أول قياسات الزمن كانت ملاحظة التغيرات الدورية في الطبيعة باستخدام أنماط التغير من الصباح إلى الليل ومن الفصل للفصل لبناء التقاويم الوسائل الأكثر دقة لتحديد الزمن كالساعات الشمسية والساعات الميكانيكية، جاءت بعد ذلك لوضع الزمن في قوالب مناسبة أكثر. ولكن ما هو الشيء الذي نقيسه حقاً؟ هل الزمن هو شيء له وجود مادي، أو هو موجود فقط في عقولنا؟ في البداية تبدو الإجابة واضحة. بالطبع الزمن موجود؛ وهو ينكشف بشكل دائم من حولنا ومن الصعب تخيل الكون من دونه.
The earliest time measurements were observations of cycles of the natural world, using patterns of changes from day to night and season to season to build calendars. More precise time-keeping, like sundials and mechanical clocks, eventually came along to put time in more convenient boxes. But what exactly is it that we’re measuring? Is time something that physically exists, or is it just in our heads? At first the answer seems obvious— of course time exists; it constantly unfolds all around us, and it’s hard to imagine the universe without it.
ولكن فهمنا للزمن بدأ يتعقد بفضل آينشتاين. نظريته النسبية تخبرنا أن الزمن يمر لأي شخص، ولكنه لا يمر دائماً بنفس المعدل للأشخاص في الحالات المختلفة مثل الذين يسافرون بسرعة قريبة من سرعة الضوء أو يدورون حول ثقب أسود عملاق. طوع آينشتاين الزمن وحل المشكلة بربطه مع المكان ليشكل زمكان والذي يمكن أن ينحني، ولكنه يتصرف بطريقة متسقة وقابلة للتنبؤ.
But our understanding of time started getting complicated thanks to Einstein. His theory of relativity tells us that time passes for everyone, but doesn’t always pass at the same rate for people in different situations, like those travelling close to the speed of light or orbiting a supermassive black hole. Einstein resolved the malleability of time by combining it with space to define space-time, which can bend, but behaves in consistent, predictable ways.
تؤكد نظرية آينشتاين أن الزمن محبوك في نسيج الكون ولكن هناك سؤال كبير لم يحله تماماً لماذا نستطيع أن نسير خلال المكان في أي اتجاه ولكننا نستطيع السير في اتجاه واحد فقط خلال الزمن؟ مهما فعلنا، يبقى الماضي دائماً خلفنا بعناد. وهذا يدعى بسهم الزمن
Einstein’s theory seemed to confirm that time is woven into the very fabric of the universe. But there’s a big question it didn’t fully resolve: why is it we can move through space in any direction, but through time in only one? No matter what we do, the past is always, stubbornly, behind us. This is called the arrow of time.
عندما تسقط قطرة ملون طعام في كوب من الماء، ندرك فوراً أن الملوِن سينتشر تدريجياً من القطرة، حتى يملأ الكوب. تخيل مشاهدة العكس يحدث. في هذه الحالة، سنقول بأن الزمن ينكشف في الاتجاه المعاكس نعيش في عالم، ينتشر فيه ملون الطعام في الماء وليس في عالم يتجمع فيه من الماء.
When a drop of food coloring is dropped into a glass of water, we instinctively know that the coloring will drift out from the drop, eventually filling the glass. Imagine watching the opposite happen. Here, we’d recognize time as unfolding backwards. We live in a universe where the food coloring spreads out in the water, not a universe where it collects together.
يوصف هذا في الفيزياء بالقانون الثاني للديناميكا الحرارية والذي يقول بأن الأنظمة ستكتسب فوضى أو إنتروبيا مع مرور الزمن. تنتقل الأنظمة في عالمنا من النظام إلى الفوضى وهذه الخاصية للكون تُعرِّف اتجاه سهم الزمن.
In physics, this is described by the Second Law of Thermodynamics, which says that systems will gain disorder, or entropy, over time. Systems in our universe move from order to disorder, and it is that property of the universe that defines the direction of time’s arrow.
فإذا كان الزمن هو خاصية أساسية يجب أن يوجد في أكثر معادلاتنا الأساسية التي تصف الكون، أليس كذلك؟ لدينا الآن مجموعتين من المعادلات تغطي الفيزياء. النسبية العامة التي تصف سلوك الأشياء الكبيرة جداً بينما فيزياء الكم تشرح الأشياء الصغيرة. أحد أكبر الأهداف في الفيزياء النظرية خلال نصف القرن الأخير، كانت توحيد النظريتين في نظرية واحدة أساسية " نظرية كل شيء." هناك العديد من المحاولات -لم يتم إثبات أي منها- وهي تعامل الزمن بأشكال مختلفة والغريب أن أحد النظريات المتنافسة تدعى معادلة "ويلر-ديويت" لا يوجد فيها زمن على الإطلاق.
So if time is such a fundamental property, it should be in our most fundamental equations describing the universe, right? We currently have two sets of equations that govern physics. General relativity describes the behavior of very large things, while quantum physics explains the very small. One of the biggest goals in theoretical physics over the last half century has been reconciling the two into one fundamental “theory of everything." There have been many attempts —none yet proven— and they treat time in different ways. Oddly enough, one contender called the Wheeler-DeWitt equation, doesn’t include time at all.
مثل كل النظريات الحالية لكل شيء هذه المعادلة افتراض نظري ولكن كتجربة فكرية، إذا كانت هي أو معادلة شبيهة تفتقر الزمن اتضح بأنها صحيحة، هل سيعني ذلك أن الزمن غير موجود في أعلى المستويات الأساسية؟ هل يمكن أن يكون الزمن هو مجرد وهم بحدود الطريقة التي نرى بها كوننا؟ لا نعلم لحد الآن، ولكن ربما هذه هي الطريقة الخاطئة للتفكير بالأمر بدل السؤال إذا كان الزمن موجود كخاصية أساسية من الممكن أن وجوده هي خاصية طارئة.
Like all current theories of everything, that equation is speculative. But as a thought experiment, if it or a similarly time-starved equation turned out to be true, would that mean that time doesn’t exist, at the most fundamental level? Could time just be some sort of illusion generated by the limitations of the way we perceive the universe? We don’t yet know, but maybe that’s the wrong way of thinking about it. Instead of asking if time exists as a fundamental property, maybe it could exist as an emergent one.
الخواص الطارئة هي الأشياء التي لا توجد في قطع فردية في النظام، ولكنها توجد للنظام ككل. كل جزيء ماء لا يملك مد وجزر ولكن كل المحيط يملك.
Emergent properties are things that don’t exist in individual pieces of a system, but do exist for the system as a whole. Each individual water molecule doesn’t have a tide, but the whole ocean does.
الأفلام تصنع تغير في الزمن باستخدام سلسلة من الصور التي تظهر بتدفق التغير المستمر بينهم. المرور عبر الصور بسرعة كافية يرى عقلنا تغير الزمن من سلسلة صور. لا يتغير إطار واحد في الفلم أو يحتوي على تغير الزمن، ولكنها خاصية تأتي من كيف تلتصق القطع مع بعضها. الحركة حقيقية، ووهم في نفس الوقت. هل يمكن أن يكون فيزياء الزمن هو وهم مشابه؟
A movie creates change through time by using a series of still images that appear to have a fluid, continuous change between them. Flipping through the images fast enough, our brains perceive the passage of time from the sequence of still images. No individual frame of the movie changes or contains the passage of time, but it’s a property that comes out of how the pieces are strung together. The movement is real, yet also an illusion. Could the physics of time somehow be a similar illusion?
ما زال الفيزيائيين يستكشفون هذه والعديد من الأسئلة الأخرى، فنحن بعيدين عن إجابة كاملة-
Physicists are still exploring these and other questions, so we’re far from a complete explanation.
حالياً على الأقل.
At least for the moment.