انتقام جویان یا بازگشت به آینده؛ کدام فیلم، سفر در زمان را درست‌تر به‌تصویر می‌کشد؟

زوميت

بروزرسانی 1399/05/15 - 21:45

انتقام جویان یا بازگشت به آینده؛ کدام فیلم، سفر در زمان را درست‌تر به‌تصویر می‌کشد؟

زوميت/ محققان آزمايشگاه لاس آلموس موفق‌به ساخت سيستم شبيه‌ساز کوانتومي شده‌اند که مي‌تواند بازگشت به گذشته، اعمال تغيير در آن و آثاري را که اين کار روي زمان حال مي‌گذارد، نشان دهد.
مقاله‌ي پيش‌رو بخش‌هايي از فيلم‌هاي سينمايي Back to the Future و Avengers: Endgame را اسپويل مي‌کند
سفر در زمان يکي از جذاب‌ترين مباحثي به‌حساب مي‌آيد که در علم وجود دارد و تاکنون تلاش‌هاي زيادي هم در اين راستا انجام شده. سفر در زمان در دنياي سينما هم وجود دارد و شرکت‌هاي مختلف، آثار باکيفيتي در اين حوزه ساخته‌‌اند تا براساس نظريه‌هاي علمي، اتفاقاتي را که ممکن است پس از سفر در زمان رخ دهند بررسي کنند.

فيلم‌هاي مختلف سفر در زمان، قوانين متفاوتي براي خود تعريف مي‌کنند و در هر کدام از اين فيلم‌ها وقتي شخصيت‌هاي اصلي شروع‌به دست‌و‌پنجه نرم کردن با زمان مي‌کنند، مشکلات متعددي براي‌شان پيش مي‌آيد. اگر تاکنون با خود فکر کرده‌ايد که کدام‌يک از اين فيلم‌ها ممکن است بيشتر از بقيه با واقعيت جور دربيايند، احتمالا مي‌توانيم پاسخي براي اين سؤال پيدا کنيم. براساس آزمايشي که به‌‌تازگي با استفاده از يک دستگاه شبيه‌ساز سفر در زمان کوانتومي انجام شده، واقعيتي که در آن زندگي مي‌کنيم کم و بيش «خودترميم‌شونده» است. اين يعني تغييراتي که در گذشته اعمال مي‌کنيد، به‌شکلي محسوس آينده‌اي را که از آن مي‌آييد متحول نمي‌کند؛ حداقل در قلمروي کوانتومي.

اگر علاقه‌‌مند به دنياي سينما باشيد به‌احتمال زياد مجموعه‌فيلم‌هاي بازگشت به آينده (Back to the Future) را ديده‌ايد. قوانين تعريف‌شده در فيلم بازگشت به آينده اعلام مي‌کنند هرچيزي که در گذشته تغيير مي‌دهيد، مي‌تواند آثار بزرگي روي آينده بگذارد. دقيقا به‌همين دليل است که مارتي مک‌فلاي (شخصيت فيلم) با جلوگيري از ملاقات پدر و مادرش در گذشته، مي‌تواند تقريبا خودش را از آينده پاک کند. به‌علاوه به‌همين دليل است که بف تنن به نسخه‌ي جوان خودش در گذشته دفترچه‌اي حاوي نتايج مسابقات ورزشي براي شرط‌بندي روي آن‌ها را ارائه مي‌دهد تا در آينده ثروتمند شود.

نتايج يک مطالعه نشان مي‌دهد دنيايي که در آن زندگي مي‌کنيم، کم و بيش «خودترميم‌شونده» است
فيلم‌هاي سينمايي ديگر، قوانين نسبتا متفاوتي دارند و به‌گونه‌اي ديگر با اتفاقاتي که پيش مي‌آيد رفتار مي‌کنند. براي مثال در فيلم محبوب انتقام‌جويان: پايان بازي (Avengers: Endgame)، ابرقهرمانان در زمان به گذشته سفر مي‌کنند تا بتوانند نسخه‌هاي سنگ بي‌نهايت (Infinity Stone) را در دوره‌‌هاي زماني مختلف بدزدند و درنهايت ازطريق سنگ بي‌نهايت دوستان‌شان را که محو شده‌اند به زندگي برگردانند (اگر مجموعه‌فيلم‌هاي دنياي سينمايي مارول را نديده‌ايد، آنچه گفتيم براي‌تان بسيار تعجب برانگيز به‌نظر مي‌رسد!). اين يعني شخصيت‌‌هاي داستان مي‌توانند بدون ازبين‌بردن آينده، به گذشته بروند و کارهايي را که در پي انجام دادن آن‌ها هستند، انجام دهند؛ زيرا دنيايي که شخصيت‌هاي داستان در آن زندگي مي‌کنند قابليت‌هايي دارد که براساس آن‌ها مي‌تواند پارادوکس‌هاي يادشده را برطرف کند؛ بدين ترتيب هر دو نسخه از رويدادها اتفاق افتادند بدون اينکه آينده دچار مشکل شود.

از بين فيلم‌هايي که به آن‌ها اشاره کرديم، کدام‌يک قوانين منطقي‌تري دارند؟ درصورتي‌که روزي انسان بتواند به سفر در زمان دست يابد، چه اتفاقاتي خواهد افتاد؟ براساس مطالعه‌اي جديد، مکانيک کوانتومي از اتفاقاتي که در فيلم انتقام‌جويان رخ داد، حمايت مي‌کند.
تمامي اتفاقات به‌نوعي در اثر پروانه‌اي خلاصه مي‌شود؛ طبق قاعده‌ي اثر پروانه‌اي، اتفاقي کوچک در يک سيستم مي‌تواند به عواقب بزرگ منتهي شود. نام اين قاعده از نظريه‌ي آشوب مي‌آيد؛ اين نظريه مي‌گويد پروانه‌اي که در يک گوشه از جهان مشغول تکان دادن بال‌هايش است مي‌تواند باعث ايجاد سلسله‌اي از اتفاقات شود که درنهايت طوفاني عظيم در نقطه‌ي ديگري از جهان ايجاد کند.

البته عبارت «اثر پروانه‌اي» در حوزه‌ي سفر در زمان احتمالا از داستان علمي‌تخيلي نوشته‌شده در سال ۱۹۵۲ توسط ري بردبري (نويسنده‌ي معروف آمريکايي) نشئت مي‌گيرد. بردبري در سال ۱۹۵۲ داستاني تحت عنوان «صداي رعدو‌برق» نوشت که به‌شکلي محسوس مورداستقبال قرار گرفت. بردبري در داستان خود دنيايي را شبيه‌سازي مي‌کند که در آن، سفر در زمان وارد حوزه‌ي توريسم شده و افرادي که علاقه داشته باشند مي‌توانند در سفرهاي توريستي در زمان جابه‌جا شوند. در اين دنيا، صنعت توريسمِ سفر در زمان به‌شکلي محتاطانه کنترل مي‌شود تا روي زمان حال اثر نگذارد. در يکي از سفرها به گذشته‌ي دور،‌ شخصيت داستان از مسير اصليِ تعيين‌شده دور مي‌شود و به‌شکلي تصادفي، پروانه‌اي را مي‌کشد. وقتي که اين شخصيت به زمان خودش برمي‌گردد، اوضاع به‌‌شدت تغيير کرده است.

چگونه مي‌توانيم چنين ايده‌هايي را که در فيلم‌ها و داستان‌ها مطرح مي‌شوند موردآزمايش قرار دهيم؟ از آن‌‌جايي که نمي‌توانيم مستقيما وارد تارديس (در سريال دکتر هو) شويم و با چشم خودمان ببينيم، محققان تلاش مي‌کنند با طراحي سيستم‌هاي مشابه، تا حدي سؤالات را به پاسخ برسانند.

محققان آزمايشگاه ملي لاس آلموس به‌تازگي از رايانه‌‌اي کوانتومي به‌منظور توليد شبيه‌ساز سفر در زمان استفاده کرده‌اند و نتايجي که به دست آوردند تا حدي تعجب‌برانگيز بود. نيکولاي سينيتسين، يکي از محققان مطالعه‌ي انجام‌شده، مي‌گويد:

در رايانه‌ي کوانتومي بدون بروز هيچ‌گونه مشکلي مي‌توان حرکت برعکس در زمان را شبيه‌سازي کرد. همچنين در رايانه‌هاي کوانتومي امکان اجراي يک فرايند به‌صورت برعکس تا رسيدن به گذشته وجود دارد. بنابراين به‌لطف سيستم‌هايي که دراختيار داريم مي‌توانيم عملا ببينيم که اگر در دنياي پيچيده‌ي کوانتومي به گذشته سفر کنيم، آسيبي کوچک به دنيا بزنيم و سپس به حال برگرديم، چه اتفاقي رخ مي‌دهد. ما متوجه شديم درصورت انجام اين کارها، دنياي ما زنده مي‌ماند. اين يعني در مکانيک کوانتوم، هيچ‌گونه اثر پروانه‌اي وجود ندارد.
يک محقق: در مکانيک کوانتوم،‌ اثر پروانه‌اي وجود ندارد
به‌لطف پردازنده‌ي کوانتومي IBM-Q و با استفاده از دروازه‌هاي کوانتومي و شبيه‌سازي دليل بروز اتفاق و آثار ناشي از آن، اعضاي تيم حاضر در آزمايشگاه ملي لاس آلموس موفق‌به ساخت نوعي سيستم پيچيده شدند. اين افراد تمامي اقدامات يادشده را به دو نوع شامل حرکت به سمت جلو يا حرکت به سمت عقب در زمان انجام دادند. سيستم شبيه‌سازي‌شده توسط محققان آزمايشگاه لاس آلموس شامل دو آدم فرضي با نام‌هاي آليس و باب بود که هر يک از آن‌ها داراي يک کيوبيت (Qubit) بودند. کيوبيت را مي‌توان کوچک‌ترين واحد ذخيره‌ي اطلاعات و معياري از مقدار اطلاعات کوانتومي به‌شمار آورد.

در سناريوي طرا‌حي‌شده توسط محققان، آليس کيوبيت خود را در زمان حال، آماده مي‌کند و سپس آن را در زمان به عقب مي‌فرستد. در نقطه‌اي خاص در گذشته، باب در کيوبيت يادشده تغييري کوچک ايجاد مي‌کند. سپس سيستم، زمان را به‌سمت جلو مي‌آورد تا به حال برسد؛ در زمان حال، آليس کيوبيت خود را بررسي مي‌کند.

اينکه در مرحله‌ي بعد چه اتفاقي رخ مي‌دهد، به اين موضوع بستگي دارد که کدام قانون را براي سفر در زمان پذيرفته باشيد. اثر پروانه‌اي مي‌گويد چون کيوبيت موردبحث به متغيرهاي بسيار زيادي وابسته است، دخالت کوچک باب بايد کل سيستم را در هنگامي که به زمان آينده (يا حال، براي آليس) برمي‌گردد متحول کند.

در نمودار بالا، تغييراتي که باب در گذشته‌ي دور در کيوبيت آليس اعمال مي‌کند روي توانايي آليس براي خواندن آن در آينده، اثر نمي‌گذارد

بااين‌حال تيم سازنده‌ي شبيه‌ساز کوانتومي متوجه شدند که اين اتفاق رخ نمي‌دهد. کيوبيت آليس هنگامي که به زمان حال برگشت تقريبا هيچ ‌آسيبي به‌خود نديده بود و آليس توانست داده‌هاي روي آن را بازيابي کند. نکته‌ي جالبي وجود دارد که بايد به آن دقت کنيد. به‌نظر مي‌رسد اين حقيقت که کيوبيت آليس به متغيرهاي بسيار زيادي وابسته است باعث شده اين کيوبيت آسيب خاصي به‌خود نبيند. اطلاعاتِ کيوبيتِ زمان حال، در هم‌بستگي‌هاي کوانتوميِ گذشته‌ي دور مخفي شده بودند. متغيرهاي مختلف کيوبيت همچون تار عنکبوت به يکديگر مرتبط هستند و همين موضوع باعث شده ارتباط بين آن‌‌ها به‌سادگي ازطريق اقدامات ساده‌ي باب در گذشته، مختل نشود.

فيلم انتقام‌جويان: پايان بازي، تصويري درست‌تر از سفر در زمان را دربرابر چشم ما قرار مي‌دهد
نکته‌ي عجيب اين است که هرچه کيوبيت به گذشته‌ي دورتر سفر کند، کل سيستم پيچيده‌تر مي‌شود و درنتيجه‌ي آن، آسيبي که به کيوبيت در اثر رخدادهاي گذشته وارد مي‌شود کاهش پيدا مي‌کند. اين اتفاق ممکن است در نگاه اول براي شما غيرعادي و به‌دور از منطق به‌نظر برسد؛ زيرا هرچه بازه‌ي زماني افزايش پيدا کند، تعداد آيتم‌هايي که در اثر پروانه‌اي شرکت مي‌کنند افزايش مي‌يابد، بدين ترتيب منطق مي‌گويد آثار ناشي از اثر پروانه‌اي بايد در آينده محسوس‌تر باشند. بااين‌حال براساس دلايل مطرح‌شده ازسوي تيم تحقيقاتي آزمايشگاه لاس آلموس، رفتن به گذشته‌ي دورتر، شبکه‌ي قوي‌تري از هم‌بستگي کوانتومي ايجاد مي‌کند. اين شبکه‌ي قوي‌تر مي‌تواند به‌شکلي بهتر از کيوبيت دربرابر آسيب ديدن محافظت کند.

نيکولاي سينيتسين در بخشي از سخنان خود مي‌گويد: «ما متوجه شديم که مفهوم آشوب در فيزيک کلاسيک و مکانيک کوانتومي بايد به‌شکلي متفاوت ياد گرفته و درک شود». اگر بخواهيم نتايج مطالعه‌ي سينيتسين و اعضاي تيمش را به جمع‌بندي منطقي برسانيم تا براي مخاطب عادي بهتر قابل‌درک باشد، مي‌توانيم بگوييم مجموعه‌فيلم‌هاي Back to the Future مبحث سفر در زمان را ازطريق فيزيک کلاسيک موردبررسي قرار مي‌دهند، درحالي‌که Avengers: Endgame به استفاده از مدل کوانتومي روي مي‌آورد. جالب است بدانيد که فيلم انتقام‌جويان، فراهم‌سازي امکان سفر در زمان را با کنترل شخصيت‌هاي داستان روي قلمروي کوانتومي توجيه مي‌کند.

مجموعه‌مقالات سفر در زمان
_ گذري بر فيزيک کوانتوم: سفر در زمان و ورود به ابعاد بالاتر
_ مفهوم سفر در زمان از کجا نشئت مي‌گيرد؟
_ آيا سفر در زمان از نظر علمي امکان‌پذير است؟
_ سفر در زمان: مرز بين واقعيات علمي و روياپردازي کجاست؟
_ سفر در زمان در شرايط خاصي امکان‌پذير است
در نگاه اول، مطالعه‌ي موردبحث ممکن است همچون آزمايشي که با هدف سرگرم‌شدن انجام شده به‌نظر برسد، بااين‌حال اعضاي تيم تحقيقاتي آزمايشگاه لاس آلموس مي‌گويند سيستم شبيه‌سازي‌شده توسط آن‌ها مي‌تواند در دنياي واقعي هم مزيت‌هايي به‌همراه بياورد. امکان ندارد که پردازنده‌اي عادي بتواند از پس اجراي اين شبيه‌سازي بربيايد. بنابراين مي‌توان از سيستم شبيه‌سازي موردبحث به‌منظور فهميدن اين سؤال که «آيا رايانه‌هاي کوانتومي واقعا برپايه‌ي اصول کوانتوم کار مي‌کنند؟» استفاده کرد.

تيم آزمايشگاه لاس آلموس مي‌گويد مي‌توان از سيستم شبيه‌سازيِ توسعه‌داده‌شده توسط آن‌‌ها به‌منظور ساخت پروتکل‌هاي امنيتي جديد براي اطلاعات در سيستم‌هاي کوانتومي استفاده کرد. اگر نسخه‌اي بدجنس از باب در دنياي واقعي بخواهد تغييرات زيادي در کيوبيت ايجاد کند، سيستم مي‌تواند اطلاعات را وارد وضعيتي «درهم‌تنيده» کند تا امکان محافظت از آن‌ها وجود داشته باشد.