فضانورد گنادی پادالکا در سپتامبر 2015 در آخرین سفر خود از ایستگاه فضایی به زمین بازگشت. او ششمین ماموریت خود را در فضا به پایان رسانده بود و رکورد بیشترین زمانِ صرف شده خارج از جو زمین را شکست؛ او در کل 879 روز در فضا بود. پادالکا به دلیل دو و نیم سالی که با سرعت زیاد به دور زمین می‌چرخید، به یک مسافر زمان تبدیل شد و نظریه نسبیت عام انیشتین را در واقعیت تجربه کرد.
وقتی آقای پادالکا از سفر خود بازگشت، متوجه شد که زمان در زمین، یک، چهل و چهارم ثانیه (0.0227 ثانیه) از زمانی که او در فضا تجربه کرده بود جلوتر بود. او به معنای واقعی کلمه به آینده سفر کرده بود.
اگرچه کسری از ثانیه جوان‌تر شدن مسئله چندان قابل توجهی نیست، اما مدال سفر در زمان تا به امروز به او تعلق می‌گیرد. بر خلاف عقاید رایج، سفر در زمان فقط داستان و افسانه نیست. اخترفیزیکدانان کاملا می‌دانند چگونه یک ماشین زمان بسازند و راز آن هم ساختن ماشینی است که خیلی خیلی سریع‌تر از سفینه پادالکا حرکت می‌کند، اما واقعیتی که مانع از انجام این کار می‌شود این است که بشر با تکنولوژی امروزی خود قادر به ساخت چنین ابزاری نیست.
تاریخچه کوتاهی از مطالعات سفر در زمان
تا قرن بیستم اعتقاد بر این بود که زمان کاملا تغییرناپذیر است و سفر در زمان از لحاظ علمی امکان ندارد. این تفکرات نیوتن بود که بر جهان غالب بود، تا زمانی که آلبرت انیشتین وارد میدان شد.
در سال 1905، انیشتین ایده‌های خود را در مورد نسبیت خاص آشکار کرد. محاسبات اینشتین برای توصیف جهان چیزهای زیادی را معرفی می‌کند که یکی از آن‌ها مفاهیم مرتبط با زمان است. مهمترین چیز این است که زمان کشسان است و به سرعت بستگی دارد. یعنی بسته به سرعتِ حرکت یک جسم یا یک شخص، از نظر فردی دیگر، زمان برای آن جسم یا شخص کند می‌گذرد.
در سال 1971، برای آزمایش این موضوع، چهار ساعت اتمی به همراه دو دانشمند، درون یک هواپیما به دور دنیا پرواز کردند و بعد از فرود، با ساعت‌های زمینی مقایسه شدند. اختلاف زمانی بسیار ناچیز بود اما نظریه انیشتین ثابت شد.
فناوری دیگری نیز وجود دارد که نظریه انیشتین را ثابت می‌کند و آن چیزی نیست جز سیستم GPS. بدون نظریه نسبیت عام انیشتین، سیستم GPS که اکنون برای پیدا کردن مسیرها از آن استفاده می‌کنیم کار نمی‌کرد. انیشتین سرعت نور را که با سرعتی حدود 300 هزار کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کند، به عنوان «محدودیت سرعت نهایی» توصیف کرد که در همه جا ثابت است.
ایده نسبیت عام انیشتین در مورد زمان نشان می‌دهد که گرانش هم روی زمان تغییر می‌گذارد و باعث می‌شود کندتر حرکت کند. یعنی در جایی که گرانش ضعیف‌تر است، زمان سریع‌تر می‌گذرد، مانند خلأ وسیع در میان اجرام آسمانی عظیم مانند خورشید، مشتری و زمین.
ماشین زمان ذرات زیراتمی
در واقع، نه تنها سفر در زمان امکان پذیر است، بلکه قبلا هم اتفاق افتاده، اما شبیه فیلم‌های علمی-تخیلی نیست.
سفر در زمان آقای پادالکا به آینده بسیار جزئی است زیرا او فقط با سرعت 27 هزار کیلومتر در ساعت حرکت می‌کرد. درست است که این سرعت در مقایسه با سرعت نور خیلی ناچیز است؛ اما اگر وسیله‌ای بسازیم که بتواند خیلی سریع حرکت کند چه؟ منظور هواپیمای مسافربری که 1000 کلیومتر در ساعت حرکت می‌کند و یا موشک قرن بیست و یکم با سرعت 40 هزار کیلومتر در ساعت نیست، بلکه منظور ماشینی است که می‌تواند با سرعت نزدیک به نور جا به جا شود.
در سطح زیراتمی، این کار انجام شده است. مثلا برخورددهنده هادرونی بزرگ در سرن، ذرات زیر اتمی را به آینده می‌فرستد.
شتاب دهنده ذرات، توانایی به حرکت درآوردن پروتون‌ها با سرعت نزدیک به سرعت نور را دارد؛ سرعتی که در آن، زمان در مقایسه با ناظران انسانی حدود 6900 برابر کندتر حرکت می‌کند.
با توجه به اینکه می‌توانیم ذرات را تقریبا با سرعت نور به طور منظم به حرکت در آوریم، از نظر تئوری، سفر به آینده برای انسان امکان پذیر است. برای فرستادن انسان‌ها به آینده کافیست یک سفینه فضایی بسازیم که می‌تواند نزدیک به سرعت نور حرکت کند.
اگر ما از روی زمین می‌توانستیم افراد آن سفینه را تماشا کنیم، حرکات آن‌ها خیلی آهسته به نظر می‌رسید، در صورتی که برای او همه چیز عادی و نرمال خواهد بود.
اما بین نظریه و واقعیت در این مسئله شکاف بزرگی وجود دارد. سوال اصلی این است که چگونه می‌توانیم بر چالش‌های تکنولوژی غلبه کنیم و در واقعیت یک ماشین زمان بسازیم؟
سفر در زمان در آینده‌ای نه چندان دور
ساخت یک سفینه فضایی سفر در زمان بهترین مکان برای شروع است، اما در حال حاضر موانع زیادی برای انجام این کار سر راه ما وجود دارد. ما به ساخت یک سفینه فضایی که بتواند با سرعت نور حرکت کند، حتی نزدیک هم نشده‌ایم. سریع‌ترین فضاپیمایی که تاکنون ساخته شده، کاوشگر خورشیدی پارکر است که در سال 2018 با مأموریت مطالعه تاج بیرونی خورشید به فضا پرتاب شد. این فضاپیما فقط می‌تواند 0.067 درصد سرعت نور حرکت کند.
مشکل دیگر این است که به حرکت درآوردن یک سفینه با چنین سرعتی مقدار زیادی انرژی می‌خواهد و در حال حاضر تکنولوژی چنین میزان انرژی در دسترس نیست.
اما اطمینان از سلامت انسان‌هایی که در این ماموریت حضور دارند هم دشوار خواهد بود. اول از همه، سفینه باید به اندازه کافی مواد غذایی، آب و دارو حمل کند که برای کل سفر کافی است.
سپس موضوع شتاب مطرح است. برای اطمینان از اینکه مسافر توسط نیرو طاقت فرسا از بین نمی‌رود، سفینه باید به تدریج و پیوسته شتاب بگیرد. در حالی که شتابی به اندازه آنچه ما در زمین احساس می‌کنیم برای مدت طولانی در نهایت باعث می‌شود که سفینه به سرعت نور نزدیک شود، اما سفر طولانی‌تر خواهد شد و میزان سفر به آینده را به حداقل می‌رساند.
برای ساخت چنین ماشینی نیاز به زمان، منابع و هزینه زیادی داریم. اما همین موضوع در مورد آزمایش‌های جاه‌طلبانه دیگر، مانند تشخیص امواج گرانشی و ساخت برخورد دهنده بزرگ هادرون، نیز صدق می‌کند. یک ماشین زمان می‌تواند ابرپروژه علمی بعدی جهان باشد.
مشکل سفر به گذشته
یک اخطار بزرگ برای سفر در زمان وجود دارد، این ماشین برعکس عمل نمی‌کند. در واقعیت، دانشمندان و محققان باید راهی برای دور زدن قوانین فیزیک بیابند تا بتوانند به گذشته سفر کنند.
پارادوکس‌های سفر به گذشته
شکی نیست که اگر می‌توانستیم آزادانه به گذشته سفر کنیم، با پارادوکس‌هایی مواجه می‌شدیم. معروف‌ترین آن «پارادوکس پدربزرگ» است. به طور فرضی می‌توان از ماشین زمان برای سفر به گذشته استفاده کرد و پدربزرگ خود را قبل از لقاح پدرش به قتل رساند و در نتیجه، دیگر احتمال تولد شما وجود ندارد. از لحاظ منطقی شما نمی‌توانید همزمان هم وجود داشته باشید و هم وجود نداشته باشید؛ پس این یک پارادوکس است.
رمان سلاخ خانه شماره پنج که در سال 1969 منتشر شد، روش خلاصی از پارادوکس پدربزرگ را شرح می‌دهد. اگر اراده آزاد وجود نداشته باشد، نمی‌توان پدربزرگ خود را در گذشته کشت. قهرمان رمان، بیلی پیلگریم، فقط می‌تواند به نقاط دیگری از خط زمانی که در آن حضور دارد سفر کند و نه به نقطه دیگری در فضا-زمان، بنابراین حتی نمی‌توانست به کشتن پدربزرگش فکر کند.
جهان در سلاخ خانه شماره پنج با همه چیزهایی که ما در مورد سفر در زمان می‌دانیم سازگار است. قانون دوم ترمودینامیک به خوبی در آن کار می‌کند و هیچ ناسازگاری با نظریه نسبیت انیشتین ندارد. اما با برخی از چیزهایی که ما به آن‌ها اعتقاد داریم، مانند اراده آزاد، ناسازگار است. نداشتن اراده آزاد یعنی می‌توانید گذشته را مشاهده کنید، مانند تماشای یک فیلم، اما نمی‌توانید در اعمال افراد در آن دخالت کنید.
زمان مانند یک رودخانه است
می‌توانیم تصور کنیم که زمان مانند رودخانه‌ای در اطراف یک صخره از هر نقطه‌ای در جهان می‌گذرد. هیچ کس نمی‌داند آینده سفر در زمان چه خواهد بود و تا کنون هیچ مسافر زمان نیامده است که در مورد آن به ما بگوید. آیا ماشین زمان وجود دارد؟ جواب این است که از لحاظ تئوری ساختن ماشین زمان و سفر به آینده امکان پذیر است، اما ما در این نقطه از زمان هنوز توانایی عملی کردن این تئوری را نداریم.