چگونه تغییر گذشته می‌تواند به پیامدهای جبران‌ناپذیر بینجامد؟

یکی از رایج‌ترین رخدادها در داستان دکتر هو این است که شخصیت‌ها با تغییر یا تلاش برای تغییر گذشته، اتفاق‌های ناگواری را تجربه می‌کردند؛ مانند بسیاری از داستان‌های سفر در زمان، دخالت در رویدادهای گذشته می‌تواند به شکل چشمگیری خطرناک باشد.

در فصل ازدواج ریور سانگ، دوست دکتر هو و معشوقش، ریور سانگ، با شلیک نکردن به دکتر، مسیر تاریخ را تغییر می‌دهد. کارهای ریور سانگ به طور کامل جهان را آشفته می‌کنند. دوره‌های زمانی با یکدیگر پیوند می‌خورند به‌گونه‌ای که شخصیت‌ها خود را در نسخه‌ای از لندن می‌بینند که دارای فناوری عصر ویکتوریایی است اما ماشین‌های پرنده و دایناسور هم در آن وجود دارند. تنها زمانی که ریور متناسب با کارهای مقدر خود پیش می‌رود، جریان عادی زندگی دیده می‌شود.

در واقعیت، فیزیکدان‌ها و فیلسوف‌ها فکر می‌کنند چنین موقعیت‌های تناقض‌برانگیزی رخ نمی‌دهند. به گفته‌ی باراک شوشانی از دانشگاه بروک کانادا، تناقض چیزی نیست که بتوانید ایجاد کنید. بلکه منظور از تناقض یک نظریه، ناسازگار بودن آن است. اگر نظریه باعث ایجاد تناقض شود، بنابراین نمی‌تواند صحیح باشد.

به‌طور کلی روش‌های زیادی برای حل تناقض‌های ناشی از سفر در زمان وجود دارد. برخی جهان‌های موازی و پدیده‌های کوانتومی عجیب و غریب را پیشنهاد می‌دهند و برخی دیگر از مکانیزم‌های تعریف‌نشده برای ایجاد سازگاری منطقی در جهان استفاده می‌کنند. این که کدام راه‌حل صحیح است تا اندازه‌ای به ماهیت زمان و چگونگی عملکرد آن وابسته است: چیزی که فیزیک‌دان‌ها از قطعیت آن فاصله دارند. از سویی، بر اساس فیزیک زمان نمی‌توان موقعیت‌های تناقض‌زا ایجاد کرد.

واضح‌ترین راه‌حل این است که سفر به زمان گذشته ممکن نیست و اگر نتوانیم به گذشته سفر کنیم نمی‌توانیم آن را مختل کنیم. وقتی تجربه‌ی خود از زمان را درنظر می‌گیریم، این مسئله طبیعی به‌نظر می‌آید. زمان تنها در یک جهت حرکت می‌کند. دوشنبه به سه‌شنبه سپس چهارشنبه و در نهایت به کل زندگی‌مان منتهی می‌شود. ما هرگز از سه‌شنبه به دوشنبه بازنمی‌گردیم.

دو توصیف ممکن برای جهت زمان وجود دارد. در درجه‌ی اول، یک طرفه بودن زمان یکی از ویژگی‌های بنیادین جهان است که در ذات اشیا وجود دارد. با این حال این مفهوم در مکانیک کوانتوم یا فیزیک اجسام بسیار کوچک به چالش کشیده شده است. در مقیاس‌های کوانتومی، فرآیندها را می‌توان در هر جهتی هدایت کرد. به گفته‌ی ولاتکو ودرال، فیزیکدان دانشگاه آکسفورد بریتانیا:

اگر بتوانید اتمی را از یک حالت به حالت دیگر برانگیخته کنید، بر اساس مکانیک کوانتوم این کار را می‌توان با ۱۰۰ درصد بازدهی در جهت عکس هم انجام داد. آزمایش‌ها هم درستی این فرضیه را نشان دادند و حداقل همه‌چیز در اصل می‌تواند بازگشت‌پذیر باشد.

از این رو بسیاری از فیزیک‌دان‌ها روش دومی را برای جهت زمان درنظر می‌گیرند: آن‌ها معتقدند زمان پدیده‌ای بنیادی نیست بلکه از پدیده‌های دیگر سرچشمه می‌گیرد. کتی مک، کیهان‌شناس مؤسسه‌ی فیزیک نظری پریمیتر محاسباتی را برای حل این مسئله پیشنهاد می‌دهد. بر اساس این محاسبات نیازی نیست فرضیه‌های فضا یا زمان را درنظر بگیرید و می‌توانید در هر صورت به پاسخ صحیح برسید. او می‌گوید:

شاید فضا و زمان ویژگی‌های برآیند باشند. شاید تا اندازه‌ای وهمی هستند و چارچوبی ریاضی برای جهان وجود دارد که بسیار بنیادی‌تر از فضا و زمان است.

یک توجیه را می‌توان در نظریه‌های لودویگ بولتزمان، فیزیکدان اتریشی جستجو کرد. او به این پرسش علاقه داشت: چرا برخی فرآیندها در دنیای اجسام بزرگی که در آن زندگی می‌کنیم، برگشت‌ناپذیر هستند. برای مثال اگر یک فنجان قهوه را به سختی روی کف زمین بیندازید، می‌شکند اما هرگز نمی‌توان عکس این اتفاق را انتظار داشت. اجسام وقتی زمانی مرتب می‌شوند که انرژی صرف این کار شود. بازکردن گره‌ی هدفون انرژی بیشتری می‌طلبد؛ درحالی‌که برای درهم‌پیچاندن آن‌ها راه‌های بی‌نهایتی وجود دارد.

بولتزمان می‌گوید، بازسازی فنجان قهوه یا بازشدن گره سیم هدفون اساسا غیرممکن نیست، اما بسیار بعید است؛ ‌آن‌قدر بعید که حتی اگر تریلیون‌ها سال صبر کنید، شاهد چنین چیزی نخواهید بود. این اتفاق‌ها بعید هستند زیرا روش‌های زیادی وجود دارد که تکه‌های شکسته‌ی فنجان قهوه بتوانند ازطریق آن‌ها درهم‌ریخته شوند؛ مثلا به‌وسیله‌ی جریان هوا که به ندرت هیچ‌کدام از تکه‌ها را دوباره گردهم جمع می‌کند.

حتی با وجود گذشت چند دهه، تعریف بولتزمان یکی از بهترین توضیحات برای جهت‌گیری زمان است. بازگرداندن اغلب تغییرها در عمل کار دشواری است، بنابراین می‌توان گفت به صورت پیوسته در حال تجربه‌ی حرکت زمان در یک جهت مشخص هستیم.

با این‌حال احتمالا توضیح دقیق‌تری برای پیکان زمان وجود دارد. جهان باید ذاتا از نظر درونی سازگار باشد. سازگاری برای اجتناب از تناقض‌های منطقی، امری ضروری است. در سطح انتزاعی می‌توان جهان را به شکل موجودیتی دربردارنده‌ی فرآیندهای مختلف تصور کرد که با یکدیگر برهم‌کنش دارند. چه راه‌هایی برای اتصال فرآیندها به یکدیگر به تناقض‌های منطقی می‌انجامند؟

به‌طورکلی اتصال فرآیندها در حلقه‌ها به‌طرز مطمئنی به تناقض‌های منطقی منجر می‌شود. بازگشت به گذشته و دخالت در تاریخ نمونه‌ای از چنین حلقه‌ای است. برای مثال مسافر زمان شروری را در نظر بگیرید که تلاش می‌کند از اعتراض رزا پارک جلوگیری کند.

اگر بخواهید از تناقض‌های منطقی جلوگیری کنید، به چیزهایی نیاز دارید که در یک حلقه به یکدیگر وصل نیستند. بلکه به شیوه‌های خطی متصل هستند و هرگز به خود بازنمی‌گردند. پیش‌نیاز اجتناب از حلقه‌های علت و معلولی باعث اعمال محدودیت بر عملکرد زمان می‌شود؛ بنابراین جهت زمان حاصل این محدودیت است که فرآیندها نمی‌توانند با بازگشت به خود یک حلقه را شکل بدهند.

به‌طور خلاصه، احتمالا دو پیش‌نیاز وجود دارند که باعث می‌شوند زمان صرفا در یک جهت جریان پیدا کند: نیاز به سازگاری منطقی و گرایش به فرآیندهای تصادفی برای ایجاد بی‌نظمی بیشتر.

با توجه به این دو نکته نگاهی می‌کنیم به دو نوع تناقض سفر در زمان که هردوی آن‌ها در داستان دکتر هو ظاهر می‌شوند و ببینیم چگونه می‌توان در عمل این تناقض‌ها را حل کرد.

در ابتدا پارادوکس خودراه‌انداز (bootstrap) مطرح می‌شود. این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که چیزی از هیچ یا چیزی خودعلتی به وجود بیایید. فرض کنید یک ماشین زمان همین حالا در اتاق شما ظاهر شود. نسخه‌ی قدیمی‌تری از شما از داخل ماشین زمان بیرون بیایید و اعلام کند متعلق به ده سال آینده است و طرح‌هایی برای ساخت ماشین زمان را به شما بدهد. شما ده سال صرف ساخت ماشین زمان می‌کنید و سپس از آن برای بازگشت به امروز استفاده می‌کنید تا طرح ماشین زمان را به خود بدهید. پرسشی که به وجود می‌آید این است که چه کسی طرح ماشین زمان را ساخته است؟

پارادوکس نگران‌کننده‌تر، پارادوکس هماهنگی است که پاردوکس پدربزرگ هم خوانده می‌شود. این مسئله‌ی آشنا زمانی رخ می‌دهد که شخصی به گذشته برود و یک رویداد کلیدی در تاریخچه‌ی فردی خود را تغییر دهد. برای مثال شخصی پدربزرگش را زمانی که کودک است به قتل می‌رساند و به‌این‌ترتیب تولد او غیرممکن خواهد شد. درنتیجه هیچ‌کسی وجود ندارد که به گذشته بازگردد و پدربزرگش را بکشد و اینجا تناقض به وجود می‌آید.

در فصل اول روز پدر، رز تایلر یکی از همراهان دکتر تلاش می‌کند با بازگشت به گذشته پدرش را از مرگ در کودکی نجات دهد و به‌این‌ترتیب با تغییر تاریخچه‌ی خانوادگی خود نیروهای خطرناکی را آزاد می‌کند.

پارادوکس پدربزرگ برخلاف پارادوکس خودراه‌انداز اجتناب‌ناپذیر است. اگر در واقعیت بتوانید به گذشته سفر کنید، غیرممکن است بتوانید از تغییر چیزی اجتناب کنید. اگر عقلم سلیم داشته باشید که اجداد خود را نکشید، حتی با اعمال تغییرات کوچک در جهان می‌توانید بی‌نظمی‌های بزرگی را به وجود بیاورید؛ اما چگونه می‌توان از این تغییرات اجتناب کرد؟

ساده‌ترین توضیح این است که سفر به گذشته امکان‌پذیر نیست. استیون هاوکینگ در مقاله‌ای در سال ۱۹۹۲ اشاره می‌کند که به‌طور کلی نیازی به نگرانی درباره‌ی پارادوکس‌ها نیست چراکه سفر در زمان اساسا غیرممکن است.

مشکل اینجاست با اینکه سفر به گذشته به نظر بعید و دشوار می‌رسد، به دلیل درک ناقص فیزیک نمی‌توان کاملا آن را حذف کرد و نادیده گرفت. بر اساس تفسیری متفاوت، سفر به گذشته ممکن است اما نمی‌توان چیزی را تغییر داد. به این اصل، اصل خودسازگاری نوویکوف می‌گویند که برگرفته از نام فیزیکدان روسی، ایگو دیمتریویچ نوویکف است که این فرضیه را در مجموعه‌ای از مقاله‌ها در سال ۱۹۹۰ مطرح کرد.

سناریوی دیگری هم وجود دارد. اگر سفر به گذشته امکان‌پذیر شود، می‌توان چیزها را تغییر داد، اما با این کار یک سیر زمانی متفاوت به وجود می‌آید. به جای ایجاد پارادوکس ناقض جهان، جهان دومی با تاریخی متفاوت ایجاد خواهد شد. جهان‌های موازی یکی از سوژه‌های داستان دکتر هو و یکی از رایج‌ترین موضوع‌های پژوهش هستند؛ گرچه برخی نظریه‌های فیزیکی بر وجود آن‌ها دلالت دارند، هنوز شواهد فیزیکی محکمی برایشان به دست نیامده است.

مکانیک کوانتوم در واقع راهی برای وجود جهان‌های موازی ارائه می‌دهد. بر اساس قوانین کوانتومی، یک ذره‌ی زیراتمی کوچک می‌تواند در وضعیتی موسوم به برهم‌نهی وجود داشته باشد. به بیان دیگر ذره در یک موقعیت مشخص قرار ندارد بلکه در مجموعه‌ای از موقعیت‌ها است که هر کدام می‌توانند درست باشند. تنها زمانی که آزمایش‌گر بتوانند ذره را ببیند، وضعیت آن مشخص می‌شود و در نتیجه طیف وضعیت‌های احتمالی به یک وضعیت دچار فروپاشی خواهند شد.

فیزیکدان‌های کوانتومی بر سر چگونگی تفسیر فروپاشی اختلاف دارند. بر اساس تفسیر هاگ ایورت در اواخر دهه‌ی ۱۹۵۰، ذره یک موقعیت واحد را انتخاب نمی‌کند. بلکه هر گزینه‌ی احتمالی در جهانی متفاوت ایفای نقش می‌کند. وقتی ذره‌ای را ببینیم یعنی موقعیت آن را در جهان خود دیده‌ایم، اما ممکن است در جهان‌های دیگر موقعیت متفاوتی داشته باشد. این تفسیر چندجهانی از مکانیک کوانتوم است.

هیچ شواهد فیزیکی مبنی بر وجود جهان‌های دیگر وجود ندارد. با این‌حال دیگر تفسیرهای مکانیک کوانتومی هم مشکلات خاص خود را دارند در نتیجه تفسیر جهان‌های متعدد به قوت خود باقی خواهد ماند. در این صورت راهی برای بازگشت به گذشته و تغییر رخدادها بدون ایجاد پارادوکس وجود دارد. دیوید دیوچ فیزیکدان یکی از اولین ارائه‌کنندگان این نظریه در پژوهش سال ۱۹۹۱ بود. او بر این باور است که اگر به گذشته سفر کنید و چیزی را تغییر دهید، یک جهان دوم موازی با جهان اصلی ایجاد خواهید کرد. در خط زمانی دوم، نسخه‌ی تغییریافته‌ای از تاریخ ایفای نقش می‌کند در حالی که در نسخه‌ی اصلی همه چیز مثل همیشه پیش خواهد رفت. بر اساس این دیدگاه می‌توانید به گذشته سفر کنید ولی نمی‌توانید مجددا به دنیای خود بازگردید.

پژوهشگرها یک گام فراتر رفته‌اند. آن‌ها در پژوهشی در سال ۲۰۲۲ نشان دادند نسخه‌‌ی کوانتومی از سفر در زمان به تعداد نامتناهی از خطوط زمانی منجر نمی‌شود. بی‌نهایت‌ها در واقع علامت اشتباه بودن نظریه هستند. فوریه امسال، نسخه‌ای واقع‌گرایانه‌تر از این مدل منتشر شد که باز هم از پارادوکس‌ها و بی‌نهایت‌ها اجتناب کرده بود. ماه بعد، سناریو با جزئیات بیشتری ارائه شد و نشان می‌داد سناریو می‌تواند به صورت محلی آغاز شود و به تدریج بر کل جهان تأثیر بگذارد.

در نهایت مشخص شد سناریوهای محتمل و متعدد زیادی برای سفر به گذشته وجود دارند. در شرایط فعلی راهی برای آزمایش سناریوهای سفر در زمان وجود ندارد. یافتن پاسخ صحیح نیازمند درک درباره‌ی چگونگی و چرایی جهت زمان است. تا زمانی که شفافیت بیشتری درباره‌ی قوانین جهان نداشته باشیم، نمی‌توانیم از میان ایده‌های سفر در زمان یکی را انتخاب کنیم.