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.
اولین سنجش زمان، مشاهده چرخههای جهان طبیعی بود، که با استفاده از الگوهای تغییر روز به شب و فصل به فصل تقویمها را تهیه میکردند. اندازه گیری دقیقتر زمان مانند ساعت آفتابی و ساعتهای مکانیکی تا جایی پیش رفت که در نهایت زمان را در قالب مناسبتری قرار دادند. اما ما دقیقاً داریم چه چیز را اندازه گیری میکنیم؟ آیا زمان از نظر قوانین طبیعت وجود دارد یا صرفاً چیزی در ذهن ماست؟ درابتدا پاسخ واضح به نظر میرسد - البته که زمان وجود دارد؛ دائماً در اطراف ما اتفاق میافتد، و تصور جهانی بدون آن بسیار دشوار است.
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.
اما درک ما از زمان به واسطه انیشتین پیچیده شد. نظریه نسبیت او میگوید که زمان برای همه میگذرد اما همیشه برای افراد در موقعیتهای گوناگون به یک سرعت سپری نمیشود، مثلا برای کسانی که با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت میکنند یا درحال چرخیدن به دور یک ابر سیاهچاله هستند. انیشتین انعطاف پذیری زمان را با ترکیب آن با فضا حل کرد تا فضازمان را تعریف کند، که میتواند خم شود اما به روشی پایدار و قابل پیشبینی رفتار میکند.
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.
نظریه اینشتین ظاهراً تایید میکند که زمان در ساختار عالم تنیده شدهاست. اما پرسش بزرگی وجود دارد که این نظریه نتوانسته آن را پاسخ دهد: چرا ما میتوانیم در فضا در هر مسیری حرکت کنیم اما در زمان تنها در یک مسیر؟ صرف نظر از اینکه چه میکنیم، گذشته همیشه پشت سر ماست. به این بردار زمان میگویند.
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.
وقتی یک قطره از رنگ خوراکی در یک لیوان آب میافتد، طبیعتاً میدانیم که رنگ از قطره پخش میشود و در نهایت لیوان را پر میکند. برعکس این اتفاق را تصور کنید. اینجا، زمان وارونه طی خواهد شد. ما در عالمی زندگی میکنیم که در آن رنگ خوراکی در آب پخش میشود نه جهانی که در آن ذرات رنگ خوراکی با هم جمع شوند.
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.
در فیزیک این اتفاق با عنوان قانون دوم ترمودینامیک توصیف میشود که میگوید سیستمها در طول زمان بینظمی یا انتروپی دریافت میکنند. سیستمها در جهان ما از نظم به بینظمی انتقال مییابند، و این خاصیت جهان است که مسیر بردار زمان را تعریف میکند.
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.
بنابراین اگر زمان این چنین خاصیت بنیادی است باید در بنیادیترین معادلات ما که عالم را توصیف میکند وجود داشتهباشد، درست است؟ در حال حاضر دو معادله داریم که فیزیک را کنترل میکند. نسبیت عمومی، رفتار اشیاء بزرگ را توصیف میکند، درحالی که فیزیک کوانتوم اشیاء خیلی کوچک را بررسی میکند. یکی از بزرگترین اهداف فیزیک نظری در طول نیمقرن گذشته تطبیق دادن این دو به یک «نظریه اساسی همه چیز» بوده است. تلاشهای زیادی انجام شدهاست - هیچ کدام هنوز اثبات نشدهاند - و به طور متفاوت به زمان میپردازند. عجیب است، یک مدعی به نام معادله ویلر دوویت اصلا شامل زمان نمیشود.
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.
مانند همه نظریههای رایج درباره همه چیز، آن معادله فرضی است. اما به عنوان یک آزمایش استدلالی اگر این معادله یا معادله فاقد زمان مشابه درست از آب دربیاید، آیا این به معنای آن است که در ابتداییترین سطح زمان اصلا وجود ندارد؟ آیا زمان تنها نوعی وهم است که زاییدۀ محدودیتهایی است که در درک جهان داریم؟ ما هنوز نمیدانیم، اما شاید این روش برای تفکر درباره آن اشتباه باشد. به جای پرسیدن آنکه آیا زمان به عنوان یک خاصیت بنیادی وجود دارد یا نه، شاید آن یک خاصیت نوخاسته باشد.
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.
خواص نوخاسته چیزهایی هستند که به صورت قسمتهای مجزای یک مجموعه وجود ندارد اما در یک مجموعه به صورت منسجم موجود هستند. هر مولکول آب یک جزر و مد ندارد، بلکه کل اقیانوس جزر و مد دارد.
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?
یک فیلم در زمان توسط رشته تصاویر ساکن خلق میشود تا یک جریان متغیر و مستمر بین آنها ایجاد شود. وقتی این تصاویر را با سرعت ورق بزنیم، ذهن ما گذر زمان را از این رشته تصاویر درک میکند. هیچ کدام از صحنههای فیلم به تنهایی باعث تغییر گذر زمان نمیشوند یا حاوی آن نیستند، بلکه این خاصیتی است که در نتیجه روش به دنبال هم آمدن هر قطعه بوجود میآید. حرکت واقعی است، در عین حال هم یک توهم. آیا فیزیک زمان هم به نوعی یک وهم مشابه است؟
Physicists are still exploring these and other questions, so we’re far from a complete explanation.
فیزیکدان ها همچنان در حال بررسی این پرسشها و پرسشهای دیگر هستند، بنابراین از توضیح کامل آن دور هستیم.
At least for the moment.
حداقل در این لحظه.