زمان در کنار بسياري از مفاهيمي که در علم مي‌شناسيم و يا مي‌دانيم که نمي‌شناسيم، يکي از سؤال‌هاي بسيار مهم بوده.
آيا مي‌توان گذر زمان را هميشه و در همه جا به طور دقيق اندازه‌گيري کرد؟ پاسخ اين سوال ممکن است بسياري از ساعت‌سازها را ناراحت کند. اخيراً گروهي از فيزيکدان‌هاي دانشگاه ورشو و دانشگاه ناتينگهام نشان داده اند که وقتي ما با شتاب‌هاي بزرگ سر و کار داريم، هيچ ساعتي نمي‌تواند گذر واقعي زمان يا «زمان صحيح» را به ما اطلاع بدهد.
همان‌طور که نظريه‌پردازان دانشگاه‌هاي ورشو و ناتينگهام اثبات کرده‌اند، ساعت ايده‌آل صرفاً يک افسانه است. طبق مطالعاتي که در ژورنال گرانش کلاسيک و کوانتومي (Classical and Quantum Gravity)به چاپ رسيده‌است، در سيستم‌هايي که با شتاب‌هاي بسيار بالا حرکت مي‌کنند، وجود ساعتي که زمان دقيق را نشان دهد به دلايل کاملاً اساسي و بنيادي غيرممکن است.
دکتر آندره دراگان (Andrzej Dragan)، از دانشکده‌ي فيزيک دانشگاه ورشو مي‌گويد: «در هر دو نظريه‌ي نسبيت اينيشتن به طور ضمني فرض شده که ساختن يک ساعت دقيق که مي‌تواند زمان سپري شده در سيستم را نشان دهد، هميشه وجود دارد، بدون توجه به اينکه سيستم در حالت سکون است، با سرعت ثابت حرکت مي‌کند و يا حرکت شتابدار دارد. نکته‌ي مهم اينجاست که وقتي درباره‌ي شتاب‌هاي واقعاً زياد صحبت مي‌کنيم، بتوانيم در واقعيت آن را اعمال کنيم.»
ساده‌ترين ساعت‌ها ذرات بنيادي ناپايدار، مانند ميون‌ها هستند. ميون‌ها خواصي مشابه الکترون‌ها دارند ولي جرمشان 200 بار بيشتر از جرم الکترون است. معمولاً ميون‌ها به يک الکترون، يک نوترينوي ميون و يک پادنوترينوي الکترون واپاشي مي‌شوند. با اندازه‌گيري مدت زمان واپاشي و ميانگين‌گيري از اين اندازه‌ها در مواردي که ميون‌ها آهسته‌تر حرکت مي‌کنند و مواردي که با سرعتي نزديک سرعت نور حرکت مي‌کنند، مي‌توانيم آهسته شدن گذر زمان را مشاهده کنيم: هرچه ميون‌ها سريع‌تر حرکت کنند، احتمال اين که آزمايش‌گر واپاشي آن‌ها را ببيند کمتر است. بنابراين تندي گذر زمان تحت تأثير سرعت ميون‌ها قرار مي‌گيرد.
و اما شتاب: در اواخر دهه‌ي 1970 آزمايش‌هايي در مرکز سرن (CERN) انجام شدند که طي آن‌ها، واپاشي ميون تحت شتاب‌هاي بسيار زياد، چيزي حدود چند ميليارد ميليارد برابر شتاب جاذبه‌ي زمين انجام مي‌شد. در اين آزمايش‌ها مشاهده شد که چنين شتاب‌هايي هيچ تأثيري روي زمان‌هاي واپاشي ندارند.
از طرف ديگر گروهي از نظريه پردازان لهستاني و انگلستاني دانشگاه‌هاي ورشو و ناتينگهام به دنبال يافتن توضيحي براي حرکت شتابدار ذرات ناپايدار در يک خط مستقيم بودند. نکته‌ي کليدي تحليل هاي آن‌ها، پيش‌بيني جالبي بود که در سال 1976 توسط فيزيکدان کانادايي، ويليام اونرو (William Unruh) گفته شده بود.
William G. Unrah
دکتر دراگان اين طور توضيح مي‌دهد: «مفهوم ذره وابسته با ناظر است. براي مثال همه‌ي ما اثر دوپلر را مي‌شناسيم. يک فوتون که از يک منبع متحرک ساطع شده باشد، به چشم ناظري که به او نزديک مي‌شود، کمي آبي‌تر و به چشم ناظري که از او دور مي‌شود کمي قرمزتر ديده مي‌شود. اثر اونرو نيز تا حدي مشابه اثر دوپلر است. با اين تفاوت که تنايج اثر اونرو بسيار جالب‌تر است. در يک محدوده‌ي خاص از فضا، يک ناظر بدون شتاب يک ميدان کوانتومي خلأ را مي‌بيند، در حالي که يک ناظر شتابدار، تعداد زيادي ذره را مي‌بيند.»
معادله‌اي که اثر اونرو را نمايش مي‌دهد در واقع بيان مي‌کند که تعداد ذرات قابل مشاهده در يک ميدان کوانتومي به شتاب ناظر بستگي دارد. هرچه شتاب ناظر بيشتر باشد، تعداد ذرات قابل مشاهده هم بيشتر است. اين اثرات غير لَِخت مي‌توانند ناشي از حرکت ناظر باشند. اما ممکن است منبع آن‌ها يک ميدان گرانشي باشد. اثر اونرو بسيار شبيه به تابش هاوکينگ است که از سياه‌چاله‌ها ساطع مي‌شود.
ذرات ناپايداري که فيزيکدان‌هاي دانشگاه‌هاي ورشو و ناتينگهام در تحليل‌هايشان آن‌ها را به عنوان ساعت‌هاي بنيادي در نظر گرفتند، در نتيجه‌ي برهمکنش با ساير ميدان‌هاي کوانتومي دچار واپاشي مي‌شوند. نظريه به ما مي‌گويد که اگر ذره‌اي در خلأ باشد، به طور متفاوتي واپاشي مي‌شود نسبت به وقتي که در مجاورت ذرات ديگر باشد. بنابراين اگر در يک سيستم با شتاب زياد، ذرات بيشتري ديده شوند، طبق اثر اونرو ميانگين دفعات واپاشي ذرات ميون بايد تغيير کند.
دکتر دراگان مي‌گويد: «محاسبه‌هاي ما نشان مي‌دهند که در شتاب‌هاي بسيار زياد اختلال‌هاي زماني در واپاشي ذرات ناپايدار ايجاد مي‌شود. اگر اين اختلال‌ها، ساعت‌هاي بنيادين مانند ميون‌ها را متأثر کنند، هر دستگاه ديگري هم که بر اساس اصول ميدان‌هاي کوانتومي ساخته شود، مي‌تواند دچار نارسايي و اختلال شود. بنابراين اندازه‌گيري‌هاي دقيق زماني ديگر ممکن نخواهند بود. اين موضوع پيامدهايي را به دنبال دارد، زيرا ناتواني در اندازه‌گيري دقيق گذر زمان، به معني بروز مشکلاتي در اندازه‌گيري فاصله است.» تا امروز اين طور فرض مي‌شد که ممکن است مفاهيم فضا و زمان، در صورت مشاهده‌ي پيش‌بيني‌هاي نظريه‌ي گرانش کوانتومي، دستخوش تغيير شوند. اعتقاد بر اين است که شرايط پيش‌بيني شده در زمان مهبانگ برقرار بوده است.
دکتر دراگان خاطرنشان مي‌کند: «ما در مقاله‌ي خود نشان داديم که در اندازه‌گيري فضا-زمان، وجود اين شرايط ضروري نيست، بلکه زمان و نتيجتاً فضا در دنياي امروز نيز در مقابل دقت اندازه‌گيري بالا مقاومت مي‌کنند. البته در صورتي که ما اندازه‌گيري‌هايمان را در سيستم‌هايي با شتاب زياد انجام دهيم.»
حاصل کار فيزيکدان‌هاي دانشگاه‌هاي ورشو و ناتينگهام، به اين معني است که تمامي اندازه‌گيري‌هاي زمان و فاصله که تحت شتاب‌هاي بالا تهيه شده‌اند، غيرصحيح هستند. اين نتيجه‌گيري سوالاتي را مطرح مي‌کند: اگر ما نمي‌توانيم در شتاب‌هاي زياد يک ساعت دقيق بسازيم، آيا ايرادي در روش‌هاي اندازه‌گيري ما وجود دارد؟ يا براي خود زمان به طور مستقيم اتفاقي رخ مي‌دهد؟ و آيا پارامترهايي که نمي‌توانند به طور دقيق اندازه‌گيري شوند تفاوت‌هاي فيزيکي ايجاد مي‌کنند؟
شتابدهنده‌هاي مدرن مي‌توانند به ذرات شتابي چندين برابر شتاب آزمايش‌هاي دهه‌ي هفتاد ميلادي بدهند. بنابراين امروزه مي‌توان آزمايش‌هاي مناسبي طراحي کرد که طي آن‌ها اثر اونرو ديده شود و تغييرات ايجاد شده در دفعات واپاشي ذرات، قابل مشاهده باشد. در اين صورت نتايج کار گروه فيزيکدان‌هاي لهستاني و انگلستاني تأييد خواهد شد.
دکتر دراگان مي‌گويد: «اگر پيش‌بيني ما به طور تجربي اثبات شود، بايد درباره‌ي موضوع هاي زيادي، مانند درک ما از فضا-زمان، گذر زمان و شيوه‌هاي اندازه‌گيري آن تجديد نظرهاي اساسي اعمال شود و اين مي‌تواند جالب باشد.»
منبع:
Perfectly accurate clocks trun out to be impossible
منابع مفيد:
سفر در زمان ۳: پارادوکس زمان
سفر در زمان ۲
سفر در زمان ۱
زماني که واقعيت ندارد!
لپتون‌ها
دنياهاي موازي
سفينه نسبيتي
اتساع زمان
فضا-زمان
William G. Unruh
Moun Experiment in Relativity
نظريه ميدان‌هاي کوانتمي-ويکيپديا
ميون-ويکيپديا
مدل استاندارد ذرات
مدل استاندارد ذرات- ويکيپديا
نوترينوها