در گذشته و آينده امتداد داشته باشد. امّا دين شناسان مسيحي نظري دگرگونه داشتند.آگوستين استدلالش بر اين بود كه آفريدگار بيرون از فضا و زمان حضور دارد و قادر است كه اين ساختارها را همانطور كه ديگر جنبه اي دنياي ما را خلق می كند، به وجود  آورد. دو دليل سبب شد كه كيهان شناسان معاصر نتيجه مشابهي بگيرند. يكي از آنها نسبيت عام و ديگري شواهدي بودند كه از مشاهده انبساط جهان به دست آمدند كه بر طبق آنها دو فيزيكدان نامي يعني استفان هاوكينگ و روجر پنروز در سال 1960 ثابت كردند كه زمان نمي تواند به طور نا محدود رو به گذشته ادامه داشته باشد و اگر در طول زمان رو به عقب برويم، بالاجبار بايد به نقطه تكينگي برسيم. ولي تكينگي گريز ناپذير، كيهان شناسان را در برابر مسائلي جدي قرار مي دهد. خصوصاً با مقادير زياد همگني و يكساني كه جهان ما در مقياس هاي بزرگ دارد، ناهماهنگ است. براي يكسان ديده شدن عالم در تمام نقاط بايد ميان قسمت هاي دور دست فضا گونه اي رابطه وجود داشته باشد به طوري كه ويژگي ها ومشخصات آنها را با يكديگر هماهنگ كند.

امّا فيزيكدانان براي رهايي از اين بن بست به دو راه حل طبيعي ديگر توجه دارند. يكي از آنها اينطور بيان مي كند كه زمان در لحظه ي انفجار بزرگ آغاز نشده و دوره هاي طولاني قبل از آن وجود داشته است. دليل اينكه تا به حال دانشمندان به اندازه كافي به اين فرض توجه نمي كردند، اين بود كه فرض مي كردند نسبيت همواره معتبر است در حالي كه نزديك زمان تكنيكي اثرات كوانتومي غالب هستند. بنابراين براي دانستن آنچه كه واقعاً رخ داده ،فيزيكدانان ناگزيرند تا نسبيت را وارد يك نظريه كوانتومي گرانش كنند. امروزه براي رسيدن به اين مقصود دو نظريه بيشتر مورد توجه قرار دارد. يكي از آنها به نام گرانش كوانتومي حلقوي، اساس نظريه اينشتين را دست نخورده نگه مي دارد ولي روش به كارگيري آن در مكانيك كوانتومي را تغيير مي دهد. ولي نگرش دوم كه به عقيده ي من آينده بهتري خواهد داشت، نظريه ريسمان است. اين نظريه اصلاحي واقعاً انقلابي از تئوري اينشتين است. انديشه ي پايه اي در نظريه ريسمان اين است كه ذرات بنيادي نقطه اي شكل نيستند بلكه اجزاي تك بعدي و بي نهايت باريك هستند. اين ساختارها ريسمان ناميده مي شوند. همه ذرات مثل پروتون ها ونوترون ها از ذرات بنيادي به نام كوارك تشكيل شده اند. كوارك ها توسط مبادله ذراتي به نام گلوئون با هم رابطه برقرار مي كنند. گلوئون حامل نيروي قوي هسته اي است و نقش آن چسباندن (glue ) كوارك ها به همديگر است.

دليل اينكه دانشمندان سرانجام به نظريه ريسمان رسيدند، اين است كه آنها متوجه شدند كه ذرات بنيادي شامل تعداد زيادي ذره هستند كه هر كدام ويژگي مخصوص خود را دارند. كه اين به دليل وجود تعداد نامحدود مدل هاي ارتعاشي براي يك ريسمان است. ريسمان ها خواص مهمي دارند كه دانشمندان به آنها لقب جادوي ريسمان كوانتومي مي دهند.

1-  اگر قوانين مكانيك كوانتومي را بر ريسمان ها اثر دهيم، خواص جديدي ظاهر مي شوند كه به دانشمندان در تحليل نظريات خود ياري مي رسانند.

2-  ريسما ن هاي كوانتومي حتي اگر بدون جرم باشند، اندازه حركت زاويه اي دارند برعكس فيزيك كلاسيك كه هيچ جسم بدون جرمي نمي تواند اندازه حركت داشته باشد. اين خاصيت سبب مي شود كه آنها بتوانند به طور دقيقي ويژگي هاي ناقلاني مثل فوتون و گراويتون را توضيح بدهند.

3-  ريسمان هاي كوانتومي خواستار ابعاد اضافي از فضا هستند. براي سازگار بودن معادلات ارتعاشات ريسمان ها دو گزينه پيش روي ما قرار دارد. يعني يا فضا- زمان بايد انحناي شديدي داشته باشد كه با مشاهدات در تضاد است يا اينكه حداقل 6 بعد فضايي اضافي داشته باشيم.

4 -  دانشمندان در بعضي از موارد ناچارند ثابت هاي فيزيكي را متغّير در نظر بگيرند. اين ثابت ها در نظريه ريسمان به صورت ميدان پديدار مي شوند( بيشتر شبيه ميدان الكترومغناطيسي) كه مي تواند مقادير آنها را به صورت پويا و فعال تنظيم كند.

سرانجام ريسمان هاي كوانتومي برخي تقارن هاي جديد و جالب را به فيزيكدانان معرفي كردند كه به دوگانگي معروفند.

يكي از آنها به نام دوگانگي T نوعي تغيير شكل است كه در مورد فضاهايي كه حداقل يك بعد توپولوژيكي دايره اي شكل دارند، مصداق دارد و مطابق آن ابعاد اضافي كوچك و بزرگ معادل يكديگر هستند.

منشأ تمام اين دوگانگي ها اين واقعيت است كه ريسمان ها حركات خيلي پيچيده اي دارند. تمامي ويژگي هاي سحرآميز ريسمان هاي كوانتومي يك هدف مشترك دارند: آنها از بي نهايت بيزارند و به هرصورتي كه ممكن است سعي در مهار آن دارند. نظريه پردازان ريسماني توقع دارند كه اگر تاريخچه ي عالم را در طول زمان به عقب بياوريم، انحناي فضا-زمان روبه افزايش نهد ولي به جاي اينكه تمام مسير به سوي بي نهايت را طي كند.( كه طبق نظريه رايج انفجار بزرگ به نقطه تكنيكي برسد). سرانجام به يك نقطه ي ماكزيمم مي رسد و دوباره كاهش پيدا مي كند. براي رسيدن به اين مقصود، نظريه پردازان ريسماني، دست به خطر زده و در مورد جهان پيش از انفجار( يا پيش-مهبانگ) حدس هايي زده اند.  دو تاي اين حدس ها گسترش بيشتري پيدا كرده اند. اولين آنها كه من و همكارانم در سال 1991 آغاز به پروراندن و توسعه دادن آن كرديم، الگوي پيش- مهبانگي ناميده مي شود كه دوگانگي Tرا با تقارني كه در وارونگی زماني كشف شده( كه مطابق آن معادلات فيزيكي در طول زمان چه رو به جلو و چه رو به عقب به نحو يكساني عمل مي كنند) تركيب مي كند. در نتيجه اين تركيب سبك جديد و بسيار با ارزشي به وجود مي آيد كه در آن عالم به عنوان نمونه،پنج ثانيه پيش از انفجار بزرگ با همان آهنگ پنج ثانيه پس از آن در حال انبساط بوده است ولي نرخ تغيير انبساط مخالف هم بودند.

در نتيجه به طور خلاصه اين امكان وجود دارد كه انفجار بزرگ نقطه آغازين عالم نبوده  بلكه تنها انتقالي شديد و ناگهاني از شتاب افزايش به شتاب كاهنده بوده باشد. مطابق اين سناريو، تصوير عالم پيش- مهبانگ به طور تقريبي آينه تمام نماي جهان پس- مهبانگ بوده است. اگر جهان آنقدر در آينده جاودانه بماند كه محتويات آن بسيار رقيق و سرانجام ناپديد شوند، در آن صورت بايد داراي گذشته اي جاوداني نيز بوده باشد. جهان در گذشته بي نهايت دور،تقريباً خالي بود و فقط شامل گازي رقيق،بسيار پراكنده و آشفته از تابش و ماده بوده است. به دنبال گذشت زمان نيروها قدرتمند تر شدند و به جمع آوري مواد كنار يكديگر پرداختند.به صورت تصادفي بعضي نواحي فضا مواد را حوالي خود گردآوري كردند. سرانجام چگالي آن نواحي چنان افزايش يافت كه منجر به شكل گيري سياهچاله ها شد. سپس ارتباط مواد درون آن نواحي با خارج قطع شد و جهان به نواحي تكه تكه اي تقسيم شد.

درون يك سياهچاله، فضا و زمان نقش هاي خود را با يكديگر عوض مي كنند. مركز يك سياهچاله، نقطه اي از فضا نيست بلكه لحظه اي از زمان است. ماده سقوط كننده داخل سياهچاله، هرچه به سوي مركز آن پيش مي رفت، به چگالي بيشتر و بيشتري دست مي يافت. هنگامي كه چگالي،دما وخميدگي مقدار مجاز در نظريه ريسمان را پشت سر گذاشتند،تغيير وضعيت داده و شروع به كاهش كردند. لحظه ي اين بازگشت همان چيزي است كه ما آن را انفجار بزرگ مي ناميم عالم ما داخل يكي از همين سياهچاله ها تشكيل شد.

در ديد اوليّه امكان دارد اين ايده ها همانند اصولي در ماوراي فيزيك به نظر برسند ايده هايي جالب كه تعيين صحّت يا نادرستي آنها از عهده راصدان خارج است. اين طرز فكري بسيار بدبينانه است. همانند اجزاء دوره انبساط، يك دوران بيش- مهبانگي احتمالي نيز مي تواند پيامد هاي قابل مشاهده اي به خصوص براي تغييرات جزئي يافت شده در دماي پس زمينه مايكروويو كيهاني داشته باشد. امواج گرانشي با هر اندازه اي، نشانه مجزاي مربوط به خود را در قطبي كردن زمينه مايكروويو بر جاي مي گذارند. رصد گر هاي آينده، نظير ماهواره پلانك آژانس فضايي اروپا بايد قادر باشند كه اين نشانه را در صورت وجود مشاهده كنند.در آن صورت ما مي توانيم ادعا كنيم كه آزمون سرنوشت سازي را پشت سر گذاشته ايم. با همه اين گفته ها، زمان چه هنگامي آغاز شده است؟ دانش هنوز نمي تواند با قاطعيت به اين پرسش پاسخ دهد. امّا لااقل دو نظريه كه قابل آزمايش هستند، ظاهراً بيان مي كنند كه عالم و در نتيجه زمان ،مدت ها پيش از انفجار بزرگ وجود داشته اند. هر کدام از اين مدل ها اگر درست باشند، عالم هميشه برپا بوده است و حتی اگر روزی دوباره متلاشی شود هرگز به پايان راه خود نخواهد رسيد.

   

                                                             جواد عزيزی

 منبع:  Scientific American  May 2004                                                               

 

|+|

تعریف زمان

                          زمان چیست؟

اندیشه های مختلف، تعاریف متفاوتی ارائه می دهند:

-         زمان مجموعه ای از لحظه هاست.

-         زمان موجود به موجود وهمی است.

-         زمان عبارت از فلک الافلاک است.

-         اصولاً زمانی وجود نداردو تصور ذهن ماست.

-         زمان مقدار حرکت است.

-         زمان حرکت چرخشی آسمان هاست.

-         زمان چیزی است که از ناگهانی روی دادن جلوگیری می کند.

-         زمان عبارت از آنات متناهیه یا متلاقیه است.

-         زمان جاری شدن رویدادها از کنار سکون است.

-         زمان مقدار وجود است.

-         زمان امر مرهوم است.

-         زمان ذات واجب الوجود است.

-         نسبت متغیر به متغیر زمان است.

-         زمان بعد علیت است.

-         و...

                             تعریف شما از زمان چیست؟

 

|+|

مقياسي براي زمان

آیا تا به حال به این اندیشیده اید که یک ثانیه یعنی چه؟

یک ثانیه زمان به وقوع پیوستن چه رویدادی است یااصولاً چه چیزی تعیین می کند هر زمان سنجی ای را به چه چیزی نسبت دهیم؟

یا به عبارت دیگر برای به هم پیوستن فاصله های زمانی از چه نوع عمل پیوندی می توان استفاده کرد؟

اینجا بلافاصله با مشکل بزرگی روبرو می شویم: فاصله های زمانی را نمی توان همچون لبه های اجسام جامد که فاصله های فضایی را نمایش می دهند، نقل و انتقال داد.

به این دو فاصله ی زمانی توجه کنید:مدت زمان یک جنگ از هنگام شلیک اولین گلوله است تا شلیک آخرین گلوله و مدت زمان یک طوفان از اولین رعد است تا آخرین رعد.

این دو مدت زمان را چگونه می توان به هم پیوند داد؟

دو رویداد جدا از هم که هر کدام مدت زمانی خاص به طول می انجامد در دست داریم که به هیچ طریقی نمی توان آنها را به هم پیوند داد.

بهترین راه نمایش این دو رویداد استفاده از یک مقیاس ادراکی است.

فرض می کنیم رویداد a از نقطه ی زمانی A تا نقطه ی زمانی B و رویداد b از نقطه ی زمانیB تا نقطه ی زمانیC به طول انجامد.

 مدت زمان از A  تا C را می توان حاصل ترکیب a و b دانست، البته نه به آن شیوه ی فیزیکی که طول ها ترکیب می شوند، بلکه به شیوه ی ادراکی ، یعنی آن طور که ما به واقعیت نگاه می کنیم.

این عمل ادراکی که آن را با # نشان می دهیم، ما را قادر می سازد تا دستور جمع پذیری برای اندازه گیری طول زمانی را چنین بنویسیم:

                    T(a#b)=T(a)+T(b)          

اکنون ما به دنبال آن عمل پیوندی هستیم که مبنایی را برای دستور جمع پذیری فراهم آورد. این عمل در رویدادهای هم جوار زمانی یافت می شود. برای کامل کردن طرحمان به این دو دستور اضافی محتاجیم:

یک دستور برای تساوی و یک دستور برای تعریف یک واحد.

هر دوی این دستورها بر نوعی روند تناوبی استوارند: نوسان یک آونگ، گردش زمین و... هر ساعت وسیله ای است برای ایجاد یک روند تناوبی. در بعضی از ساعت ها از یک آونگ کمک می گیرند و در بعضی از چرخ رقاصه. ساعت آفتابی زمان را بر اساس حرکت تناوبی خورشید در آسمان اندازه می گیرد. دانشمندان هزاران سال واحد زمان خود را بر اساس طول روز یعنی گردش تناوبی زمین قرار داده بودند اما از آنجا که میزان گردش زمین مدام دستخوش تغییرات جزئی است، در سال 1956 طبق یک توافق بین المللی واحد زمان را بر مبنای حرکت زمین به دور خورشید در یک سال به خصوص تعریف کردند. این تعریف را در سال 1964 به کنار گذاشتند تا با قراردادن تعریف ثانیه بر مبنای میزان ارتعاش تناوبی اتم سزیوم ، دقت بیشتری به دست آید .

 ابتدا باید به روشنی به مفهوم تناوبپی ببریم:

می توان دو نوع تناوب را تعریف کرد: قوی و ضعیف.

تناوب ضعیف: یک روند وقتی به طور ضعیف تناوبی است که که صرفاً مرتب خود را تکرار کند. مثل ضربان نبض، نوسان آونگ، بیرون آمدن آقایx از خانه ، بعضی روزها ممکن است که آقای x ساعات بسیاری را در خانه اش بماند ، روزهای دیگر ممکن است طی یک ساعت چندین بار از خانه اش خارج شود و...

تناوب قوی: علاوه بر تناوبی بودن به طور ضعیف ، خواص مختلف زمانی بین وقوع پی در پی یک مرحله ی خاص مساوی هستند. مثل:حرکات چر رقاصه ی یک ساعت.

حال این سوال مطرح می شود که اندازه گیری زمان را باید بر پایه ی چه تناوبی استوار کنیم؟

در بادی امر به نظر می رسد که ما میل داریم تا روندی را انتخاب کنیم که به مفهوم قوی تناوبی باشد. اندازه گیری زمان را نمی توان بر مبنای خروج آقای x از منزلش گذاشت چون این روندی بسیار نامنظم است. حتی از ضربان نبض نیز نمی توان استفاده کرد ، با اینکه ضربان نبض نسبت به خارج شدن آقای x  از خانه اش به مفهوم قوی تری  تناوبی است، ولی هنوز به اندازه ی کافی منظم نیست. اگر کسی تند برود یا دارای تب شدیدی باشد، نبضش از مواقع طبیعی سریع تر می زند . ما به دنبال روندی هستیم که به قوی ترین وجه ممکن تناوبی باشد.

اما این استدلال یک جای پایش می لنگد. ما تا شیوه ای برای تشخیص فاصله های مساوی زمانی در دست نداشته باشیم، نمی توانیم بفهمیم که یک روند به معنای واقعی تناوبی است! اما درست همین روش است که می خواهیم آن را در دستورهایمان تعیین کنیم. از این دور باطل چگونه می توان رهایی یافت؟

تنها با کنار گذاشتن کامل شرط قوی بودن تناوب. به این علت که هنوز روشی برای شناسایی آن وجود ندارد، مجبوریم کنارش بگذاریم. ما حکم فیزیک دان ساده لوحی را داریم که برای اندازه گیری زمان حتی از مزیت مفاهیم ماقبل علمی فاصله های یکسان زمانی نیز بی بهره است و چون مبنایی برای اندازه گرفتن زمان ندارد، طبیعت را به منظور فراهم آوردن آن مبنا و مشاهده ی یک روند تناوبی می کاود. از آنجا که راهی برای اندازه گیری فاصله های زمانی ندارد، نمی تواند تشخیص دهد که آیا یک روند خاص به معنای قوی تناوبی است یا نه؟

چه باید کرد؟ابتدا باید رویدادی پیدا کرد که به مفهوم ضعیف تناوبی است (ممکن است که به مفهوم قوی هم تناوبی باشد، اما این چیزی نیست که بتوان از قبل دانست). سپس به منزله ی عمل پیوندی دو مدت زمان را که پی در پی هستند ، یعنی آغاز یکی پایان دیگری است، انتخاب کرده و دستور جمع پذیری خود را به این شیوه تعریف می کنیم:

طول کلی مدت زمان مساوی است با حاصل جمع حسابی طول دو مدت زمان جزء.سپس این دستور را در مورد روندهای تناوبی اختیار شده به کار می بریم.

براي تکمیل طرح خود باید دستوراتی برای تعین واحد و تساوی پیدا کنيم. مدت زمان هر یک از دوره های روند انتخاب شده را می توان به منزله ی واحد زمان به خدمت گرفت.      

می توانیم خطي را در نظر بگيريم كه شامل قطعات متعددي است و آن قطعات توسط نقاط  AوBوCوDوE مشخص مي شوند.

 فاصله ي A تاB را با a ،B تاC را با b ،‍ C تا D را c و D تاE را باe نمايش مي دهيم كه هيچ يك از اين فواصل با هم برابر نيست(مي تونند برابر باشند اما ضرورتي در كار نيست.)ممکن است کسی اعتراض کند و بگوید :" دوره ی b از دوره ی a  طولانی تر است ". پاسخ می دهیم: "منظورت را از طولانی تر نمی فهمیم، ما تلاش می کنیم تا دستوراتی برای اندازه گیری زمان پایه ریزی کنیم تا ما را قادر سازد به واژه ی طولانی تر معنایی بدهد."

اکنون که واحد خود را طول هر یک از روندهای انتخاب شده ، تعیین کرده ایم، دستور جمع پذیری ، مبنایی برای اندازه گیری طول های زمان فراهم می کند.این دستور به ما می گوید که فاصله ی زمانی رویداد زمانيa تا c ،2 و a تا d ، 3 واحد است و.. اکنون دیگر می توانیم هر فاصله ی زمانی را هرچند روند تناوبی ضعیف باشد را اندازه بگیریم.ما صرفاً تعداد دفعاتی را که دوره ی واحد ما در حین وقوع رویداد تحت اندازه گیری رخ می دهد، می شماریم. این عدد، طول زمانی آن رویداد است. دستور تساوی اکنون واضح است:دو فاصله ی زمانی(ممکن است از دیدگاه زمان از هم دور باشند)وقتی مساویند که هر دو به تعداد مساوی دوره های اولیه ی روند تناوبی را در خود جا دهند.  این دستور طرح سه دستوری ما یعنی یک دستور تساوی، یک دستور جمع پذیری و یک دستور تعیین واحد را ، کامل می کند.

با اتکا بر این طرح، روشی برای اندازه گیری زمان در اختیار ماست.

در اینجا ممکن است اعتراض شود که آیا این نوع طرح واقعاً می تواند متکی به روند تناوبی ضعیف باشد؟مثلاً می توان آن را بر مبنای خارج شدن آقای x از خانه اش استوار کرد؟در کمال تعجب پاسخ مثبت است.، اگرچه قوانین فیزیک با انتخاب روندهای دیگر بسیار ساده تر می شوند.

این را تاکید می کنیم که مثلاً انتخاب ضربان نبض، به عنوان مبنایی برای اندازه گیری زمان ، به تضاد منطقی منجر نخواهد شد. اندازه گیری زمان بر این مبنا به هیچ مفهومی دروغ نیست.

تصور کنید که در دوران بدوی تکامل مفاهیم زندگی می کنیم و صاحب هیچ وسیله ای، مثلاً ساعت، برای اندازه گیری زمان نیستیم .

برای اولین بار می خواهیم دستورهایی جهت اندازه گیری زمان به وجود آوریم و برای این منظور ، ضربان نبضمان را در نظر می گیریم.

میبینیم که خورشید در یکی از روزهایی که حالملن خوب است ، ب ازای فلان بار ضربان نبض ، یک بار آسمان را طی می کند و در روزهایی که تب داریم ، این سفر خورشید بیشتر به طول می انجامد.

این کمی عجیب است اما توصیفمان از جهان به هیچ وجه با منطق متضاد نیست. نمی توانیم بگوییم که اندازه گیری با آونگ درست و با ضربان نبض نادرست است . در اینجا نمی توان صحبت از درستی یا نادرستی کرد، چون در هیچ یک از این حالات تضاد منطقی وجود ندارد، بلکه صرفاً توصیف جهان ساده تر یا پیچیده تر می شود.

اینجا باید برای انتخاب مبنای اندازه گیری تصمیمی جدی گرفت.تصمیم ما بر سر انتخاب روش اندازه گیری درست و غلط نیست، بلکه به سادگی قوانین بستگی دارد.

مسنن مظفري به نقل از :كتاب فلسفه ي علم

 

 

 

|+|

عقب رفتن با زمان

 

در اوايل دهه ي 1940 زماني كه هنوز فاينمن دانشجوي دوره ي كارشناسي در دانشگاه پرينستون بود، تفسير جديدي در مورد ماهيت پادماده ارائه داد.

فاينمن هنگام تحقيق در مورد التروديناميك كوانتومي(QED) متوجه شد كه پادماده اي كه با زمان به جلو حركت مي كند، از ماده ي معمولي كه با زمان به عقب حركت مي كند،قابل تشخيص نيست.

اين كشف تفسير كاملا ً جديدي (اما معادلي ) از پادماده را امكان پذير ساخت به عنوان مثال اگر ما يك الكترون را در ميدان الكتريكي به حركت درآوريم،مثلاً در جهت چپ حركت مي كند. اگر اين الكترون با زمان به عقب مي رفت،مي بايستی به سمت راست حركت كند، اما اگر يك الكترون به سمت راست حركت كند به نظر ما خواهد آمد كه بار آن مثبت است و نه منفي. بنابراين الكتروني كه با زمان به عقب حركت مي كند، از پاد الكتروني كه با زمان به جلو حركت مي كند، غيرقابل تشخيص است.

ذراتي كه با زمان به عقب مي روند، تفسير جديدي از نمونه هاي فاينمن ارائه مي كنند. فرض كنيم كه يك الكترون و پادالكترون در حال برخورد داريمكه انر‍‍‍ژي انفجارگونه ايي آزاد مي كنند. اگر ما پيكان پادالكترون را ، مثل آنكه با زمان به عقب مي رود عوض كنيم، ميتوانيم تفسير جديدي از اين نمودار ارائه دهيم. در تفسير جديد، يك الكترون با زمان به جلو مي رود، يك فوتونآزادمي كند و همان الكترون با زمان به عقب مي رود.

در واقع فاينمن نشان داد كه تمام معادلات QED ، چه تشريح كننده ي پاد ماده باشند كه با زمان به جلو مي رود و چه ماده كه با زمان به عقب مي رود، يكسان هستند.

اين وضع عجيب سبب شد تا نظريه اي با نمادي ناآشنا،‌از سوي جان ويلر از دانشگاه پرينستون پيشنهاد شود. به موجب اين نظريه ، تمام جهان درست تنها از يك الكترون ساخته شده است.

زماني كه فاينمن در پرينستون دانشجو بود، روزي استاد راهنماي او، جان ويلر ، با لحن مهيجي ادعا كرد كه كه او اكنون مي داند كه چرا تمام الكترون ها در جهان مانند يكديگرند(هر دانشجوي شيمي ياد مي گيرد كه همه ي الكترون ها مثل هم هستند و الكترون چاق، سبز رنگ و يا بلند وجود ندارد).ويلر پيشنهاد كرد كه اين موضوع را مي توان به اين طريق توضيح داد كه همه ي الكترون ها به اين علت شبيه هم هستند كه در واقع همه،همان الكترون هستند.

برای مثال به عمل آفرینش بیاندیشیم. فرض کنیم که از آشفتگی و آتش مهبانگ ، تنها یک الکترون بیرون آمده است . این الکترون با زمان به جلو حرکت می کند . میلیارد میلیارد سال می گذرد تا رویداد آسمانی دیگری ، مانند پایان زمان یا روز قیامت فرا رسد . این تجربه ی تکان دهنده به نوبه ی خود ، جهت الکترون را عوض می کند و آن را با زمان به عقب می فرستد.

زمانی که همین الکترون به مهبانگ برمی گردد، جهت آن یک بار دیگر تغییر می کند. الکترون به الکترون های دیگر تقسیم نمی شود.الکترون بدون تغییر می ماند و مثل توپ پینگ پونگ، بین مهبانگ و روز قیامت ، رفت و آمد می کند. حالا هر کسی که در قرن بیست و یکم بین مهبانگ و روز قیامت نشسته باشد، به وجود تعداد زیادی الکترون و پادالکترون پی خواهد برد . در واقع ما می توانیم فرض کنیم که الکترون آنقدر به جلو و عقب حرکت کرده است که زمان کافی برای اینکه جمع الکترون ها را ایجاد کند ، داشته است.(البته یک جسم که به عقب و جلو در فضا حرکت می کند نمی تواند بیش از یک کپی از خود بیافریند اما جسمی که در زمان به جلو وعقب می رود ، می تواند کپی هایی از خود داشته باشد)

اگر این نظریه درست باشد، به آن معناست که الکترون هایی که در بدن های ما وجود دارند ، همان الکترون ها هستند تنها با این تفاوت که الکترون های یک شخص از شخص دیگر می تواند میلیاردها سال قدیمی تر باشد. اگر این نظریه درست باشد ، به توضیح این اصل بنیادی شیمی که می گوید همه ی الکترون ها مشابه یکدیگرند، کمک می کند.(نوع جدید این نظریه آن است که جهان تک ریسمانی داشته باشیم).

آیا نظریه ی تک الکترون ویلر ، وجود همه ی مواد را در جهان توضیح می دهد؟

آیا ماده می تواند با زمان به عقب رود و پادماده شود؟

پاسخ به این سوالات به صورت ظاهری مثبت است اما طبق نظریه ی QED هیچ آزمایشی نمی توان انجام داد که بتواند ماده را که با زمان به عقب می رود، با پادماده ای که با زمان به جلو می رود،تشخیص دهد. بنابراین هیچ اطلاع قابل استفاده ای را نمی توان در زمان به عقب فرستاد و این امر، امکان مسافرت در زمان را از بین می برد. اگر ما پادماده را می بینیم که در فضا معلق است ، ممکن است از آینده به ما رسیده باشد ولی نمی توانیم از آن ، برای فرستادن علامتی(سیگنالی) به زمان گذشته استفاد کنیم.

                                                                                                      

 

                               &