آیا برای توصیف جهان فقط به یک ثابت نیاز داریم؟ زمان، و فقط زمان

بر اساس «مدل استاندارد فیزیک ذرات» (Standard Model of Particle Physics)، جهان ما توسط ۲۶ ثابت جهانی (Universal Constants) توصیف می‌شود؛ کمیت‌های فیزیکی‌ای که در سراسر کیهان همواره مقدار ثابتی دارند. از جمله مشهورترین آن‌ها می‌توان به سرعت نور در خلأ (Speed of Light in Vacuum)، ثابت گرانش نیوتن (Newton’s Gravitational Constant)، ثابت پلانک (Planck’s Constant) — که مقیاس آغاز پدیده‌های کوانتومی را تعیین می‌کند — و جرم ذرات بنیادی اشاره کرد.

اما همه این ثابت‌ها از یک جنس نیستند. بیشتر آن‌ها «بی‌بُعد» (Dimensionless) هستند؛ یعنی عدد خالص‌اند و واحد اندازه‌گیری ندارند. برای مثال، جرم ذرات بنیادی معمولاً به‌صورت نسبت‌هایی نسبت به یک مقیاس مرجع، مانند جرم پلانک (Planck Mass)، بیان می‌شود و از این‌رو بی‌بُعد تلقی می‌گردد. در مقابل، تعداد کمی از ثابت‌ها «بُعددار» (Dimensionful) هستند؛ یعنی با واحد اندازه‌گیری بیان می‌شوند، مانند متر بر ثانیه برای سرعت نور.

اینجا دقیقاً همان نقطه‌ای است که یک پرسش قدیمی و مناقشه‌برانگیز در فیزیک مطرح می‌شود: واقعاً چند ثابت بُعددار بنیادی در جهان وجود دارد؟ دو تا؟ سه تا؟ یا شاید… هیچ‌کدام؟

یک پیشنهاد رادیکال از برزیل

اکنون گروهی از دانشمندان برزیلی ادعایی جسورانه مطرح کرده‌اند: برای توصیف فضا-زمان نسبیتی (Relativistic Spacetime)، ما فقط به یک ثابت نیاز داریم. این ادعا بحث‌برانگیز است، زیرا فیزیک‌دانان دهه‌هاست بر سر بهترین راه پیوند دادن فضا-زمان «محلی» با نظریه نسبیت (Relativity) آلبرت اینشتین (Albert Einstein) — که در بیش از یک قرن گذشته بسط داده شده — با یکدیگر اختلاف‌نظر دارند.

به گفته این پژوهشگران، تنها ثابتی که واقعاً به آن نیاز داریم، همان چیزی است که اغلب مردم آن را متغیر می‌دانند: زمان. و البته، همان‌طور که عنوان مقاله به‌طعنه می‌گوید، «زمان نشان خواهد داد» که آیا این ادعای خلاف‌آمد عادت می‌تواند در برابر سخت‌گیری علمی جامعه جهانی فیزیک دوام بیاورد یا نه.

جزئیات پژوهش

این تحقیق در نشریه «نیچر ساینتیفیک ریپورتس» (Nature Scientific Reports) منتشر شده و چهار نویسنده آن همگی از «موسسه فیزیک نظری دانشگاه ایالتی سائوپائولو» (Institute for Theoretical Physics, São Paulo State University) در برزیل هستند.

نویسندگان تأکید می‌کنند که هدف آن‌ها معرفی پاسخ‌های عجیب یا گیج‌کننده جدید نیست، بلکه می‌خواهند نحوه طرح پرسش درباره ثابت‌ها را تغییر دهند. آن‌ها در مقاله خود می‌نویسند: «با در نظر گرفتن فضا-زمان به‌عنوان نقطه آغاز، نشان داده می‌شود که همان واحدهایی که توسط ابزارهای اندازه‌گیری برای ساخت فضا-زمان‌ها تثبیت می‌شوند، برای بیان تمام کمیت‌های قابل مشاهده قوانین فیزیکی تعریف‌شده روی آن‌ها کافی هستند. در نتیجه، تعداد ثابت‌های بنیادی در فضا-زمان‌های نسبیتی برابر با یک است.»

تغییر زاویه نگاه، نه تغییر قوانین

به بیان ساده‌تر، فیزیک‌دانان در جهان روی انواع مختلفی از فضا-زمان‌ها کار می‌کنند. بنابراین شاید منطقی باشد که هر بحثی درباره ثابت‌ها، از مشخص‌کردن دقیق همان فضا-زمانی آغاز شود که قرار است مطالعه شود. وقتی این کار انجام شود، تعداد ثابت‌های لازم به‌طور طبیعی «پایدار» می‌شود، زیرا این ثابت‌ها از ابتدا در فرآیند تعریف و ساخت آن فضا-زمان حضور داشته‌اند.

در فیزیک، همان‌طور که در ریاضیات بی‌نهایت بُعد وجود دارد، انواع گوناگونی از فضا-زمان‌ها (Spacetimes) نیز مطرح هستند. برخی از آن‌ها مستقیماً به شرایط واقعی جهان ما مربوط می‌شوند، و برخی دیگر صرفاً ابزارهای ذهنی و نظری‌اند که به فیزیک‌دانان کمک می‌کنند به ایده‌ها و درک‌های جدید دست یابند.

وقتی همه‌چیز تثبیت شد، فقط زمان می‌ماند

پس از آن‌که متغیرهای لازم برای مطالعه یک نوع خاص از فضا-زمان تثبیت شد، به گفته این پژوهشگران فقط یک پرسش اساسی باقی می‌ماند: زمان.

اندازه‌گیری استاندارد زمان و اختراع ساعت‌ها، زیربنای بخش بزرگی از زندگی مدرن را ساخته است: از حمل‌ونقل عمومی و صنعت گرفته تا ورزش‌های جهانی و ناوبری. با این حال، زمانی که ما روی زمین اندازه می‌گیریم، لزوماً ارتباط مستقیمی با زمان در نقاط دیگر کهکشان ندارد. به‌هرحال، ما دائماً در معرض نور ستارگانی هستیم که میلیاردها سال پیش گسیل شده‌اند.

زمان، مطلق نیست

کتاب «کتاب کوچک زمان» (Little Book of Time) که در سال ۲۰۱۷ منتشر شد، این موضوع را چنین خلاصه می‌کند: «مفهوم فضا-زمان نسبیتی، بنیادی‌ترین عنصر در ساختار فیزیک مدرن است. اندازه‌گیری زمان دیگر مطلق نیست، بلکه طبق نظریه نسبیت خاص (Special Relativity)، به مسیر طی‌شده وابسته است.»

آینده چه می‌گوید؟

شاید در سال ۲۰۲۶ و فراتر از آن، سودمندتر باشد که به‌جای جدل بر سر تعداد ثابت‌ها، فیزیک‌دانان خود را با کسانی مقایسه کنند که «روی همان مسیر فضا-زمانی» حرکت می‌کنند — و شاید حتی بتوان زمان را از فهرست ثابت‌های بحث‌برانگیز کنار گذاشت.

در نهایت، اگر این دیدگاه جدید درست باشد، ممکن است درک ما از بنیان‌های فیزیک ساده‌تر، منسجم‌تر و در عین حال عمیق‌تر شود؛ جایی که کل جهان، با همه پیچیدگی‌هایش، تنها با یک معیار سنجیده می‌شود: زمان.