מהי משמעות הזמן על פי חוקי הפיזיקה? האם מסע בזמן אפשרי?

מהו הזמן? מהו הדבר הזה שבורח לנו ומלחיץ אותנו כשהוא "רץ"?

האם ניתן לבנות "מכונת זמן", כמו בסרטי המדע הבדיוני, שתעביר אנשים לעבר או לעתיד?

מסתבר שזה תלוי את מי שואלים… אם הייתם שואלים את אוגוסטינוס הקדוש (שחי במאה הרביעית לספירה) הוא היה עונה לכם: "מהו הזמן? אם איש אינו שואל אותי, אני יודע. אם אני רוצה להסביר זאת למישהו ששואל, אינני יודע".

אם הייתם שואלים את ניוטון, הוא היה מסביר לכם שהזמן הוא מוחלט, כלומר קיים באופן לא תלוי במאורעות המתרחשים בו. במכניקה של ניוטון, כל התהליכים הם הפיכים: אם הם יכולים להתרחש בכיוון אחד של הזמן, הם יכולים להתרחש גם בכיוון ההפוך.

כלומר, אין הבחנה בין "עבר" ו"עתיד"! שני הכיוונים – מהעתיד לעבר, ומהעבר לעתיד – הם שווי מעמד. ואמנם, אם נצלם בווידיאו התנגשות אלסטית בין שני כדורי ביליארד, או את תנועתו של כוכב-לכת סביב השמש, נגלה שהסרט שבידינו ניתן להקרנה מההתחלה לסוף ומהסוף להתחלה מבלי שהתופעה המוקרנת תסתור שום חוק מחוקי הטבע.

אבל התהליכים המוכרים לנו מחיי היומיום בהחלט מבדילים בין "עבר" ו"עתיד": אם נצלם בווידיאו קוביית קרח הנמסה במים חמים והופכת אותם לפושרים, הרי הסרט ההפוך – מים פושרים המתחממים מאליהם בעוד שבאמצעיתם נוצרת לה קוביית קרח מבהיקה – הוא מגוחך בעליל…

החוק האחראי לכך שלרוב התהליכים אין היפוכי זמן נקרא החוק השני של התרמודינמיקה. אם נצלם תהליך לא-הפיך כמו זרימת החום בסרט ונקרין אותו מהסוף להתחלה נוכל מיד להבחין שמשהו לא בסדר. בסרט "ההפוך" שלנו עוגה שתוכנס לתנור חם תצא ממנו קפואה, וכוס של קפה עם חלב תיפרד למרכיביה באופן ספונטאני. החוק השני של התרמודינמיקה מבדיל היטב בין העבר, ההווה והעתיד.

אם הייתם שואלים את איינשטיין, שחולל מהפכה מדעית אדירה בהבנת הזמן, הוא היה מראה לכם על פי תורת היחסות שמדידת הזמן שחלף בין מאורעות שונים תלויה בתנועה של הצופה. שעונים נעים מתקדמים לאט יותר מאשר שעונים נחים! בכך נעלמת מהותו החולפת של הזמן. היקום מתואר כאוסף של מצבים, מימי קדם ועד העתיד הרחוק, שכולם קיימים באותה מידה. הזמן אינו זורם – כל הרגעים קיימים יחד. ה"עכשיו" תלוי במהירות הצופה.

תורת היחסות הראתה שהזמן הוא אחד מארבעת ממדי היקום, לצד שלושת ממדי המרחב.

ובכל זאת יש הבדל עקרוני בין ממדי המרחב והזמן: במרחב יכול אדם לעמוד במקומו או לנוע קדימה ואחורה, בעוד שאין דרך לעמוד בזמן ובוודאי שלא ללכת אחורנית. אם הזמן הוא רק ממד, מדוע אנחנו חווים אותו בצורה כה שונה משאר הממדים?

תורת היחסות הכללית טוענת כי קיים רצף "מרחב-זמן" שניתן לעיקום בגלל קיומם של גופים בתוכו. תפיסה זו מאפשרת קיומן של תופעות שונות, הכוללות בין היתר מעבר בזמן.

תורת הקוונטים, יריבתה ההיסטורית של היחסות, מתייחסת אף היא לשאלה: האם הזמן עובר בעולם התופעות הזעירות? תשובתה של התורה הזאת היא … "כן ולא." אם הייתם שואלים את נילס בוהר, הוא היה מסביר לכם שבתורת הקוונטים חלקיק יכול להימצא בשני מקומות באותו הזמן. רק כשנבצע מדידה "נכריח" את החלקיק להימצא במקום מוגדר! לפי ההיגיון המשונה של תורת הקוונטים, מדידה אינה סתם מגלה תכונה שהייתה קבועה מראש, אלא ממש יוצרת אותה ברגע המדידה. באמצעות המדידה קובעים את מה שהיה בעבר – את ההיסטוריה!


ניסיונותיהם של הפיזיקאים להסביר מדוע קיים "חץ זמן" יקומי, בעל כיוון מועדף, ולא שום חץ דומה במרחב, הביאו ליצירת שתי דעות מנוגדות, שעל פיהן נחלקת הקהילה המדעית כיום לשני מחנות.
הדעה המקובלת על רוב הפיזיקאים היא שחץ הזמן הוא מדומה
. חוקי הטבע עצמם הם סימטריים לחלוטין, ולכן אין הבדל בטבע בין עבר לעתיד. מסיבה כלשהי במפץ הגדול, שהתחיל את היקום, נוצר הזמן עצמו.
הדעה הלא-מקובלת: חץ זמן חלש מתחבא בכל תהליך
. דעה זו היא הרבה יותר נועזת ומטילה ספק בכך שהכוחות היסודיים הם באמת סימטריים בזמן.

תורת המיתרים, תורה שאפתנית המנסה לאחד את תורות הקוונטים והיחסות, מנסה אף להרחיק לכת יותר ולהראות כי בעולמנו אין למעשה מאומה מלבד המרחב-זמן, רק שמספר ממדיו הוא גדול יותר ממה שחשבנו, וכל החלקיקים והכוחות הידועים לנו אינם אלא פיתולים זעירים ביותר של מרחב-זמן רב-ממדי זה.


ומה לגבי השאלה: האם אפשר ליצור באופן מעשי תנאים למסע בזמן של בני אדם?
המסע קדימה בזמן, לעתיד, הוא אפשרי. בטיסה במטוס נוסעים במשך שעות רבות ניתן להתקדם בננו-שניות בודדות. פער זמן משמעותי יותר דורש תנועה במהירות הקרובה למהירות האור או שדה כבידה חזק מאד.
המסע לאחור, לעבר, הרבה יותר מסובך … נצטרך לחכות לתיאוריה מאוחדת בפיזיקה כדי לדעת סופית אם הוא בכלל אפשרי.
עד אז נוכל להתנחם בסרטים…

מקורות:
הרהורים על טבע הזמן בפיסיקה של המאה העשרים ואחת – אבשלום אליצור ושחר דולב
סיינטיפיק אמריקן/האם הפיזיקה המודרנית תעזור לנו לנבא את העתיד?
הזמן – מתוך ויקיפדיה
חץ הזמן – מתוך ויקיפדיה
הזמן, מתוך "פיזיקה – תורות ומושגים", יואב בן-דב

פרדוקסים של מסע בזמן

הגדרות כלליות כניסה למערכת
שינוי גודל גופנים
ניגודיות