بعد چهارم
بنام خدا
فضای اطراف ما، بنا بر تصور ما دارای 3 بعد میباشد: ارتفاع ( بالا یا پایین )، سمت ( چپ یا راست ) و عمق ( عقب یا جلو )
اما در مورد بعد چهارم نظریه‌های گوناگونی موجود است که در کل همگی زیر مجموعه دو نظریه هستند: نظریه بعد فضایی و نظریه بعد زمانی.
دنیای شگفت انگیز بعد چهارم
چکیده در این مقاله تلاش بر آن است که به زبانی ساده نظریات پیچیده ریاضی بیان گردد. البته در کنار توضیح نظریه‌های ریاضی به توضیح دیدگاه‌های فلسفی و تخیلی بعد چهارم نیز می پردازم.در ابتدا ابعاد را معرفی کرده و با استفاده از قیاس میان بعد دوم و سوم تلاش نموده ام که تصور بعد چهارم را برایتان آسان تر نمایم.سپس به معرفی نظریات دانشمندانی چون انشتین و هاوکینگ می پردازم و سیاهچاله‌ها و کرمچاله‌ها را معرفی می نمایم.پس از آن کمی در مورد تونل زمان و نظریاتی که جنبه تخیلشان بیشتر است صحبت می کنم وکمی نیز راجع به جهان های موازی که توسط سیاهچاله‌ها به هم مربوط می‌شوند سخن خواهم گفت .در این مقاله کمی راجع به اینکه آیا میتوان زمان را متوقف نمود یا نه و نظریات علمی تخیلی که در این باره وجو دارد نیز سخن خواهم گفت و قبل از نتیجه گیری راجع به زمان و نحوه اندازگیری آن می پردازم تا متوجه شویم که این زمانی که از آن, این همه سخن به میان می‌رود چیست و چگونه تعیین می‌گردد.
کلمات کلیدی:زمان، بعد چهارم، سیاهچاله،کرم چاله،بعد و فضا.
مقدمه این مقاله تلاشی است برای آنها که دنبال عجایب زندگى هستند. آنهایى که دوست دارند از اسرار نهان جهان آگاه باشند. از جادو لذت ببرند. و در عین حال از خرافات نفرت دارند...اینجا مى خواهم یک راه جدید براى لذت بردن از لحظه‌ها را به شما معرفى کنم. یک تفریح مجانى براى آنها که ریاضى را دوست دارند و آنها که مى خواهند با ریاضى دوست شوند. آنها که برایشان سوال پیش آمده که فلسفه کجا به درد مى خورد و آنها که از کاربردهاى فلسفه آگاه اند و از آن لذت مى برند.و آنها که بار ها و بارها از بزرگ تر ها ، عاقل تر ها، استادان ، پیر تر ها و از فرهنگ و جامعه مى پرسند: جایگاه ماورأ الطبیعه در باور ها کجاست؟ آیا روزى مى رسد که علم به این قصه ى اسرار آمیز بها بدهد؟مى خواهم به آنهایی که خبر ندارند مژده بدهم و به آنها که مى دانند یاد آورى کنم که سالها پیش جریانى در علم وارد شد که علم را به مرور زمان تغییر داد و در بسیارى از موقف ها آن را آماده ى پذیرفتن و توجیه کردن اتفاقات اسرار آمیز و باور نکردنى نمود...
و اما بعد چهارم بعد یعنى چه؟خوب ما با دو کلمه سر و کار داریم. بعد + چهارم. پس بهتر است کلمه کلمه جلو برویم.
اول مفهوم بعد را توضیح مى دهیم. مى توان بعد را راستا و سمت تعریف کرد. اما نه هر سمتى.هر راستا که تعریف مى کنیم (و مى توان آن را به شکل یک پیکان نشان داد) باید بر راستاى قبلى عمود باشد. مثلا اگر ما بگوییم بعد اول، با یک خط صاف طرف هستیم. خطى که مى توان در آن حرکت داشت. یک پیکان دو سو که مثلا بر حسب جهات اختراعى ما به سمت چپ و راست مى باشد. این خط را مى توان یک جهان فرض کرد.جهانى 1 بعدى. 1بعدى به معنى وجود یک توانایى حرکت. قدرت حرکت در یک راستا موجود است .جلو و عقب.
حالا وقتى بخواهیم به این بعد اول بعد جدیدى اضافه کنیم، این بعد و راستاى جدید باید حتما بر راستاى قبلى عمود باشد. دقیقا مثل محور مختصات. دنیاى یک بعدى مثل محور x است. وقتى مى خواهیم آن را دو بعدى کنیم به آن محور جدید بالا و پایین با نام اختصارى y اضافه مى کنیم.این صفحه که قطر آن صفراست دنیاى دو بعدى است.(جالب: یک کشیش دانا سالها پیش رمانى به نام سطحستان نوشت که یک چنین دنیایى را تجسم کرده که در آن اشکال هندسى زندگى مى کنند. مثل مربع و مثلث و دایره. او بیشتر در این کتاب به محدودیت هاى عصر خود اعتراض کرده بود. ولى روى این دنیاى خیالى و ساده مثال هاى جالبى زده بود که در هر مثال بحث مهمى از هندسه چهار بعدى نهفته است. از آن به بعد این بهترین راه براى تحقیق بر بعد چهارم شد. یعنى دانشمند دنیاى دو بعدى را مثالى از دنیاى ما قرار مى دهد و آنگاه دنیاى سه بعدى را مثالى از بعد چهارم مى سازد. آنوقت عقایدش قابل فهم مى شوند. این کتاب پایه گذارى مهم در این مبحث به شمار مى رود. )اگر بعد سومى را بخواهیم بر این صفحه ى مختصات اضافه کنیم به فضا مى رسیم.
براى این کار راستاى جدیدى را بر دو راستاى قبلى اضافه مى کنیم و آن را z مى نامیم. در فضا هر جسمى توانایى حرکت در سه بعد را دارد. به سادگى تمام. پس اگر موجودى ساکن این دنیا باشد آن را سه بعدى خواهیم نامید.چهارمین بعد جایى است که دیگر مغز ما با مشکلاتى در تصور کردن آن مواجه مى شود. شاید باور نکنید کسانى که توانایى تصور 4 بعد را داشته اند و شناخته شده اند شاید از انگشتان دست و پاى شما بیشتر نباشند. حالا به اینجا مى رسیم که آیا مى شود راستاى جدیدى را بر 3 راستاى قبل عمود کرد؟ خوب فکر نمى کنم راهى بیابید که چهار چوب را بر هم عمود کنید. مى دانید چرا؟ چون ما در دنیایى سه بعدى قرار داریم.
همانطور که در یک صفحه مختصات نمى شود یک مکعب کشید و باید حتما این صفحه را به فضا تبدیل کرد، در دنیاى ما هم نمى شود چهار چوب را بر هم عمود کرد. اما دنیاى چهار بعدى دنیایى است که در آن مى شود چهار چوب را بر هم عمود کرد. پس دراین میان بعد چهارم به میان مى آید. ما توانایى حرکت در بعد چهارم را نداریم چون سه بعدى هستیم. (بعد چهارم و فیزیک: بعضى دانشمندان بنام فیزیک براى کار بر روى نظریات خود به هندسه ى چهار بعدى نیازمند شدند. از آن رو که مجبور بودند فضا و زمان را با هم پیوند بزنند. از این رو زمان را راستایى بر جهان سه بعدى ما دانستند. اگر شنیدید بعد چهارم زمان است بدانید گوینده اشتباهى لفظى کرده است.
زمان بعد چهارم است. آن هم به قرارداد فیزیک دانانى که با فضا زمان سر و کار دارند. اما بعد چهارم ممکن است هر چیزى باشد.در صورتى که ما درک درستى از هندسه چهار بعدى داشته باشیم در نتیجه درک درستى از فضا زمان داریم. پس مى توانیم اصطلاحاتى مانند خمیدگى فضا، فوق کره، آینده و گذشته، کند و تند شدن زمان و ... را بهتر بفهمیم.) ۱ نقطه را صفر بعدى مى خوانیم. ۲ نقطه یک خط یک بعدى را تشکیل مى دهد. 4 خط یک مربع دو بعدى را تشکیل مى دهد. ۶ مربع یک مکعب سه بعدى را تشکیل مى دهد. ۸ مکعب یک فوق مکعب چهار بعدى را نشان مى دهد. به نوعی میتوان این گونه نیز تعبیر کرد ساختار دو بعدى اى معروف به صلیب که از ۶ مربع تشکیل شده است.
با بستن این ساختار یک مکعب سه بعدى به دست مى آید. بدیهى است که این ساختار را نمى توان در جهان دو بعدى کاغذ بست. این ساختار به مکعب باز شده هم معروف است. البته مکعب بعد از باز شدن مى تواند شکل هاى متفاوت دیگرى هم داشته باشد که این معروفترین آنهاست. یک ساختار سه بعدى متشکل از ۸ مکعب که به صلیب چهار پر معروف است.این ساختار در واقع یک فوق مکعب باز شده است. با بستن آن مى توانیم از نو یک فوق مکعب داشته باشیم. ولى مسئله این است که این ساختار در جهان چهار بعدى بسته مى شود. یک تعریف از بعد4 این است که بگوییم :هر فضایی که شخص با حرکت در جهت عمود به فضای 3 بعدی به آن می‌رسد فضای چهار بعدی نامیده میشود.
پله اول : بعد صفر یک نقطه را در داخل فضا تصور کنید.یک نقطه تنها صفر بعدی است چون نه طول، نه عرض و نه ارتفاع دارد و بینهایت کوچک است.(خیلی به ایده آل یک انسان در برابر خدا نزدیک شده است ).تمام نقطه‌ها یک اندازه و یکسانند.به این خاطر که آنها بعد ندارند.
پله دوم : اولین بعد این نقطه صفر بعدی را بگیرید و در هر جهتی که دلتان خواست به بیرون بکشید. همه پاره خط ها یک بعد دارند چون فقط در یک مقیاس با هم متفاوت هستند یعنی طول. همه عرض و ارتفاعی برابر دارند که بینهایت بار کوچک است.اگر یک خط را بینهایت بار بکشیم سر تا سر فضای یک بعدی را که در آن قرار دارد پوشش می‌دهد.
پله سوم : دومین بعد حالا این پاره خط را بگیرید و از قالبش به هر جهتی که نسبت به جهت اول عمود باشد بکشید. یک مربع ساخته خواهد شد هر مربع دو بعدی به این خاطر که باهم در دو مقیاس متفاوت هستند ، طول و عرض.همه آنها ارتفاع یکسان دارند که بی نهایت بار کوچک است. هر کدام از لبه‌های این مربع طول یکسان دارند و هر کدام از زوایای آن قائمه هستند.اگر بینهایت بار این مربع را پهن کنید سرتاسر فضای دو بعدی را می پوشاند.
پله چهارم : سومین بعد این مربع متناهی را بگیرید و در جهتی که به دو جهت قبلی عمود باشد بکشید و با این کار یک مکعب بسازید. همه مکعب ها سه بعدی هستند به این خاطر که در هر سه مقیاس شناخته شده ما یعنی طول عرض و ارتفاع با هم متفاوتند. درست مانند مربع ، تمام لبه‌های یک مکعب هم اندازه اند و همه زوایا قائمه هستند.اگر این مکعب را در تمام جهات گسترش دهیم تمام فضای 3 بعدی را پوشش خواهیم داد.
پله پنجم : چهارمین بعد و حالا آخرین مرحله ، یک مکعب محدود را بگیرید و باز هم آن را در جهتی دیگر که بر سه جهت اولیه عمود باشد بیرون بیاورید. اما چگونه این کار ممکن میشود ؟ این کار در محدودیت های فضای سه بعدی امکان پذیر نیست ( فضایی که در این مقاله به آن فضای حکومتی می گوییم ) اگر چه در فضای چهار بعدی ( که آن را تترا اس پیس می نامیم) این کار امکان پذیر است . شکلی که بواسطه کشش مکعب به داخل تترا اس پیس به دست می‌آید را تسرکت می نامیم که همان فوق مکعب است.هر تسرکت از لحاظ اندازه در چهار مقیاس با تسرکت های دیگر متفاوت است ( که در یک تسرکت واحد تمام آنها با هم برابر هستند.)طول ، عرض ، ارتفاع و یک مقیاس چهارم که من آن را تترا طول می نامم.به مکعب های n بعدی قبلی نگاه کنید، همه آنها تترا طول یکسان و بینهایت کوچک دارند.همچنین درست مانند مکعب و مربع همه لبه‌ها در یک تسرکت دارای اندازه برابر هستند و همه زوایا قائمه است .
اگر یک تسرکت را در همه جهات امتداد دهیم ، همه فضای چهار بعدی را خواهد پوشاند.این تنها مقدمه‌ای برای درک این بعد بود هنوز مسائل و خواص ناگفته زیادی از این بعد باقی ماند مانند دوران ، صافی ، شناور سازی و .... تصور جهان چهاربعدی میدانیم که نظریه‌هایی مثل ابر ریسمان جهان را با ابعاد بیشتر از 3 بعد می‌دانند. اما یک جهان چهار بعدی چگونه خواهد بود؟ همان طور که گفته شد منظور از بعد چهارم زمان نیست بلکه بعدی فیزیکی است که بر سه بعد ما عمود است. برای درک بهتر این بعد بهتر است بعد سوم را با بعد دوم مقایسه کنیم. با این کار ما می‌توانیم رابطه این دو را به رابطه بعد سوم و چهارم تعمیم دهیم.
خوب ما میدانیم که یک کاغذ دو بعد دارد (از ضخامت صرف نظر کنید) :طول و عرض ما می‌توانیم این دو خط را در کاغذ بر هم عمود رسم کنیم اما آیا می‌توانید خط سومی هم روی کاغذ عمود بر ان دو رسم کنید؟ نه برای رسم این خط ما به بعد سوم نیاز داریم. در مورد بعد چهارم هم همینطور است: بعدی که میتوان از ان خطی بر مکعب عمود کرد. به بعد دوم بر می‌گردیم. بیاید حیاتی را در بعد دوم در نظر بگیریم در این جهان دو بعدی موجوداتی زندگی می‌کنند: مربع‌ها مثلثها چند ضلعی‌ها و دایره. حالا سراغ مربع میرویم. این موجود اطرافیان و اجسام را به صورت خط می‌بیند دقت کنید خود ما هم اطراف خود را دو بعدی می‌بینیم (مضحک به نظر می‌رسد!) ولی خیلی ساده دوری و نزدیکی را درک می‌کنیم. این موجود هم مثل ما است ولی یک بعد کمتر می‌بیند! حالا خود را فرض کنید که دارید به ان مربع نگاه میکنید. چه می‌بینید؟ شما می‌توانید هم خود مربع و هم پشت و هم داخل بدن مربع را یک زمان ببینید! این برای مربع غیر قابل درک است که کسی بتواند داخل بدن او را ببیند.
همان طور که ما نمی‌توانیم درک کنیم که یک موجود چهار بعدی می‌تواند داخل بدن ما را ببیند! ما می‌توانیم یک بطری دو بعدی آب را بدون باز کردن در آن بخوریم!. یا یک گاو صندوق دو بعدی را خالی کنیم ! حالا فرض کنید ما یک کره را داخل دنیای آقای مربع بیاندازیم. او چه خواهد دید؟ او اول یک نقطه می‌بیند که از هیچ به وجود آمده و هر لحظه به قطر آن افزوده و سپس کم و ناپدید میشود! پس اگر یک کره چهار بعدی در جهان ما بیفتد ما یک نقطه می‌بینیم که به یک کره تبدیل میشود و سپس هر لحظه بزرگتر میشود. سپس کوچک و نا پدید میشود. حال با استفاده از این قیاس وارد دنیای بعد چهارم می شویم.
در این دنیا سه دیدگاه کلی وجود دارد دیدگاه علمی, دیدگاه تخیلی و دید گاه فلسفی که به صورت خلاصه به هر سه دیدگاه می پردازیم.
سفر در زمان چطور انجام میشود؟
یکی از جالبترین افکار بشر، ایده جابجایی در بعد زمان است. البته اگر از یک بعد دیگر به قضیه نگاه کنیم همه ما مسافر زمان هستیم. همین الان که شما این را میخوانید، زمان 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.
سیاهچاله ها: اگر یه ستاره چند برابر خورشید باشد و همه سوختش را بسوزاند، از انجا که یک نیروی جاذبه قوی دارد لذا جرم خودش در خودش فشرده میشود و یک حفره سیاه رنگ مثل یه قیف درست می‌کند که نیروی جاذبه فوق العاده زیادی دارد طوری که حتی نور هم نمی‌تواند از ان فرار کند. اما این حفره‌ها بر دو نوع هستد. یک نوعشان نمی چرخند لذا انتهای قیف یک نقطه است. در انجا هر جسمی که به حفره مکش شده باشد نابود میشود. اما یک نوع دیگر سیاهچاله نوعی است که در حال دوران است و برای همین انتها قیف یک قاعده دارد که به شکل حلقه است. مثل یک قیف واقعی است که انتهااش باز است. همین نوع سیاهچاله است که می‌تواند سکوی پرتاب به آینده یا گذشته باشد.
انتهای قیف به یک قیف دیگر به اسم سفیدچاله می‌رسد که درست عکس ان عمل می‌کند. یعنی هر جسمی را به شدت به بیرون پرتاب می‌کند. از همین جاست که می‌توانیم پا به زمانها و جهان های دیگر بگذاریم.
کرم چاله : یک سکوی دیگر گذر از زمان است که می‌تواند در عرض چند ساعت ما را چندین سال نوری جابجا کند. فرض کنید دو نفر دو طرف یک ملافه را گرفته اند و می‌کشند. اگر یک توپ تنیس بر روی ملافه قرار دهیم یک انحنا در سطح ملافه به سمت توپ ایجاد میشود. اگر یک تیله به روی این ملافه قرار دهیم به سمت چاله‌ای که ان توپ ایجاد کرده است می‌رود. این نظر اینشتین است که کرات آسمانی در فضا و زمان انحنا ایجاد می‌کنند؛ درست مثل همان توپ روی ملافه. حالا اگه 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 نباشئ. در اصل میشود گفت کرم چاله تونل ارتباطی بین یک سیاهچاله و یه سفیدچاله است و می‌تواند بین جهان های موازی ارتباط برقرار کند و در نتیجه به همان ترتیب می‌تواند ما را در زمان جابجا کند.
آخرین راه سفر در زمان ریسمانهای کیهانی است. طبق این نظریه یک سری رشته‌هایی به ضخامت یک اتم در فضا وجود دارند که کل جهان را پوشش می‌دهند و تحت فشار خیلی زیادی هستند. اینها هم یک 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 ؟ حالا اینها را گفتیم ولی چند اشکال در این کار است. 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.
یک مثال :اگه خدا می‌تواند هر کاری را انجام دهد پس آیا می‌تواند سنگی درست کند که خودش هم نتواند تکانش دهد؟ این یک پارادکس است چون اگر بگوییم آری پس انوقت با اینکه خدا هرکاری را می‌تواند انجام دهد متناقض است و اگر بگوییم نه باز هم همان میشود یعنی خدا هر کاری را نمی‌تواند انجام دهد.
یک مثال دیگر این است که اگر من در زمان به عقب برگردم , به تاریخی که هنوز بدنیا نیامده بودم پس چطور می‌توانم انجا باشم. یا مثلا اگر برگردم و پدربزرگ خودم را بکشم پس من چطور بوجود اومده ام؟
یک راه حلی که برای این مشکل پیدا شده است، نظریه 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 می اید.
یک سال بعد از ارائه نظریه نسبیت عام توسط آلبرت اینشتین ،سال 1916م فلام متوجه شد که ازحل شوارتزشیلد معادلات اینشتین میتوان جواب کرمچاله ای بدست آورد . این نوع کرمچاله ،«کرمچاله شوارتزشیلد » نامیده شد .
کرمچاله‌ها ساختارهای فضازمانی پل مانندی هستند که دو ناحیه مجزا از یک فضا زمان یا دوفضا زمان مجزا را به یکدیگر وصل می کنند . کرمچاله‌ها باعث کوتاه شدن مسافت و زمان لازم برای رسیدن از یک نقطه به نقطه دیگر می شوند .
در دهه 1930م اینشتین و روزن با استفاده از غوطه ورکردن متریک شوارتزشیلد در فضای استوانه ای ، معادله غوطه وری یک کرمچاله گذر ناپذیر وغیر ایستا موسوم به پل اینشتین - روزن را بدست آوردند . یکی از جنبه های جالب کرمچاله‌ها ، استفاده از آنها برای انجام سفر در فضازمان است .
می دانیم که فاصله زمین تا نزدیک ترین ستاره غیر از خورشید ، حدود 4سال نوری می باشد . یعنی نور با سرعت 300 هزار کیلومتر بر ثانیه حدود 4 سال طول می کشد تا به این ستاره برسد . حال ما با تکنولوژی امروزه ممکن است بیش از یک میلیون و سیصد هزار سال طول زمان نیاز داشته باشیم تا به این ستاره برویم که برای انسان امر غیر ممکنی است . به‌نظر می رسدکه با فرض وجود کرمچاله ، می توان از یک طرف وارد آن شد و تقریبا بلافاصله پس از خروج از طرف دیگر ، در ناحیه ای دوردست از جهان سردرآورد . در این طرح امکان سردرآوردن از جهانی دیگر نیز وجود دارد .
بعضی افراد به اشتباه سیاهچاله‌ها را به عنوان ابزارهایی برای مسافرت های فضایی می شناسند . اما باید بدانیم که سیاهچاله‌ها دارای افق هستند و وقتی جسمی ، حتی نور ، وارد آنها شد ، علاوه بر نابودی ، امکان خروج برایش وجود ندارد . برخی از کرمچاله‌ها این امکان را به ما می دهند که بدون صدمه دیدن از آنها عبور کنیم . در این مقاله ضمن آشنایی با این ساختارها ، امکان عبور از آنها را نیز بررسی می کنیم .
هندسه یک کرمچاله : یک کرمچاله در صورت وجود ، خود بخشی از فضازمان چهار بعدی عالم می باشد.همانطور که می دانید اینشتین در سال 1905 م ثابت کرد که جهان تنها از سه بعد فضایی تشکیل نشده و زمان صرفآ یک پارامتر در حال تغییر نیست. بلکه زمان خود نیز به عنوان بعد چهارم عالم به حساب می آید . در این فضازمان چهار بعدی ، کرمچاله‌ها می توانند سوراخی به جهانی دیگر یا ناحیه ای دیگر از همین جهان باشند . پس باید در نظر داشته باشیم که این اجسام چهاربعدی هستند و ما تنها برای ساده سازی آنها را به صورت دو بعدی نشان می دهیم .
به عنوان مثالی ساده ، یک صفحه کاغذ تخت را در نظر بگیرید که از چهار طرف تا فواصل بسیار دور گسترده شده باشد . هر دو طرف صفحه که آنها را « رو » و « زیر » صفحه می نامیم ، بطور مستقل یک فضای دوبعدی راتشکیل می دهند که می توانیم آن را یک جهان دوبعدی فرض کنیم . ساکنان این جهانها خود موجودات دو بعدی هستند . واضح است که این دو جهان هیچ ارتباطی با هم ندارند و ساکنان آنها از وجود همدیگر بی خبرند. اکنون تصور کنید یک سوراخ دایره ای در این صفحه ایجاد شود . به این ترتیب دو جهان بطور پیوسته با هم ارتباط دارند .
ما این حفره تونل مانند را یک کرمچاله می نامیم . حال بیائید به جای یک سوراخ ، دو سوراخ درصفحه ایجاد کنیم . سپس لبه های این دو سوراخ را بکشیم تا به صورت دو لوله درآید وبا ادامه دادن این کار دو لوله را به هم وصل کنیم. این نیز یک کرمچاله است . با این تفاوت که بر خلاف حالت قبلی دو ناحیه از یک جهان را به هم وصل می کند . در حالتی که فضای ما خمیده باشد مسافرت از طریق این کرمچاله بسیار سریع تر امکان پذیر است . چون مسافت کوتاهتر است . زمان متوقف مى شود
استفن هاوکینگ معادله شرودینگر سرعت تغییرات تابع موج را برحسب زمان ارائه مى دهد. اگر تابع موج را در یک لحظه بدانیم، مى توانیم با استفاده از معادله شرودینگر تابع موج را در هر لحظه دیگرى در گذشته یا آینده محاسبه کنیم، بنابراین موجبیت در تئورى کوانتوم هم وجود دارد، البته در مقیاسى کوچکتر. در تئورى کوانتوم نمى توان هم مکان و هم موقعیت را پیشگویى کرد و فقط تابع موج قابل پیشگویى است. پیشگویى تابع موج ما را قادر مى سازد که یا موقعیت یا سرعت را پیشگویى کنیم، اما نمى توان هر دوى اینها را با دقت پیشگویى کرد.
بنابراین توانایى انجام پیشگویى دقیق در تئورى کوانتوم دقیقاً نصف آن چیزى است که در دیدگاه کلاسیک لاپلاس ممکن بود. با این همه حتى در این معناى خاص هم مى توان ادعا کرد که موجبیت وجود دارد. با این همه استفاده از معادله شرودینگر براى به دست آوردن تابع موج زمان هاى بعد (که به معنى پیشگویى تابع موج در زمان آینده است) تلویحاً متضمن این فرض است که زمان همیشه و در همه جا به طور یکنواخت جارى است. این نکته قطعاً در فیزیک نیوتنى صحیح بود.
در فیزیک نیوتنى فرض مى شد که زمان مطلق است به این معنى که به هر رویدادى در تاریخ جهان عددى اطلاق مى شود که زمان نام دارد، دیگر آنکه زمان به طور یکنواخت از گذشته هاى نامحدود تا آینده بى پایان در جریان است. شاید بتوان این نگرش را دیدگاه متعارف از زمان نامید که اغلب مردم و حتى بسیارى از فیزیکدانان چنین نگرشى از زمان را در پس زمینه ذهن خود دارند. به هر حال همانطور که دیدیم در سال 1905 نظریه نسبیت عام مفهوم زمان مطلق را کنار گذاشت.
در نظریه نسبیت عام زمان دیگر مفهومى مستقل و خاص خود نیست، بلکه فقط یک جهت از پیوستار چهاربعدى به نام فضازمان است. در نسبیت خاص ناظران متفاوت که با سرعت هاى مختلفى در حرکتند، مسیرهاى گوناگونى را در فضازمان مى پیمایند. هر ناظر در مسیرى که مى پیماید، زمان خاص خود را اندازه مى گیرد و ناظران مختلف براى رویدادهاى مشخص، زمان هاى مختلفى را اندازه مى گیرند. بنابراین در نسبیت خاص زمان مطلق واحدى وجود ندارد که بتوان به رویدادها نسبیت داد. با این همه فضازمان نسبیت عام مسطح است. این نکته بیانگر آن است که در نسبیت خاص زمان اندازه گیرى شده توسط هر ناظرى که آزادانه در حرکت است، به طور یکنواخت از منفى بى نهایت در گذشته بى نهایت تا مثبت بى نهایت در آینده بى نهایت در فضازمان افزایش مى یابد.
مى توان هر کدام از این مقدارهاى زمان را در معادله شرودینگر به کار برد و تابع موج را به دست آورد. بنابراین، در نسبیت خاص هم تعبیر کوانتومى موجبیت را داریم. اما وضعیت در نظریه نسبیت عام به گونه دیگرى است. در این نظریه فضازمان تخت نیست بلکه به وسیله ماده و انرژى درون آن تغییرشکل یافته است. انحنا در منظومه شمسى ما، حداقل در مقیاس ماکروسکوپى چنان کوچک است که اختلالى در تصور معمول ما از زمان ایجاد نمى کند. حتى در این وضعیت هم مى توان از زمان در معادله شرودینگر استفاده کرد و به برآیند جبرگرایانه تابع موج دست یافت. با این همه هنگامى که فضازمان خمیده شود، این احتمال هم مطرح مى شود که شاید فضازمان آن گونه ساختارى نداشته باشد که افزایش یکنواخت زمان براى همه ناظران ممکن شود که این امر براى اندازه گیرى معقول زمان نیاز است.
براى مثال فرض کنید که فضازمان شبیه یک استوانه عمودى است. ارتفاع استوانه نشان دهنده مقدار زمان است که براى تمام ناظران افزایش مى یابد و از بى نهایت منفى تا بى نهایت مثبت ادامه مى یابد. به هر حال اکنون فضازمانى را در نظر بگیرید که شبیه استوانه اى است که داراى یک دسته (یا «کرمچاله») است که از استوانه منشعب شده و مجدداً به آن متصل مى شود. مى بینیم همه اندازه گیرى هاى زمان لزوماً داراى نقطه هاى سکون است که به نقاط اتصال دسته به استوانه اصلى مربوط مى شود. در این نقاط زمان دچار رکود مى شود. در این نقاط زمان در هیچ جهتى افزایش نمى یابد. در چنین فضازمانى نمى توان از معادله شرودینگر استفاده کرده و شکل موجبیتى تابع موج را به دست آورد.
مراقب سیاهچاله‌ها باشید: هیچ وقت نمى دانید که چه عملى ممکن است از آنها سرزند.به دلیل وجود سیاهچاله هاست که فکر مى کنیم زمان براى تمام ناظران افزایش نمى یابد. اولین بار در سال 1783 توصیفى از سیاهچاله‌ها ارائه شد، جان میچل یکى از استادان پیشین کمبریج استدلالى را که هم اکنون بیان مى کنیم، ارائه کرد.:
اگر کسى ذره اى مثلاً یک گلوله توپ را به طور عمودى به آسمان پرتاب کند، به دلیل گرانش از سرعت صعود جسم کم شده و در نهایت حرکت رو به بالاى آن متوقف شده و به پایین سقوط مى کند. به هر حال اگر سرعت صعود اولیه جسم از یک مقدار بحرانى به نام سرعت گریز بیشتر باشد، گرانش نمى تواند، ذره را متوقف کرده و جسم مى گریزد. سرعت گریز براى زمین 12 کیلومتر در ثانیه و براى خورشید 618 کیلومتر بر ثانیه است. سرعت هایى را که ذکر کردیم بسیار بزرگتر از سرعت گلوله هاى واقعى توپ است، اما در مقایسه با سرعت نور که برابر 300 هزار کیلومتر است، سرعت کمى است، بنابراین نور مى تواند بدون هیچ مشکلى از زمین یا خورشید بگریزد
با این همه میچل استدلال کرد که احتمال دارد ستاره هایى وجود داشته باشد که جرمشان بسیار بیشتر از خورشید باشد و در نتیجه سرعت گریز آنها بزرگتر از سرعت نور باشد. ما نمى توانیم چنین ستاره هایى را ببینیم، زیرا گرانش این ستاره‌ها هر نورى که از آنان ساطع شود را به دام مى اندازد. به همین دلیل میچل آنها را ستاره هاى تاریک نامید که ما امروزه آنها را با نام سیاهچاله مى شناسیم.
تصور میچل از ستاره هاى تاریک بر فیزیک نیوتنى مبتنى بود، در فیزیک نیوتنى زمان مطلق است و بدون توجه به آنچه که روى مى دهد در گذر است. بنابراین در تصویر نیوتنى فیزیک، ستاره هاى تاریک بر توانایى ما براى پیشگویى آینده تاثیرى ندارند، اما در نظریه نسبیت عام وضعیت بسیار متفاوت است، چرا که در این نظریه اجسام سنگین فضازمان را خمیده مى سازند.
در سال 1916 مدت کوتاهى پس از آنکه تئورى نسبیت عام ارائه شد، کارل شوآرتزشیلد (که طى جنگ جهانى اول مدت کوتاهى پس از ابتلا به یک بیمارى در جبهه روسیه درگذشت) راه حلى براى معادلات میدان نسبیت عام یافت که نشاندهنده سیاهچاله بود. سالیان دراز کسى کشف شوآرتزشیلد را درک نکرد و به اهمیت آن پى نبرد. خود اینشتین هیچگاه وجود سیاهچاله را باور نکرد و برخوردش با این مسئله عمدتاً مبتنى بر استدلال هاى قدیمى نسبیت عام بود.
حال که ما این همه از زمان نام برده ایم,آیا تعریف درستی از زمان می‌توانیم ارائه دهیم؟ حال به توضیح فیزیکی زمان می پردازیم. زمان دوره ای است که یک عمل یا یک رویداد رخ می دهد . از هر چیزی که تغییرات منظم دارد می توان برای سنجش زمان استفاده کرد . زمان مانند طول و جرم یک مقدار بنیادی در فیزیک است و بعد چهارم آن محسوب می شود . برای اندازه گیری زمان سه روش موجود است.
دو روش اول بر مبنای حرکت روزانه ی زمین به دور محورش است . این روش ها به وسیله ی حرکت ظاهری خورشید در آسمان ( زمان خورشیدی ) یا حرکت ظاهری ستارگان در آسمان ( زمان نجومی ) تعیین می شود .
روش سوم اندازه گیری زمان مبنی بر دوران کامل زمین به دور خورشید ( زمان زیجی ) است .
زمان خورشیدی : حرکت ظاهری خورشید از عرض آسمان برای مدت های طولانی برای اندازه گیری زمان استفاده می شد . در تمام مکان ها وقتی که خورشید به بالاترین نقطه ی آسمان می رسید ظهر محسوب می شود . این نقطه نصف النهار است . فاصله ی میان گذر پیاپی خورشید از عرض نصف النهار یک روز است و این روز طبق عادت به 24 ساعت تقسیم شده است .طول روز مطابق با خورشید در تمام سال یکسان نیست . این متغیر بودن به دلیل بیضوی بودن مدار زمین و میل دایرةالبروج نسبت به معدل النهار ( استوای آسمان ) است . این اختلاف گاهی به 16 دقیقه هم می رسد . با اختراع ساعتی دقیق در قرن 17 این اختلاف معنی دار شد . به این ترتیب زمان خورشیدی ( که مبنی بر حرکت فرضی خورشید با سرعت هموار در سراسر سال می باشد ) اختراع شد .
زمان استاندارد : نیم روز هر محل زمانی است که خورشید به بالاترین نقطه خود در آسمان رسیده باشد . هنگامی که مردم ساکن در نقاط غربی یک محل هنوز به نیمه ی روز نرسیده اند ساکنان نقاط شرقی عصر را از سر گذرانده اند . با چرخش زمین نقاط مختلف از شرق به غرب به ترتیب به نیمه روز می رسند . زمان استاندارد ( که مبنی بر زمان خورشیدی است ) در سال 1883 طی موافقت نامه ای بین المللی برای پرهیز از پیچیدگی که در اثر استفاده ی هر جامعه از ساعت محلی خود بوجود آمده بود معرفی شد . طی این موافقت نامه زمین به 24 ناحیه ی زمانی دسته بندی شدکه هر ناحیه 15 درجه ی طول جغرافیایی را به خود اختصاص می دهد. که این تقسیم بندی یک تقسیم بندی طبیعی است زیرا سیاره ی زمین با سرعت 15 درجه در ساعت به دور خودش می گردد.منطقه ی اصلی نصف النهار صفر درجه است که از رصدخانه ی سلطنتی گرینویچ در انگلستان می گذرد. مناطق زمانی دیگر بر حسب فاصله از غرب یا شرق گرینویچ دسته بندی شد . در هر منطقه ی زمانی تمام ساعت ها یک عدد را نشان می داد . در سال 1966 کنگره ی آمریکا از تصویب نامه ی زمانی متحدالشکل که باعث بنا شدن 8 منطقه ی زمانی برای آمریکا و متصرفاتش شده بود اجتناب کرد . در سال 1983 چندین کرانه ی منطقه ی زمانی تغییر کرد و به همین دلیل آلاسکا که قبلا تحت پوشش 4 منطقه ی زمانی بود تحت پوشش یک منطقه ی واحد در آمد .
در کشتیرانی ساعت ها معمولا زمان محلی گرینویچ را که میانگین زمان گرینویچ می گویند نشان می دهند . منجمان این سیستم را با نام زمان جهانی به کار می برند .
زمان زیجی : زمان خورشیدی میانگین و زمان نجومی میانگین هیچ کدام صحیح نیستند . که این به دلیل نامنظم بودن حرکت زمین در مدارش است. اختلاف در سرعت چرخش زمین به مقدار 1 یا 2 ثانیه در سال می رسد . مجموع این اختلاف در 200 سال گذشته به 30 ثانیه رسید بعلاوه سرعت حرکت زمین رفته رفته به میزان 1000/1 در ثانیه در هر 100 سال کاهش می یابد.بعضی از این دگرگونی ها می توانند به حساب بیایند اما دگرگونی هایی که نامنظم هستند نمی توانند به حساب بیایند.این اشکالات در سال 1940 با معرفی زمان زیجی کنار گذاشته شد . زمان زیجی به طور عمده توسط منجمان برای محاسبه ی دقیق محل سیارات و ستاره‌ها استفاده می شود. زمان زیجی مبنی بر دوران سالانه ی کامل زمین به دور خورشید است.عصر زمان زیجی 4 ثانیه دیرتر از عصر زمان جهانی است .
سخن آخر در امور روزمره زندگی ، از قبیل تعیین وقت یک مسابقه ، یا نصب راداری برای تعیین سرعت اتومبیلها ، نور نقش چندانی ندارد، اما با در نظر گرفتن ماهیت عالم ، چنین جنبه‌هایی از زمان و فاصله اهمیت پیدا می‌کند. همین که می‌فهمیم زمان و فاصله یکی هستند، آنگاه متوجه خواهیم شد ستاره‌ای که می‌بینیم، پدیده‌های مربوط به اینجا و زمان حال نیست، بلکه نور آن پس از میلیاردها سال طی طریق به ما رسیده است. بنابراین ستاره مورد نظر میلیاردها سال از ما فاصله دارد و آنچه در زمان حال شاهد آن هستیم، رویدادی بوده است که در گذشته بعید به وقوع پیوسته است نور آینه گذشته.بنابراین ، هنگامی که فضا و زمان انفکاک‌ناپذیر باشند، به نحوی که نتوان بدون اندیشیدن درباره هر دو مفهوم ، به دیگری فکر کرد، زمان نیز مانند مکانیک کلاسیک به صورت یک بعد در می‌آید و فضا ـ زمان به بعد چهارم تبدیل میشود.
نتیجه گیری و جمع بندی : از دیدگاه علمی به دروازه‌هایی برای یافتن بعد چهارم به کمک زمان رسیدیم که میتوان از جمله آنهاکرم چاله‌ها و سیاه چاله‌ها نام برد.از دیدگاه تخیلی میتوان بعد چهارم را دریچه‌ای برای کشف ماشین زمان یا تونل زمان دانست و با بعد چهارم رویاهای کودکیمان را میتوان حقیقی تر جلوه داد و اما از دیدگاه فلسغی میتوان بعد چهارم را مکانی دانست که خداوند در آنجا حضور دارد و از طریق این بعد بر تمام کائنات احاطه دارد.
مراجع:
-رودی راکر, دنیای شگفت انگیز بعد چهارم, مترجم سید جواد اشرف, نشر آویژه, چاپ اول_زمستان 1375
-استیون هاوکینگ, جهان در پوست گردو, ترجمه محممد رضا محجوب, نشر حریر, چاپ سوم_1384
-مارتین هایدگر, متافیزیک چیست؟, ترجمه سیاوش جمادی,نشر ققنوس, چاپ اول_زمستان313
=========================
پدرم در اومد
جواب بصورت نقل قول