ما هو الزمن وهل يتحرك دائمًا للأمام؟

تخيل الزمن يتراجع. سيكبر الناس بدلًا من أن يكبروا، وبعد حياة طويلة من التجديد التدريجي - ينسون فيها كل ما يعرفونه - سينتهي بهم الأمر كلمحة في عيون آبائهم. هذا هو الزمن كما ورد في رواية لكاتب الخيال العلمي فيليب ك. ديك، ولكن من المثير للدهشة أن اتجاه الزمن يُمثل أيضًا قضيةً يُكافح علماء الكونيات لفهمها.

بينما نفترض أن للزمن اتجاهًا محددًا، لا يعتقد الفيزيائيون ذلك: فمعظم القوانين الطبيعية "قابلة للانعكاس"، ما يعني أنها ستنجح بنفس القدر لو عُرّف الزمن بأنه يسير عكسيًا. فلماذا إذًا يتحرك الزمن دائمًا للأمام؟ وهل سيظل كذلك دائمًا؟

هل للزمن بداية؟

أي مفهوم عالمي للزمن يجب أن يستند في نهاية المطاف إلى تطور الكون نفسه. عندما تنظر إلى الكون، ترى أحداثًا وقعت في الماضي - يستغرق الضوء وقتًا للوصول إلينا. في الواقع، حتى أبسط الملاحظات يمكن أن تساعدنا في فهم الزمن الكوني: على سبيل المثال، حقيقة أن سماء الليل مظلمة. لو كان للكون ماضٍ لانهائي وامتداد لانهائي، لكانت سماء الليل ساطعة تمامًا - مليئة بضوء عدد لا نهائي من النجوم في كونٍ كان موجودًا منذ الأزل.

لفترة طويلة، اعتقد العلماء، بمن فيهم ألبرت أينشتاين، أن الكون ساكن ولانهائي. وقد أظهرت الملاحظات منذ ذلك الحين أنه في الواقع يتمدد، وبمعدل متسارع. هذا يعني أنه لا بد أنه نشأ من حالة أكثر كثافة تُسمى الانفجار العظيم، مما يعني أن للزمن بداية. في الواقع، إذا بحثنا عن ضوء قديم بما يكفي، يمكننا حتى رؤية الإشعاع المتبقي من الانفجار العظيم - إشعاع الخلفية الكونية الميكروي. كان إدراك ذلك خطوة أولى في تحديد عمر الكون (انظر أدناه).

لكن ثمة عقبة، فنظرية النسبية الخاصة لأينشتاين تُظهر أن الزمن نسبي: كلما تحركتَ أسرع بالنسبة لي، مر عليك الزمن ببطء مقارنةً بإدراكي له. لذا، في كوننا المليء بالمجرات المتمددة والنجوم الدوارة والكواكب الدوامة، تتنوع تجارب الزمن: فكل شيء، ماضيه وحاضره ومستقبله، نسبي.

فهل هناك وقت عالمي يمكننا جميعًا الاتفاق عليه؟

خط الزمن الكوني. تصميم: أليكس ميتلمان، كولدكريشن/ويكيميديا، CC BY-SA

اتضح أنه بما أن الكون متماثل في المتوسط ​​في كل مكان، ويبدو متماثلاً في المتوسط ​​في كل اتجاه، فهناك بالفعل "زمن كوني". لقياسه، كل ما علينا فعله هو قياس خصائص إشعاع الخلفية الكونية الميكروي. وقد استخدم علماء الكونيات هذه الخاصية لتحديد عمر الكون، أي عمره الكوني. وتبين أن عمر الكون يبلغ 13.799 مليار سنة.

سهم الزمن

إذن، نعلم أن الزمن بدأ على الأرجح خلال الانفجار العظيم. لكن يبقى سؤالٌ مُلحّ: ما هو الزمن تحديدًا؟

لتوضيح هذا السؤال، علينا النظر إلى الخصائص الأساسية للزمان والمكان. في بُعد المكان، يمكنك التحرك للأمام والخلف؛ وهذا ما يختبره المسافرون يوميًا. لكن الزمن مختلف، فله اتجاه، فأنت تتحرك دائمًا للأمام، وليس للخلف أبدًا. فلماذا إذن يُعد بُعد الزمن غير قابل للانعكاس؟ هذه إحدى أهم المسائل التي لم تُحل في الفيزياء.

لتفسير عدم رجوع الزمن نفسه، علينا إيجاد عمليات في الطبيعة لا رجعة فيها أيضًا. من المفاهيم النادرة في الفيزياء (وفي الحياة!) أن الأشياء تميل إلى أن تصبح أقل "ترتيبًا" بمرور الزمن. نصف هذا باستخدام خاصية فيزيائية تُسمى الإنتروبيا، وهي تُشفر مدى تنظيم شيء ما.

تخيل صندوقًا من الغاز وُضعت فيه جميع الجسيمات في البداية في زاوية واحدة (حالة مُرتبة). بمرور الوقت، ستسعى الجسيمات تلقائيًا لملء الصندوق بالكامل (حالة مُضطربة) - ولإعادة الجسيمات إلى حالتها المُرتبة، سيتطلب الأمر طاقة. هذا أمر لا رجعة فيه. يشبه الأمر كسر بيضة لصنع عجة - بمجرد أن تتمدد وتملأ المقلاة، لن تعود أبدًا إلى شكلها البيضاوي. وينطبق الأمر نفسه على الكون: مع تطوره، تزداد الإنتروبيا الكلية.

للأسف، هذا لن يُنظّف نفسه بنفسه. Alex Dinovitser/wikimedia ، CC BY-SA

اتضح أن الإنتروبيا طريقة جيدة لتفسير اتجاه الزمن. وبينما قد يبدو أن الكون يزداد تنظيمًا لا أقل - من بحرٍ هائج من الغاز الساخن المنتشر بشكل متساوٍ نسبيًا في مراحله الأولى إلى نجوم وكواكب وبشر ومقالات عن الزمن - إلا أنه من الممكن مع ذلك أن يزداد اضطرابًا. ذلك لأن الجاذبية المرتبطة بالكتل الكبيرة قد تجذب المادة إلى حالات تبدو منظمة - مع أن زيادة الفوضى التي نعتقد أنها حدثت لا بد أنها مخفية بطريقة ما في مجالات الجاذبية. لذا، قد يتزايد الاضطراب حتى لو لم نره.

ولكن بالنظر إلى ميل الطبيعة إلى الفوضى، لماذا بدأ الكون بهذه الحالة المنظمة أصلًا؟ لا يزال هذا الأمر يُعتبر لغزًا. يجادل بعض الباحثين بأن الانفجار العظيم ربما لم يكن البداية، بل قد توجد في الواقع "أكوان موازية" يسير فيها الزمن في اتجاهات مختلفة.

هل سينتهي الزمن؟

للزمن بداية، لكن نهايته تعتمد على طبيعة الطاقة المظلمة التي تُسبب تمدده بمعدل متسارع. قد يُؤدي معدل هذا التمدد في النهاية إلى تمزيق الكون، مما يُجبره على الانتهاء بتمزق عظيم؛ أو قد تتحلل الطاقة المظلمة، مما يعكس الانفجار العظيم وينهي الكون بانكماش عظيم؛ أو قد يتمدد الكون ببساطة إلى الأبد.

لكن هل سيؤدي أيٌّ من هذه السيناريوهات المستقبلية إلى نهاية الزمن؟ حسنًا، وفقًا لقواعد ميكانيكا الكم الغريبة، يمكن لجسيمات عشوائية صغيرة أن تنبثق فجأةً من الفراغ - وهو أمرٌ يُرى باستمرار في تجارب فيزياء الجسيمات. جادل البعض بأن الطاقة المظلمة قد تُسبب مثل هذه "التقلبات الكمومية" التي تُؤدي إلى انفجار عظيم جديد، يُنهي خطنا الزمني ويبدأ آخر جديد. مع أن هذا الافتراض بعيد الاحتمال وغير مُرجح، إلا أننا نعرف أنه فقط عندما نفهم الطاقة المظلمة سنعرف مصير الكون.

فما هي النتيجة الأرجح؟ الزمن وحده كفيل بإثبات ذلك.