إنه ذلك الحضور غير المرئي الذي يتحكم في عالمنا. فهو يتعقبك مثل ظلك، ويلاحقك بدقاته طوال الوقت؛ فتستطيع الشعور به في دقات قلبك، وفي شروق الشمس وغروبها، وفي اندفاعك اليومي للحاق بالاجتماعات والقطارات ومواعيد التسليم النهائية. إنه ينظم حياتنا عبر تصنيفها إلى ماضٍ وحاضر ومستقبل.

هل للزمن وجود؟

ثَمَّةَ مفاهيم متضاربة بين نظرية النسبية العامة وميكانيكا الكم بشأن الزمن. وإحدى طرق حل هذه المشكلة هي إنشاء نموذج كمي يعمل دون وجود زمن، ورؤية ما إذا كان سيتوافق مع الكون كما تصفه نظرية النسبية العامة.

إنه الزمن؛ ولا يوجد شيء مألوف لدينا أكثر منه، إلا أننا عندما نحاول تعريفه بوضوح نجد فقط وابلًا لا نهاية له من الأسئلة. لماذا يتدفق الزمن كما يبدو؟ ما الذي يجعله مختلفًا عن المكان؟ ما الزمن تحديدًا؟ إن التفكير في هذا يكفي لجعْل خلاياك العصبية تتوقف عن العمل ثم تشتعل وتصدر دخانًا.

أنت لست وحدك؛ فقد عانى علماء الفيزياء لوقتٍ طويل من أجل فهم ماهية الزمن. في الواقع، هم حتى غير متأكدين من وجوده. وفي سعي بعض الباحثين من أجل الوصول إلى نظريات أكثر عمقًا للكون، يزيد اعتقادهم في كون الزمن ليس سمة أساسية من سمات الطبيعة، وإنما هو من صنع خيالنا. اكتشفت مجموعة من الباحثين مؤخرًا طريقةً لتطبيق فيزياء الكم دون استحضار الزمن؛ الأمر الذي يمكنه تمهيد الطريق أمام وجود «نظرية لكل شيء» خالية من الزمن. إذا كانت هذه الطريقة صحيحة، فإنها تشير إلى أن الزمن في الواقع وهم، وأننا ربما بحاجة إلى التفكير مرة أخرى في كيفية عمل الكون ككلٍّ.

لعقود، استمر الباحثون في البحث عن نظرية كمٍّ للجاذبية من أجل التوفيق بين نظرية النسبية العامة لأينشتاين، التي تصف الجاذبية على أوسع نطاق، وميكانيكا الكم، التي تصف سلوك الجسيمات على أضيق نطاق. أحد أسباب الصعوبة البالغة في دمج الاثنتين هو أنهما قائمتان على وجهات نظر متعارضة عن الزمن. يقول لي سمولين من معهد بريميتر للفيزياء النظرية في ووترلو، أونتاريو، كندا: «إني أزداد اقتناعًا بأن مشكلة الزمن أساسية في كلٍّ من الجاذبية الكمية وقضايا علم الكونيات.»

وفقًا لنظرية النسبية العامة، يرتبط الزمن بالمكان من أجل تكوين الزمكان الرباعي الأبعاد. ومرور الزمن ليس مطلقًا؛ فلا توجد ساعة كونية تحسب ساعات الكون. بدلًا من ذلك يختلف الزمن من إطار مرجعي إلى التالي عليه، وما يعتبره أحد الراصدين زمنًا، يمكن لآخر أن يعتبره مزيجًا من الزمن والمكان. من وجهة نظر أينشتاين، يُعَدُّ الزمن مقياسًا مفيدًا للأشياء، لكنه ليس شيئًا محددًا.

الحال ليست كذلك في ميكانيكا الكم؛ ففيها يلعب الزمن دورًا محوريًّا؛ حيث يتعقب الاحتمالات الدائمة التغير التي تميز العالم الميكروسكوبي؛ تلك الاحتمالات المضمنة في «الدالة الموجية» الخاصة بنظام كمي. لا تسجل الساعة التي تنمو بها الدالة الموجية مجرد الزمن في إطار مرجعي محدد، بل الزمن المطلق الذي عمل أينشتاين جاهدًا من أجل نفي وجوده. هكذا، بينما تعامل النسبية المكان والزمان على أنهما وحدة واحدة، تقسم ميكانيكا الكم الكون إلى جزأين: النظام الكمي المرصود والعالم الخارجي التقليدي. في هذا الكون المجزَّأ تبقى الساعة دائمًا خارج النظام الكمي (انظر الشكل السابق).

يجب أن يحدث نوع من التنازل؛ فحقيقة أن الكون لا يوجد به مكان خارجي، يشير في حد ذاته إلى أن ميكانيكا الكم ستتنازل، وبالنسبة إلى كثيرين يشير هذا إلى أن وجود الزمن ليس أمرًا جوهريًّا. على سبيل المثال، في تسعينيات القرن العشرين اقترح عالم الفيزياء جوليان باربر أن الزمن يجب ألا يكون له مكان في أية نظرية كمية عن الكون. مع ذلك يكره علماء الفيزياء استبعاد نظرية الكم؛ حيث إنها أثبتت قدرتها على تقديم تنبؤات دقيقة على نحوٍ استثنائي. فما يحتاجون إليه هو طريقة لتطبيق ميكانيكا الكم في غياب الزمن.

حدث كمي واحد

اكتشف عالم الفيزياء كارلو روفيلي من جامعة مرسيليا في فرنسا هذا بالضبط؛ ففي العام الماضي توصل هو وزملاؤه إلى طريقة لضغط أحداث كمية متعددة في الزمن في حدث واحد يمكن وصفه دون الإشارة إلى الزمن (دورية فيزيكال ريفيو دي، المجلد ٧٥، صفحة ٠٨٤٠٣٣).

إنه إنجاز مثير للاهتمام؛ فبينما يعد أسلوب روفيلي في التعامل مع الزمن واحدًا من بين أساليب كثيرة، وربما يكون لدى الباحثين الذين يعملون على نماذج أخرى من الجاذبية الكمية آراء مختلفة بشأن هذا الأمر، فإن كل علماء الفيزياء تقريبًا يتفقون على أن الزمن عقبة أساسية في طريق التوصل إلى نظرية نهائية. يبدو أسلوب روفيلي قريبًا من التغلب على هذه العقبة؛ إذ يقوم نموذجه على أبحاث في تعميم ميكانيكا الكم أجراها عالم الفيزياء جيمس هارتل بجامعة كاليفورنيا، في سانتا باربرا، بالإضافة إلى أبحاث روفيلي المبكرة حول النظم الكمية.

الفكرة هي: لنفترض أن لدينا إلكترونًا له لف مغزلي معين، واللف المغزلي هو خاصية كمية تكون إما «لأعلى» أو «لأسفل» في أي اتجاه تقيسها فيه. لنفترض أننا نريد القيام بقياسين متتابعين للفه المغزلي، أحدهما في اتجاه (س) والآخر في اتجاه (ص). ستتوقف احتمالات النتائج المحتملة على الترتيب الذي نُجري به القياسات. يرجع هذا إلى أن القياس يؤدي إلى «انهيار» الحالة غير المحددة للدالة الموجية، فيجبرها على الالتزام بحالة معينة؛ سيعمل القياس الأول على تغيير حالة الجسيم؛ مما يؤثر على القياس الثاني.

لنقل إننا نعرف بالفعل أن لف الإلكترون المغزلي لأعلى في اتجاه (س). إذا قمنا الآن بقياس اللف المغزلي في الاتجاه (س) وأعقبناه بالاتجاه (ص)، فسنجد أن اللف المغزلي في اتجاه (س) لأعلى — فلا تغير في هذا — ثُم ثَمَّةَ احتمال بنسبة خمسين في المائة أن نجد اللف المغزلي في اتجاه (ص) إما لأعلى أو لأسفل. إلا أننا إذا بدأنا بقياس اللف المغزلي في الاتجاه (ص)، فإن هذا يخل باللف المغزلي في الاتجاه (س)، ويتسبب في احتمال بنسبة خمسين في المائة لكلا القياسين.

إذا كانت إعادة ترتيب القياسات في الزمن تغير الاحتمالات، فكيف نستطيع حساب احتمالات تسلسلات من الأحداث دون الإشارة إلى الزمن؟ يقول روفيلي إن الخدعة تكمن في تعديل الحد بين النظام الكمي محل الرصد والعالم الخارجي التقليدي حيث يفترض أن توجد أجهزة القياس. عن طريق تعديل الحد، نستطيع ضم جهاز القياس كجزء من النظام الكمي.

في هذه الحالة لن نطرح السؤال التالي: «ما احتمال قيام الإلكترون بلفة مغزلية لأعلى ثم أخرى لأسفل؟» بدلًا من ذلك سنسأل: «ما احتمال العثور على أجهزة القياس في حالة معينة؟» لم يَعُدْ جهاز القياس يتسبب في انهيار الدالة الموجية؛ بدلًا من ذلك، يوصف الإلكترون وجهاز القياس معًا بدالة موجية واحدة، والقياس الواحد للكيان كله هو ما يسبب الانهيار.

أين ذهب الزمن؟ لقد تحول التطور في الزمن إلى علاقات متبادلة بين الأشياء القابلة للرصد في المكان. يقول روفيلي: «لتمثيل الأمر، أستطيع أن أخبركم أنني قدت السيارة من بوسطن إلى لوس أنجلوس، لكني مررت أولًا عبر شيكاجو ثم فيما بعدُ عبر دينفر. ها أنا ذا أحدد أشياء في الزمن. إلا أنني أستطيع أن أخبركم أيضًا أنني قد قدت السيارة من بوسطن إلى لوس أنجلوس عبر الطريق المحدد في هذه الخريطة؛ لذا أستطيع أن أستبدل بالمعلومات حول نوع القياس الذي حدث أولًا في الزمن، المعلوماتِ التفصيليةَ عن كيفية ارتباط الأشياء القابلة للرصد.»

يبدو أن كَون طريقة روفيلي تقدم الاحتمالات الصحيحة في ميكانيكا الكم يبرر افتراضه بأن القوى المحركة في الكون يمكن وصفها بأنها شبكة من العلاقات المتبادلة، بدلًا من كونها تطورًا في الزمن. يقول دين ريكلز، فيلسوف الفيزياء بجامعة سيدني في أستراليا: «يجعل بحث روفيلي وجهة النظر الخالية من الزمن أكثر قابلية للتصديق وأكثر توافقًا مع الفيزياء القياسية.»

مع إعادة صياغة ميكانيكا الكم بشكل خالٍ من الزمن، يبدو دمجها مع نظرية النسبية العامة أقل صعوبة، ويقل احتمال كون الزمن عاملًا أساسيًّا في الكون. إلا أنه إذا لم يكن للزمن وجود، فلماذا نشعر به بشدة؟ فهل هو وهم؟

يقول روفيلي نعم، لكن يوجد تفسير فيزيائي لهذا. لأكثر من عقد من الزمن، كان يعمل مع عالم الرياضيات آلان كون في كوليج دو فرانس في باريس حتى يفهم كيف يمكن لواقع خالٍ من الزمن أن يؤديَ إلى ظهور الزمن. كانت فكرتهما، التي تُعرف باسم فرضية الزمن الحراري، تشير إلى أن الزمن ينشأ كتأثير إحصائي، بالطريقة نفسها التي تنشأ بها درجة الحرارة من حساب متوسط سلوك مجموعات ضخمة من الجسيمات (دورية كلاسيكال آند كوانتم جرافيتي، المجلد ١١، صفحة ٢٨٩٩).

تخيل وجود غاز داخل صندوق. مبدئيًّا نستطيع تتبُّع موقع كل جسيم وزخمه في كل لحظة، ونحصل على معرفة إجمالية بالحالة الميكروسكوبية للبيئة المحيطة. في هذا السيناريو لا وجود لدرجة الحرارة؛ بدلًا من ذلك يوجد لدينا ترتيب دائم التغير للجسيمات. من الناحية العملية، من غير الممكن تعقُّب كل المعلومات، لكننا نستطيع حساب متوسط السلوك الميكروسكوبي من أجل استنباط وصف ماكروسكوبي؛ فنجمل كل المعلومات بشأن زخم الجسيمات في قياس واحد، وهو متوسط نطلق عليه درجة الحرارة.

يرى كون وروفيلي أن الأمر نفسه ينطبق على الكون ككلٍّ؛ فتوجد كثير من المكونات التي يمكن تعقبها؛ فليس علينا فحسب التعامل مع جسيمات المادة، بل يوجد أيضًا الفضاء نفسه وبناءً عليه الجاذبية. عندما نحسب المتوسط في هذا الترتيب الميكروسكوبي الواسع، فإن السمة الماكروسكوبية التي تنشأ لا تكون درجة الحرارة، بل الزمن. يقول روفيلي: «إن الواقع ليس به تدفق للزمن، إنما معرفتنا التقريبية عن الواقع هي التي بها تدفق للزمن؛ فالزمن هو نتيجة لجهلنا.»

الزمن الكوني

يبدو كل شيء جيدًا من الناحية النظرية، لكن هل ثَمَّةَ أي دليل على احتمال كون الفكرة صحيحة؟ اختبر روفيلي وكون فرضيتهما باستخدام نماذج بسيطة؛ فقد بدآ بدراسة إشعاع الخلفية الميكروني الكوني الذي يعم السماء، وهي الحرارة الباقية من الانفجار العظيم. إن هذا الإشعاع مثال على حالة إحصائية؛ فعند حساب المتوسط في التفاصيل الأكثر دقة، نستطيع القول إن هذا الإشعاع تقريبًا منتظم ودرجة حرارته تحت ٣ كلفن مباشرةً. استخدم روفيلي وكون هذا كنموذج للحالة الإحصائية للكون، مع إضافة معلومات أخرى مثل نصف قطر الكون القابل للرصد، وانتظرا ليريا التدفق الواضح للزمن الذي سينشأ عن هذا.

ما حصلا عليه كان سلسلة من الحالات التي تصف كونًا صغيرًا يتوسع تمامًا كما تصفه المعادلات الكونية القياسية، وهو ما يشبه ما يطلق عليه علماء الفيزياء الزمن الكوني. يقول روفيلي: «لقد كنت مندهشًا، وكذلك كان كون. لقد كان يفكر وحده في الفكرة نفسها، وكان مندهشًا للغاية عندما رأى أنها نجحت بعملية حسابية بسيطة.»

إلا أنه حتى يستطيع علماء الفيزياء فعليًّا تطبيق فرضية الزمن الحراري على الكون، فإنهم بحاجة إلى نظرية للجاذبية الكمية. رغم ذلك، فإن حقيقة أن نموذجًا بسيطًا مثل الخاص بإشعاع الخلفية الميكروني الكوني بإمكانه الخروج بنتائج واقعية يُعَدُّ أمرًا واعدًا. يقول روفيلي: «كانت إحدى الصعوبات التقليدية للجاذبية الكمية كيفية فهم نظريةٍ يكون المتغير الزمني فيها غير موجود. هنا نبدأ في إدراك أن نظريةً دون متغير زمني لا يمكننا فقط فهمها، بل بإمكانها في الواقع أيضًا وصف عالم مثل الذي نراه من حولنا.»

الأكثر من ذلك أن فرضية الزمن الحراري تقدم نتيجة أخرى مثيرة للاهتمام؛ فإذا كان الزمن نتاج وصفنا الإحصائي للعالم، إذن فالوصف المختلف سيؤدي إلى تدفق مختلف للزمن. ثَمَّةَ حالة واضحة يحدث فيها هذا، وهي في وجود أفق الحدث.

عندما يزيد أحد الراصدين من سرعته، فإنه يخلق أفق الحدث، وهو حد يفصل منطقة في الكون لا يمكن أن يصل إليه منها ضوء طالما أنه يستمر في زيادة سرعته. هذا الراصد سيصف حالة إحصائية مختلفة للكون عن راصدٍ لا يوجد لديه هذا الأفق؛ حيث إنه يفتقد المعلومات الموجودة أبعد من أفق الحدث الخاص به؛ ومن ثَمَّ فإن تدفق الزمن الذي يلاحظه يكون مختلفًا.

إلا أنه باستخدام نظرية النسبية العامة هناك طريقة أخرى لوصف تجربته عن الزمن؛ فإن هندسة الزمكان الذي يوجد به، كما يحددها أفقه، تحدد ما يسمى بالزمن الحقيقي، وهو تدفق الزمن الذي سيسجله إذا كانت معه ساعة. تتوقع فرضية الزمن الحراري أن نسبة الزمن الحقيقي للراصد إلى زمنه الإحصائي — وهو تدفق الزمن الذي ينشأ من أفكار كون وروفيلي — هي درجة الحرارة التي يقيسها حول نفسه.

ما يحدث أن لكل أفق حدث درجة حرارة ترتبط به. أشهر مثال على هذا هو أفق حدث الثقب الأسود، الذي تكون درجة حرارته هي درجة حرارة «إشعاع هوكينج» الذي يصدره. بالمثل يقيس الراصد المسرع درجة حرارة ترتبط بشيء يُعرف باسم إشعاع أونرو. تشبه درجة الحرارة التي استنبطها روفيلي وكون درجة حرارة أونرو وهوكينج للثقب الأسود؛ مما يزيد من دعم فرضيتهما.

يقول بيير مارتينتي، عالم الفيزياء بجامعة روما في إيطاليا: «إن فرضية الزمن الحراري فكرة جميلة للغاية. إلا أنني أعتقد أن تطبيقها لا يزال محدودًا. في الوقت الحالي تأكدنا فحسب من أن هذه الفرضية لم تكن متناقضة عندما كان هناك مفهوم متاح بالفعل عن الزمن. لكنها لم تُستخدم بعدُ في الجاذبية الكمية.»

رأى آخرون ضرورة الحذر في تفسير كل ما يعنيه هذا عن طبيعة الزمن؛ فيقول ريكلز: «من الخطأ أن نقول إن الزمن وهم، ولكننا نستطيع القول إنه قابل للاختزال أو إنه غير جوهري، تمامًا مثلما ينشأ الوعي من نشاط المخ لكنه ليس وهمًا.»

إذنْ إذا ثبت بالفعل أن الزمن ليس عنصرًا جوهريًّا، فماذا نستخلص من هذا؟ يقول روفيلي: «بالنسبة إلينا الزمن موجود ويتدفق. الفكرة أن هذا التدفق اللطيف يصبح شيئًا أكثر تعقيدًا على النطاق الصغير.»

من ثَمَّ، في أعمق مستويات الواقع يظل غير معروف ما إذا كان الزمن سيظل ثابتًا أم سيذوب مثل الساعات التي توجد في لوحة سلفادور دالي الشهيرة. ربما يكون الزمن، كما يقترح روفيلي وآخرون، ما هو إلا مسألة منظور؛ فهو ليس سمة للواقع بل نتيجة لمعلوماتنا الناقصة عن الواقع. لذا إذا شعرت بتخبط في رأسك عند محاولة فهم الزمن، فحاول الاسترخاء. وإذا فهمت بالفعل كنهه، فربما يختفي الزمن ببساطة.

في حالة رغبتكم في إضافة تعليق، برجاء إدخال اسم المستخدم وكلمة المرور الخاصة بك. تسجيل الدخول.
إذا لم يكن لديكم حساب فعليك تسجيل بياناتك. التسجيل.

تسعدنا مشاركاتكم وتعليقاتكم التي نتمنى أن تلتزم قواعد المشاركة البناءة.