زمان

[Риал Краесис]

سلام دوستان این تاپیکو زدم تا اگه یه روز این تالار مدیر پیدا کرد اینو به یه زیر مجموعه تبدیل کنه و تمامی بحث های مربوط به زمان اینجا مطرح بشه.

 

[Риал Краесис]

زمان:
دو دیدگاه گوناگون در تعریف زمان وجود دارد. دیدگاه نخست بیان می‌کند که زمان قسمتی از ساختارهای اساسی جهان است، بعدی است که اتفاقات پشت سر هم در آن رخ می‌دهند. همچنین این دیدگاه بیان می‌کند که زمان قابل اندازه گیری است. این یک نوع دیدگاه واقع گرایانه‌است که آیزاک نیوتن بیان می‌کند و از این رو گاهی با نام زمان نیوتونی شناخته می‌شود.

در مقابل، دیدگاه دیگری چنین بیان می‌کند که زمان قسمتی از ساختارهای ذهنی انسان است (همراه فضا و عدد) آن چنان که ما در ذهن خود رشته‌ٔ رویدادها را دنبال می‌کنیم همچنین در ذهن خود برای طول آن اتفاقات کمیت‌هایی را از قبیل ثانیه و دقیقه تعریف می‌کنیم.

تعریف دوم به هیچ هویت مستقلی برای زمان اشاره نمی‌کند که اتفاقات درون آن رخ دهد. این دیدگاه حاصل کار گوتفرید لایبنیتس و امانوئل کانت می‌باشد که زمان را قابل اندازه‌گیری نمی‌داند و می‌گوید تمام اندازه‌ها در سیستم ذهنی بشر رخ می‌دهد.

به طور کلی در فیزیک زمان و فضا به عنوان کمیت‌های بنیادی به‌شمار می‌آیند و امکان بیان تعریفی دقیق برای آن‌ها در قالب دیگر کمیت‌ها نیست به این خاطر که بقیه کمیت‌ها هم‌چون سرعت، نیرو و انرژی همگی به وسیله این دو کمیت تعریف شده‌اند.

داود بن محمود قیصری، در سده هشتم هجری و در رساله «معمای زمان» می‌نویسد که «زمان نه آغازی دارد و نه پایانی. زمان، قابل تقسیم نیست و آنچه که ما آنرا بخش می‌کنیم تنها در پندار ماست.»
منبع

 

[Риал Краесис]

گذر زمان:
این موضوع که مغز چگونه زمان را درک می‌کند، تا به حال ناشناخته مانده است. بارها برای همه‌ی انسان‌ها پیش آمده که در بعضی لحظات زندگی، زمان به کندی می‌گذرد و به اصطلاح کش می‌آید. حالا نتایج یک تحقیق نشان می‌دهد که در مغر ما مسیرهای ویژه‌ای از سلول‌های عصبی وجود دارد که با استفاده از آن‌ها، می‌توانیم گذشت ثانیه‌ها را حس کنیم. در تحقیق انجام‌شده، پژوهشگران برای داوطلبان نورهای فلش‌مانند و بوق‌هایی ممتد را پخش کردند. سپس زمان این نورها و صداها را به تدریج اضافه کردند. نتیجه به دست آمده نشان می‌دهد که ا فزایش تدریجی باعث کش‌ آمدن زمان می‌شد و تخمین‌ها طولانی‌تر بود. اما وقتی که این دو عامل به صورت ناگهانی زیاد شدند، تخمین‌ها رنگ و بوی واقعیت به خودشان گرفتند. به این ترتیب به نظر می‌رسد انتظار باعث کش‌آمدن زمان می‌شود.

 

[Риал Краесис]

سفر در زمان:
البته اگر از یک بعد دیگر به قضیه نگاه کنیم همه ما مسافر زمان هستیم. همین الان که شما این را می‌خوانید، زمان در حول و حوش و به پیش می‌رود و آینده به حال و حال به گذشته تبدیل می‌شود. نشانه اش هم رشد موجودات است. ما بزرگ می‌شویم و می‌میریم. پس زمان در جریان است.

آلبرت اینشتین با ارائه نظریه نسبیت خاص نشان داد که این کار از نظر تئوری شدنی است. بر طبق این نظریه اگه شیئی به سرعت نور نزدیک شود گذشت زمان برایش آهسته تر صورت می‌گیرد. بنابراین اگر بشود با سرعت بیش از سرعت نور حرکت کرد، زمان به عقب برگردد. مانع اصلی این است که اگر جسمی به سرعت نور نزدیک بشود جرم نسبی ان به بینهایت میل می‌کند لذا نمی‌شود شتابی بیش از سرعت نور پیدا کرد. اما شاید یک روز این مشکل هم حل شود. بر خلاف نویسنده‌ها و خیالپردازها که فکر می‌کنند سفر در زمان باید با یک ماشین انجام شود، دانشمندان بر این عقیده هستند که اینکار به کمک یک پدیده طبیعی صورت می‌گیرد. در این خصوص سه پدیده مد نظر است: سیاهچاله‌های دوار، کرم چاله‌ها و ریسمانهای کیهانی.

سیاهچاله‌ها: اگر ستاره‌ای تمام سوختش را بسوزاند، دارای جرم فشرده زیادی می‌شود و حفرهٔ سیاه رنگی مانند قیف تشکیل می‌دهد که نیروی جاذبه فوق العاده زیادی دارد؛ به نحوی که حتی نور هم نمی‌تواند از آن فرار کند. این حفره‌ها بر دو نوع هستد. برخی نمی‌چرخند و هر جسمی که جذب آنها شود نابود می‌شود. اما بعضی از سیاهچاله‌ها در حال دوران هستند. این سیاهچاله‌ها می‌توانند سکوی پرتاب به آینده یا گذشته باشند.

کرم چاله: سکوی دیگری برای گذر از زمان است و می‌تواند در عرض چند ساعت، ما را چندین سال نوری جابجا کند. فرض کنید دو نفر دو طرف ملافه‌ای را گرفته‌اند و می‌کشند. اگر یک توپ تنیس روی این ملافه بگذاریم، در سطح ملافه، انحنایی به طرف توپ ایجاد می‌شود. حال اگر تیله‌ای را روی هر کدام از گوشه‌های ملافه قرار دهیم، به سمت چاله‌ای که توپ تنیس ایجاد کرده‌است می‌غلطد. این کار، شبیه سازی ساده‌ای از نظریهٔ اینشتین است که معتقد است اجرام آسمانی در فضا و زمان انحنا ایجاد می‌کنند(درست مثل همان توپ روی ملافه). حالا اگر فرض کنیم فضا به صورت یک لایه دوبعدی روی یک محور تا شده باشد و بین نیمه بالا و پایین ان خالی باشد و دو جرم هم اندازه در قسمت بالا و پایین مقابل هم قرار گیرد، آن وقت حفره‌ای که هر دو ایجاد می‌کنند می‌تواند به همدیگر رسیده و ایجاد یک تونل کند. مثل این که یک میانبر در زمان و مکان ایجاد شده باشد. به این تونل می‌گویند کرم چاله. این امید است که یک کهکشانی که ظاهرا میلیونها سال نوری دور از ماست، از راه یک همچین تونلی بیش از چند هزار کیلومتر دور از ما نباشد. در اصل می‌شود گفت کرم چاله تونل ارتباطی بین یک سیاهچاله و یه سفیدچاله‌است و می‌تواند بین جهان‌های موازی ارتباط برقرار کند و در نتیجه به همان ترتیب می‌تواند ما را در زمان جابجا کند.

ریسمانهای کیهانی: آخرین راه سفر در زمان ریسمانهای کیهانی است. طبق این نظریه یک سری رشته‌هایی به ضخامت یه اتم در فضا وجود دارند که کل جهان را پوشش می‌دهند و تحت فشار خیلی زیادی هستند. اینها هم یه نیروی جاذبه خیلی قوی دارند که هر جسمی را سرعت می‌دهند و چون مرزهای فضا زمان را مغشوش می‌کند لذا می‌شود از انها برای گذر از زمان استفاده کرد.

تونل زمان: واقعیت یا خیال؟ چند اشکال در مسالهٔ سفر در زمان وجود دارد. اول اینکه اصلا نفس تئوری سفر در زمان یک پارادوکس است. پارادوکس یا محال نما یعنی چیزی که نقض کننده(نقیض) خودش در درونش است. به طور مثال، اگر شخصی در زمان به عقب برگردد و به تاریخی که هنوز بدنیا نیامده‌است برود، چطور می‌تواند آنجا باشد؟ یک راه حل برای این مشکل، نظریهٔ جهان‌های موازی است. طبق این نظریه امکان دارد چندین جهان وجود داشته باشد که مشابه جهان ماست اما ترتیب وقایع در انها فرق می‌کند. پس وقتی به عقب برمی‌گردیم در یک جهان دیگر وجود داریم نه در جهانی که در ان هستیم. طبق این نظریه بینهایت جهان موازی وجود دارد و ما هر دستکاری که در گذشته انجام بدهیم یک جهان جدید پدید می‌اید.

 

[Риал Краесис]

فضا زمان:
در علم فیزیک و ریاضی، فضا-زمان (به انگلیسی: Spacetime) (و نه فضا و زمان‌) به هر‌گونه مدل ریاضی گفته می‌شود که زمان و مکان را به صورت ساختاری واحد و درهم‌پیوسته با یکدیگر ترکیب کند. بر اساس فرضیات مفهوم فضای اقلیدسی، جهان، سه بعد مکانی و یک بعد زمانی مستقل از هم دارد. در فضا-زمان سه بعد فضا و یک بعد زمان درهم ادغام می‌شوند و یک محیط پیوستهٔ چهار بعدی را ایجاد می‌کنند. با ترکیب فضا و زمان و ایجاد یک محیط خمیدهٔ واحد، فیزیکدان‌ها توانسته‌اند تئوری‌های فیزیک را هم در سطح کیهانی و هم در بعد اتمی ساده‌سازی کنند.

بهتر است که در مکانیک کلاسیک، هنگامی که زمان به عنوان یک معیار ثابت و جهانی، مستقل از حالت حرکت مشاهده‌گر درنظر گرفته می‌شود؛ از دستگاه اقلیدسی به جای فضا-زمان استفاده کنیم. با این حال در فیزیک نسبیتی، زمان نمی‌تواند جدا از سه بعد فضا باشد. بر اساس نسبیت خاص نرخ گذر زمان برای جسمی که مشاهده می‌شود بستگی به نسبت سرعت جسم و سرعت مشاهده‌گر دارد. بر اساس نسبیت عام شدت میدان گرانشی نرخ گذر زمان را کاهش می‌دهد.
ابعاد:
طرح کلی در فضا-زمان، ادغام فضا و زمان با یکدیگر و درنتیجه ایجاد یک محیط یکپارچه با دستگاه مختصاتی یکتا است. برای این کار به سه بُعد مکانی معمول(طول، عرض، ارتفاع) و یک بُعد زمان نیاز داریم؛ این بُعدها مؤلفه‌های مستقل لازم برای مشخص کردن یک نقطهٔ خاص در یک فضای تعریف شده‌اند. مثلا در محیط کرهٔ زمین طول و عرض جغرافیایی دو مؤلفهٔ مستقل دستگاه مختصات‌اند که تنها به‌وسیلهٔ هر دوی آن‌ها باهم می‌توان یک نقطهٔ خاص را تعیین موقعیت کرد؛ حال در فضا-زمان، شبکه مختصاتی ۱+۳ بعد را پوشش می‌دهد و چون زمان به عنوان مؤلفهٔ جدید اضافه شده‌است، درنتیجه دستگاه مختصات نه تنها می‌تواند نقاط را در محیط مکان‌یابی کند بلکه می‌تواند رویداد‌ها را نیز تعیین موقعیت نماید. به این ترتیب این دستگاه مختصات می‌تواند تعیین کند که کی و کجا یک رویداد اتفاق افتاده است. در فضا زمان نمی‌توانیم محور زمان را به صورت جداگانه نشان دهیم اگر بخواهیم محور زمان را در دستگاه مختصات نشان بدهیم ناگزیریم که محور زمانی و مکانی را هر دو باهم، و در یک دستگاه مختصات قرار دهیم و این به دلیل ماهیت یکپارچهٔ فضا-زمان و آزادی در انتخاب دستگاه مختصات است. برخلاف دستگاه مختصات فضایی معمولی، محدودیت‌هایی برای چگونگی اندازه‌گیری‌های مکانی و زمانی وجود دارد؛ این محدودیتها به مدل زیاضی خاص آن و تفاوتهایش با ریاضیات و هندسهٔ اقلیدسی برمی‌گردد.
تا آغاز قرن بیستم گذر زمان مستقل از حرکت در نظر گرفته می‌شد و فرض این بود که در تمام دستگاه‌های مختصات، زمان تنها در یک محور مشخص با سرعت ثابت پیش می‌رود؛ اما تجربیات بعدی نشان داد که زمان در سرعت‌های بالا کندتر حرکت می‌کند (کاهش سرعت زمان با عنوان تاخیر زمان در نسبیت خاص توضیح داده شده‌است)؛ برای مثال یک ساعت اتمی را بر روی یک شاتل فضایی نصب کردند و دیدند که زمان برای ساعت روی شاتل کندتر از زمان در سطح زمین می‌گذرد.
عبارت فضا-زمان به عنوان یک مفهوم عمومی فراتر از رویداد‌های فضا-زمان در ۱+۳ بُعد معمولی در نظر گرفته می‌شود، فضا-زمان واقعا ترکیبی از مکان و زمان است اما برخی دیگر پیشنهاد کرده‌اند که بُعدهای جدیدی که بعدها اضافه می‌شود هم در مجموعهٔ تئوری فضا-زمان قرار گیرد (نظریه‌های دیگری وجود دارند که توانسته‌اند بُعدهای جدیدی را اضافه کنند که این بُعدها دیگر شامل مکان و زمان نمی‌شوند)؛ اینکه واقعا چند بُعد برای توصیف جهان لازم است سوالی است که هنوز پاسخ قطعی برای آن پیدا نشده‌است. تئوری‌هایی مانند تئوری ریسمان پیش‌بینی می‌کند که ۱۰ تا ۲۶ بُعد جدید را بتوان اضافه کرد یا تئوری-م داشتن ۱۱ بُعد شامل ۱۰ بُعد مکانی و ۱ بُعد زمانی را ممکن می‌داند؛ باید به این نکته توجه داشت که: داشتن بیش از چهار بعد فقط در اندازه‌های زیر اتمی تفاوت ایجاد می‌کند.
مفهوم غیرریاضی فضازمان یکپارچه:
اولین بار پیش از میلاد مسیح فیلون اسکندری گفته است که: «زمان زاییدهٔ جهان است، خدا جهان را خلق کرد و آن منجر به ایجاد زمان شد، همزمان با خلق جهان یا بلافاصله پس از آن».
اینکاها زمان و مکان را به عنوان یک مفهوم واحد در نظر می‌گرفتند و آن را پاشا می‌نامیدند؛ بومیان ساکن در رشته کوه آند همچنان بر این باور پایدار مانده‌اند.
اندیشهٔ فضا-زمان یکپارچه توسط اِدگارآلِن پو شاعر آمریکایی در یکی از شعرهایش به نام اورکا بیان شد: «مکان و گذر زمان هر دو یکی هستند».
در سال ۱۸۹۵ هِربرت جورج وِلز در رمان ماشین زمان چنین نوشت: «هیچ تفاوتی میان زمان و سه بُعد مکانی وجود ندارد تنها برداشت ما است که با آنها پیش می‌رود».
مفهوم ریاضی:
ریاضیات بحث فضا-زمان اولین بار در سال ۱۷۵۴ از سوی ژان لروند دالامبر در دانشنامهٔ فرانسوی آنسیکلوپدی در مقالهٔ بُعدها مطرح شد. پس از آن ژوزف لویی لاگرانژ در تئوری تحلیلی توابع(۱۷۹۷ و ۱۸۱۳) بیان کرد که: «می‌توان علم مکانیک را با هندسهٔ چهار بُعدی و تحلیل‌های مکانیکی را به عنوان تعمیمی از تحلیل‌های هندسی در نظر گرفت».
پس از کشف چهارگان‌ها توسط ویلیام همیلتون وی اظهار داشت: «گفته می‌شود زمان تنها یک بُعد دارد و مکان سه بُعد... ریاضیات خاص چهارگان‌ها از همهٔ این بُعدها بهره می‌برد به زبان فنی‌تر می‌شود گفت "زمان بعلاو‌هٔ مکان" یا "مکان بعلاو‌هٔ زمان" از این جهت چهارگان یک مفهوم چهار بعدی است یا حداقل تلویحا به آن اشاره می‌کند. و این‌گونه یک بُعد زمان و سه بُعد مکان در زنحیر‌هٔ نمادها به هم می‌آمیزد». چهارگان‌های مرکب هامیلتون که از نظر جبری ظرفیت مدل کردن فضا-زمان و تقارن در آن را دارد بیش از نیم قرن قبل از اینکه نسبیت به طور رسمی ارائه شود در دست بود.
از تلاش‌های دیگری که در زمینهٔ فضا-زمان انجام شد می‌توان از کارهای جیمز کلارک ماکسول نام برد که از معادلات دیفرانسیل جزئی برای گسترش الکترودینامیک در چهار بُعد استفاده کرد. بعدها لورنتس در قرن ۱۹ چند نامتغیر از معادلات ماکسول را معرفی کرد؛ این دستاورد لورنتس بعدها، پایهٔ تئوری نسبیت خاص آلبرت اینشتین قرار گرفت. پیشتر تصور می‌شد که سنجش زمان و مکان فقط به دامنهٔ اعداد حقیقی محدود می‌شود؛ همچنین پیشنهاد اینکه سنجش زمان و مکان قابل مقایسه باشد توسط کسانی توسعه یافت که فیزیک را بنیان نهادند؛ اما حال بین این تصورات اولیه مانند نبیست گالیله و قانون ماکسول تضاد ایجاد شده‌بود. برای از بین بردن این ابهام باید به مفهوم سرعت نور بازگشت.
درحالی فضا-زمان را به عنوان نتیجه‌ای از تئوری نسبیت خاص اینشتین در سال ۱۹۰۵ در نظر می‌گیرند که ریاضیات آن توسط استاد ریاضی او هرمان مینکوفسکی انجام شد؛ وی در سال ۱۹۰۸ تلاش‌های زیادی برای گسترش کارهای اینشتین انجام داد. مفهوم فضای مینکوفسکی اولین نمایش رفتار فضا و زمان به عنوان دو نمود مختلف از یک مفهوم یکپارچه بیان شد؛ چکید‌هٔ نسبیت خاص. اندیشه فضای مینکوفسکی باعث شد که به هر دو نسبیت خاص و عام، بیشتر از دید هندسی نگاه شود. در سیزدهمین ویرایش دانش‌نامهٔ بریتانیکا در سال ۱۹۲۶ مقاله‌ای از اینشتین با عنوان "فضا-زمان" وجود دارد.