ماشین زمان واقعیت دارد؟ | فضانوردان زودتر از ما پیر می‌شوند!
همشهری آنلاین – یکتا فراهانی: برای چندین دهه، سفر در زمان فراتر از حواشی علم قابل‌احترام بود. بااین‌حال، در سال‌های اخیر، این موضوع در میان فیزیک‌دانان نظری به‌نوعی صنعت تبدیل شده است و شاید بتوان گفت به‌گونه‌ای جنبه تفریحی دارد.
برای درک بهتر ماشین زمان با دکتر علی صادقی، رئیس دانشکده فیزیک دانشگاه شهید بهشتی گفت‌وگو کرده‌ایم.
سفر در زمان یک رویای بزرگ در ذهن بشر بوده است. آیا چنین چیزی امکان‌پذیر خواهد بود؟
به نظرم سؤال خیلی مهمی است؛ چون انسان را به فکرکردن در مورد مفهوم زمان وامی‌دارد. حتی فیزیک‌دانان هم تا حدود ۱۲۰سال قبل از کنار مفهوم زمان به‌سادگی می‌گذشتند و در معادلات خود گذر زمان را به شکل ساده‌انگارانه‌ای یکنواخت و مطلق وارد می‌کردند. تازه از اوایل قرن بیستم میلادی بود که ایده متفاوت‌بودن گذر زمان از نظر ناظران مختلف مطرح شد و متوجه شدیم که زمان برای متحرکی که با سرعت زیاد حرکت می‌کند، مقداری کش می‌آید. همچنین وقتی در معرض جاذبه گرانشی خیلی قوی باشیم گذر زمان کند خواهد شد. این صرفاً یک نظریه ذهنی نیست و در قرن بیستم میلادی آزمایش‌های متعددی این پیش‌بینی‌ها را کاملاً تأیید کرده‌اند. این از نتایج نظریه نسبیت اینشتین است که امروزه حتی به فناوری‌هایی که مورد استفاده روزمره ما نیز است وارد شده‌اند. مثلاً مکان‌یابی با سامانه جی‌پی‌اس امکان‌پذیر نیست؛ مگر باتوجه به این واقعیت کلیدی که جاذبه گرانشی زمین باعث می‌شود زمان برای ساعت‌های روی زمین کندتر از ساعت‌های داخل ماهواره‌ها سپری شود. دانشجویان فیزیک می‌توانند با یک حساب سرانگشتی نشان دهند که ساعت داخل یک ماهواره در هر روز چند میلیونم ثانیه از ساعت مشابهی که روی زمین است، جلو می‌افتد. اگر از این اختلاف ظاهراً ناچیز صرف‌نظر کنیم و به متفاوت‌بودن سرعت گذر زمان داخل ماهواره و زمین توجه نکنیم، هر روز چندین کیلومتر به خطای مکان‌یابی سامانه جی‌پی‌اس گوشی موبایل‌مان اضافه خواهد شد. بنابراین می‌توان گفت حتی بدون ماشین زمان هم سفرهای کوتاه در زمان، واقعیتی است که هر روز می‌تواند اتفاق بیفتد. وقتی می‌گوییم که ساعت در یک ماهواره تندتر کار می‌کند، یعنی فضانورد تا وقتی که در ماهواره زندگی می‌کند، زودتر از ما که این پایین تحت‌تأثیر جاذبه زمین زندگی می‌کنیم، پیر می‌شود و وقتی او را ملاقات کنیم گویی از آینده آمده است! البته از آینده‌ای که فقط کسری از ثانیه جلوتر است. به همین ترتیب، به ازای هزاران سالی که ما روی زمین زندگی کنیم، برای ساکنان نزدیک یک سیاه‌چاله که جاذبه گرانشی بسیار زیادی دارد، فقط چند ثانیه زمان سپری می‌شود و اگر ملاقاتشان کنیم آنها را مسافرانی از چند هزار سال قبل به‌حساب می‌آوریم.
درباره ایده ماشین زمان و امکان ساخت آن صحبت بفرمایید. اینکه از کجا شروع شد و آیا تاکنون پیشرفت جدی در خصوص آن شکل‌گرفته یا خیر؟
ماشین زمان یعنی دستگاهی که بشر بسازد تا با آن به گذشته یا آینده سفر کند. این موضوع فعلاً از حد رؤیاپردازی فراتر نرفته است. این عبارت اولین‌بار در رمان‌ها و بعداً در فیلم‌های علمی-تخیلی مطرح شد و در واقعیت هرگز چنین دستگاهی ساخته نشد. بعید می‌دانم در مؤسسات علمی و دانشگاهی هم کسی برای ساخت آن دست‌به‌کار شده باشد. با این‌حال، اثبات امکان‌پذیر بودن یا نبودن ساخت چنین دستگاهی، برای فیزیک‌دانان موضوع جالبی بوده است. تا جایی که من اطلاع دارم تاکنون مدل‌های پیشنهادی همراه با تناقضات فیزیکی جدی بوده است. مثلاً یک راه میان‌بر و ساده برای سفر در زمان و مکان عبور از تونل یک کرم‌چاله فضایی است. ولی به‌محض ورود مسافر به چنین تونلی، تونل در خودش فرومی‌ریزد؛ مگر آنکه جرم مسافر منفی باشد. هنوز در طبیعت جسم بزرگی که جرم منفی داشته باشد تا بتواند از کرم‌چاله عبور کند، سراغ نداریم. البته استفاده از ماشین زمانی پیامدهای فلسفی هم دارد. مثلاً می‌تواند ترتیب زمانی علت و معلول را جابه‌جا کند. اگر به گذشته سفر کنیم از کجا معلوم که مسیر تاریخ را طوری تغییر ندهیم که وضعیت فعلی که از آن به گذشته سفر کردیم پیش نیاید! به‌علاوه، همین که تا حالا گزارش نشده است که کسی که از آینده سفرکرده باشد، به‌شکلی نشان می‌دهد که در آینده هم ماشین زمان ساخته نخواهد شد.
بزرگ‌ترین چالش‌های بزرگ فیزیک در دنیا چیست؟ چه گره‌های مهمی وجود دارد که فیزیک هنوز نتوانسته باز کند؟
فیزیک خیلی گسترده است و اگر این سؤال را از افراد مختلف بپرسید، جواب‌های متفاوتی می‌دهند. همین امسال برندگان جایزه نوبل فیزیک کسانی بودند که روش‌های آزمایشگاهی را برای بررسی پدیده‌های آتوثانیه توسعه دادند. آتوثانیه یعنی یک میلیونم یک میلیونم یک میلیونم یک ثانیه! از سوی دیگر برخی فیزیک‌دان‌ها در مورد پیدایش کیهان در ۱۴میلیارد سال قبل و سرنوشت عالم در آینده دور تحقیق می‌کنند. بنابراین بدیهی است فهرست چالش‌های فیزیک از نظر فیزیک‌دانان در گرایش‌های مختلف تنوع زیادی داشته باشد. من سعی می‌کنم فقط به‌عنوان نمونه به چند مورد که به نظرم مسئله‌های حل‌نشده، ولی مهمی هستند اشاره کنم. از مقاله‌هایی شروع کنیم که حل هر یک از آنها به‌سرعت، انقلابی در وضع زندگی بشر و محیط‌زیست ایجاد خواهد کرد. مثلاً یافتن روشی کنترل‌شده و ایمن برای تأمین انرژی هسته‌ای از همجوشی هسته‌های سبک به‌جای شکافت هسته‌های بزرگی مانند اورانیوم و پیداکردن راهی ارزان و پربازده برای تبدیل انرژی دریافتی از خورشید به برق. همچنین ساختن ابررسانایی که در دما و فشار عادی کار کند که می‌تواند به ساخت کامپیوتر کوانتومی، قطارهای معلق در هوا و مانند آن کمک کند که چالش مهمی است.
سطح فیزیک ایران در مقایسه با دنیا کجاست؟ باتوجه به اینکه ما فیزیک‌دانان بزرگی مانند پروفسور حسابی داشته‌ایم.
یک تعریف و تلقی سنتی در جامعه ما این است که علم یادگرفتنی است. بر اساس چنین تصوری از علم، سطح فیزیک ایران در تراز جهانی قرار دارد. ما در ایران فیزیک‌دانان بسیاری داریم که کاملاً در جریان روند پیشرفت علم در دنیا هستند و برنده جوایز بین‌المللی معتبری می‌شوند. مانند بقیه دنیا در همان ساعات اولیه‌ای که مقاله‌ای علمی روی اینترنت در دسترس قرار می‌گیرد، بررسی و بحث در مورد آن در دانشگاه‌های ما هم شروع می‌شود. درعین حال باید به نکته مهمی توجه کنیم. علم فراتر از آموختن دانش است. علم فرایند تولید دانش جدید و به عبارتی گسترش‌دادن مرزهای دانش است. با این تعریف از علم، متأسفانه ما جایگاه خیلی ممتازی در جهان نداریم و به‌سختی می‌توان یک موضوع پژوهشی در جریان اصلی فیزیک یافت که ما در آن پیشگام و مرجع بقیه فیزیک‌دانان دنیا باشیم. اینکه ما دانش فیزیکی در تراز جهانی داریم، ولی نمی‌توانیم در تولید دانش فیزیکی خیلی سهم اثرگذاری داشته باشیم به این معناست که ما نیروی انسانی لازم را داریم، ولی نمی‌توانیم از آن بهره کافی را بگیریم. رفع این نقطه‌ضعف نیازمند تلاش‌هایی از نوع خدمات مرحوم دکتر حسابی است که نام بردید. ایشان حتی بیشتر از آنکه فیزیک‌دان برجسته و مشهوری باشند، در پایه‌ریزی ساختارهای فیزیک ایران و نهادهای علمی مؤثر بودند. خوشبختانه این روزها عبارت‌هایی مانند رسیدن به مرجعیت علمی در دنیا از زبان سیاستمداران و مدیران شنیده می‌شود که نشان می‌دهد متقاعد شده‌ایم که باید جهت‌گیری را از آموختن دانشی که بقیه دنیا تولید کرده‌اند به سمت تولید دانشی که مرجع بقیه دنیا قرار گیرد تغییر دهیم.
بیشتر بخوانید:
- کاربرد نظریه نسبیت اینشتین در سال جهانی نجوم
- تلویزیون ماشین زمان
- عکاسی تلسکوپ فضایی جیمز وب از شکل‌گیری جهان
هوش مصنوعی وارد حوزه فیزیک شده یا خیر؟ اگر شده، در چه حوزه‌هایی مؤثر بوده است؟
بله شدیداً. مثل هر حوزه دیگری اثر هوش مصنوعی بر پژوهش و آموزش فیزیک کاملاً مؤثر و تعیین‌کننده بوده است. بیشترین تأثیر هوش مصنوعی و به‌طور خاص یادگیری ماشین در حوزه محاسبات و حل معادلات فیزیکی با کامپیوتر بوده است. به زبان ساده به‌جای حل هر مسئله جدید از ابتدا، سعی می‌شود پاسخ آن بر اساس میزان تشابه با اجزای مسئله‌های حل شده قبلی حدس زده شود. در آزمایشگاه‌ها بعضی کارهای اپراتوری و پس‌پردازش اولیه اندازه‌گیری‌ها به هوش مصنوعی سپرده شده و دیگر لازم نیست محقق ساعت‌ها وقت صرف کند تا با تکرار آزمایش‌ها و حذف نتایج بی‌کیفیت، داده باکیفیت موردنظرش را به دست آورد. بر خلاف مثال‌های قبلی که هدفشان ساده‌کردن کارهای سخت بود کاربرد جالب دیگری از هوش مصنوعی استفاده از یادگیری ماشین برای استخراج بعضی قوانین ساده و فرمول‌های اصلی فیزیک را از روی داده‌ها ست که در موارد اولیه موفقیت‌آمیز بوده است.
مدتی قبل مقاله‌ای می‌خواندم که به کمک یادگیری ماشین سؤالات هندسه دوره‌های مختلف المپیاد جهانی ریاضی را با نمره‌ای بالاتر از مدال‌آوران المپیادها حل کرد. این ایده بلندپروازانه و جسورانه اگر از حد کشف فرمو ل‌های ساده فراتر رود می‌تواند به کشفیات جدید و غیرقابل‌انتظار در فیزیک منجر شود. چون بر خلاف فیزیک‌دانان که روش کارشان ترکیب شهود و ریاضیات است، هدف این روش‌ها یافتن هرگونه رابطه ممکن بین داده‌های حاصل از اندازه‌گیری‌های دقیق است؛ هرچند به زیبایی نظریه‌های فیزیکی نباشد. این باعث می‌شود از واردکردن شهود فیزیکی و سوگیری ذهنی قبلی که گاهی ممکن است نقش گمراه‌کننده‌ای داشته باشد جلوگیری شود.
در واقع انقلاب‌های مهمی در تاریخ فیزیک سراغ داریم که حاصل کنارگذاشتن شهود قبلی فیزیک‌دانان بوده است. یادآوری کنم که استفاده از یادگیری ماشین و هوش مصنوعی در فیزیک سابقه زیادی دارد و از سال‌ها قبل عبارت‌هایی مثل شبکه عصبی مصنوعی در عنوان بعضی مقالات فیزیکی استفاده می‌شده است. اما با فراگیرشدن یادگیری عمیق و سهولت استفاده از آن توسط متخصصان کامپیوتر طبیعی است که اقبال فیزیک‌دانان هم به این روش‌ها بسیار زیاد شد. نکته آخر اینکه تأثیر فیزیک و یادگیری ماشین متقابل بوده و خواهد بود. قابل‌پیش‌بینی است که توسعه الگوریتم‌های یادگیری ماشین کوانتومی و ساخت کامپیوترهای کوانتومی با چند هزار کیوبیت حوزه هوش مصنوعی را تحت‌تأثیر قرار خواهد داد.
در زمینه نشر مقالات و کتب علمی در حوزه فیزیک چه چالش‌هایی پیش رو قرار دارد؟
شاید اولین و مهم‌ترین چالش این است که جامعه مخاطب موضوعات تخصصی فیزیک به زبان فارسی پرجمعیت نیست. از طرف دیگر نوشتن یک صفحه از مقاله یا کتاب فیزیک می‌تواند روزها طول بکشد و رقابت با کتاب‌هایی که شهرت بین‌المللی دارند کار اصلاً ساده‌ای نیست. اساساً در همه دنیا رسم بر این است که بیشتر مقالات و کتاب‌های فیزیک را به زبان انگلیسی و توسط انتشارات بین‌المللی چاپ می‌کنند و در کشور ما هم تا حدی زیادی همین‌طور است.
اگرچه این نشان‌دهنده تراز بین‌المللی فیزیک‌دانان ایرانی است؛ ولی از طرف دیگر، مانعی بر سر راه غنی شدن مخزن محتوای علمی فیزیکی به زبان فارسی است.
نویسندگانی که کتاب دانشگاهی فیزیکی به زبان فارسی نوشته‌اند واقعاً انگشت‌شمار است و سهم زیادی از کتاب‌های فیزیکی به زبان فارسی متعلق به ترجمه کتاب‌هایی است که در سطح جهانی اعتبار آنها اثبات شده است.
بنابراین اولین چالش، انگیزه نویسندگان برای انتخاب زبان فارسی برای نگارش مقالات و کتاب است. مسئله طولانی و سخت بودن داوری هم مهم است.
انتشارات دانشگاهی، معمولاً نظر دو سه نفر از همتایان نویسنده را در مورد محتوای علمی کتاب یا مقالات علمی سؤال می‌کنند. داوری توسط همتایان ناشناس باعث شده است کتاب‌های فیزیکی چاپ شده توسط انتشارات دانشگاهی به‌ندرت محتوای اشتباه و یا کم‌ارزش داشته باشد؛ ولی این رویه نشر کتاب را سخت و طولانی می‌کند.
بنابراین من آن را چالش به معنی مشکل نمی‌دانم. در همه دنیا هم داوری یک حلقه مهم از زنجیره نشر کتاب و مقالات فیزیکی است. از این دشواری‌های خودخواسته که بگذریم، اگر بخواهیم چالش‌های چاپ یک کتاب علمی یک فیزیک‌دان را با کتاب خاطرات همان فیزیک‌دان مقایسه کنیم، پیداکردن ناشری که بتواند توجیه اقتصادی برای چاپ کتاب داشته باشد یا حروفچینی و تایپ فرمول‌ها و آماده‌سازی شکل‌ها که به دلیل تخصصی و پیچیده بودن تقریباً همگی به عهده نویسنده خواهد بود، می‌تواند چالش‌های جدی به حساب بیاید.
اگر مطلب ضروری دیگری هست ممنون می‌شویم به‌عنوان صحبت تکمیلی بفرمایید.
از فراهم‌کردن فرصت این گفت‌وگو تشکر می‌کنم. گفت‌وگوی ما از یک موضوع فلسفی یعنی مفهوم زمان شروع شد. مایلم گفت‌وگو را با یادآوری این واقعیت به پایان برسانیم که حتی اگر فیزیک‌دان متخصص هم نباشیم؛ دانستن هر مقدار از فیزیک جهان‌بینی و نگاه ما را به زندگی تغییر می‌دهد. وقتی به شیوه‌ای که فیزیک به ما یاد می‌دهد به طبیعت و جهان نگاه می‌کنیم حسی شبیه به حس نگاه‌کردن به آن عکس معروف کره زمین که از نزدیکی ماه گرفته شده است به انسان دست می‌دهد. نگاه‌کردن به زمین از آن موضع، بی‌اهمیت‌بودن بسیاری از مشکلات زندگی روزمره و دلایل اختلافات بین انسان‌ها و جنگ‌ها و مانند آن را واضح می‌کند. به نظرم این یکی از بهترین مصداق‌های تفکر در طبیعت به‌عنوان یکی از آموزه‌های قرآنی است و باعث می‌شود اخلاق‌مان بهتر شود، از زندگی بیشتر لذت ببریم و از فرصتی که برای زندگی‌کردن در این طبیعت زیبا به ما داده شده است بیشتر استفاده کنیم.