بررسی علمی آنتروپی و زمان وارونه در تنتِ نولان

برترین‌ها: احتمالاً اگر تاکنون ساخته جدید کریستوفر نولان را ندیده‌اید در مورد آن زیاد شنیده‌اید. TENET یا انگاشته محصول سال ۲۰۲۰ است که بعد از دیدن آن تا ساعاتی هر اتفاقی را در ذهن خود تفسیر می‌کنید که آیا واقعاً در حال حاضر رخ داده است یا قرار است در آینده اتفاق بیفتد یا اتفاق افتاده و شما تنها ناظر آن هستید.

«تنت/ tenet» یازدهمین فیلم بلند سینمایی کریستوفر نولان، فیلمساز مشهور آمریکایی است. «تنت» اولین فیلم مهم هالیوود بود که در میان همه‌گیری ویروس کرونا در سینما‌ها اکران شد. کارگردان آمریکایی با خصلت جاه‌طلبانه خود در این فیلم بازهم سراغ مقوله‌ای در فیزیک یعنی قانون دوم ترمودینامیک رفته است. قانون دوم ترمودینامیک بیان می‌کند که در یک پروسه طبیعی ترمودینامیکی جمع آنتروپی تک‌افتاده (ایزوله) سیستم‌های شرکت‌کننده در آن پروسه، همواره با گذشت زمان افزایش می‌یابد، (تن‌ها اگر در شرایط ایده‌آل حالت دایمی، یا تحت فرایند برگشت‌پذیری قرار داشته‌باشد، ثابت می‌ماند). به بیان دیگر هیچ پروسه ترمودینامیکی وجود ندارد که با گذشت زمان با افزایش آنتروپی همراه نباشد.

این افزایش آنتروپی برابر است با افزایش اتلاف انرژی، (و سازگار با فرایند برگشت‌ناپذیر و اصل نابرابری گذشته و آینده). حال باید گفت که آنتروپی چیست؟

در ترمودینامیک به میزان گرمایی که در یک دمای معین به جسم یا از جسم منتقل می‌شود، آنتروپی گفته می‌شود. آنتروپی یک مفهوم بسیار حیاتی در علم فیزیک و شیمی است و پدیده‌های فراوانی را توضیح می‌دهد. به‌عنوان مثال، حل شدن رنگ در آب، ذوب شدن یخ و خارج شدن هوا از سوراخ لاستیک خودرو را در نظر بگیرید، توضیح تمام این وقایع ریشه در مفهوم آنتروپی دارند؛ با این حال، فهم آنتروپی آ‌ن‌قدر هم ساده نیست و گاهی گیج‌کننده به نظر می‌رسد. این چرخه غیر ساده در علم فیزیک به اثر نولان هم راه یافته است تا جایی که مخاطبان بعد از تماشای آن به هزارتویی تامل برانگیز وارد می‌شوند. «تنت» بعد از اکران، مخاطبان خود را به دو دسته مخالف و موافق تقسیم کرد.

TENET یا انگاشته محصول سال ۲۰۲۰ است که بعد از دیدن آن تا ساعاتی هر اتفاقی را در ذهن خود تفسیر می‌کنید که آیا واقعاً در حال حاضر رخ داده است یا قرار است در آینده اتفاق بیفتد یا اتفاق افتاده و شما تنها ناظر آن هستید.

سفر در زمان آرزوی دیرینه بسیاری بوده و در کتاب‌ها و داستان‌های زیادی از این مفهوم برای جذابیت داستان استفاده شده است. آقای نولان نیز در نگاه اول از این مفهوم برای جذابیت داستان خود استفاده کرده است، اما مانند دیگر ساخته‌هایش رنگ و بوی علمی فیلم باعث شده بیننده TENET را چیزی فراتر از یک فیلم صرفاً تخیلی نظاره کند. سوالی که در ابتدا ذهن بیننده را درگیر می‌کند، این است که اگر سفر در زمان رخ داده است چرا حرکت افراد در این رفت و آمد وارونه می‌شود؟ چرا گلوله‌ای که باید رها شود دریافت می‌شود و صحنه‌هایی از این قبیل که شاید باعث شود در حین دیدن فیلم احساس سردرد کنید. این دقیقاً مفهومی است که TENET در حال نمایش آن است، «وارونگی» یا Inversion. در این مطلب سعی می‌کنیم پیچیدگی‌های علمی فیلم را توضیح دهیم و امیدواریم این مطلب بتواند کمی از سوالات ذهن شما بعد از دیدن فیلم را کم کند.

زمان چیست؟

از دیرباز نسبیت عام و مکانیک کوانتوم در تعریف مفهوم زمان با یکدیگر ناسازگار بوده‌اند و تا کنون این تعریف که زمان یک توهم است در این جدال شانس زیادی برای برنده شدن دارد.

برای نولان نیز این جدال محققین بر سر مفهوم زمان جذاب بوده است و در آثار خود نظریات مختلف آن‌ها را نمایش داده است. ویژگی که می‌توان حداقل از دو اثر اخیر آن درک کرد، این است که در یکی از آثارش سوی طرفدران نسبیت عام را بر سر بحث زمان گرفته و در دیگری جبهه را به سمت طرفداران مکانیک کوانتوم منتقل کرده است. در ادامه بررسی می‌کنیم که از نظر این دو دیدگاه زمان چه مفهومی دارد.

زمان از دیدگاه نسبیت عام

از نظر نسبیت عام و آلبرت اینشتین زمان یک کمیت نسبی است که مقدار آن بستگی به سرعت و گرانش دارد. همانگونه که در فیلم «میان ستاره‌ای» (Interstellar) ساخته دیگر نولان نیز به خوبی این مفهوم نمایش داده شده بود. در این فیلم برای قهرمان داستان که در سفر خود به مکان‌هایی با گرانش قوی حرکت می‌کند گذشت زمان کند می‌شود و وقتی او به زمین بازمی‌گردد هنوز پدر جوانی است که دخترش دوران کهنسالی خود را می‌گذراند. این مفهوم در نسبیت عام به پارادوکس دوقلو‌ها نیز معروف است.

صحنه‌ای از فیلم میان ستاره‌ای قبل از سفر قهرمان فیلم به نزدیکی سیاهچاله

زمان از دیدگاه کوانتومی

این در حالی است که در کوانتوم مکانیک زمان یک امر مطلق است و با ابعاد فضا مانند نسبیت ظاهر نمی‌شود. اندازه‌گیری در مکانیک کوانتومی زمان را به عنوان یک کمیت برگشت‌ناپذیر معرفی می‌کند.

بسیاری از فیزیکدانان معتقدند که بر اساس کوانتوم مکانیک عالم نامشخص است و این بیان به مفهوم جهان‌های موازی منجر می‌شود. این مفهومی است که نولان در TENET نیز نمایش می‌دهد. بر اساس مکانیک کوانتومی فرض کنید شما دو انتخاب کاپوچینو و نسکافه برای نوشیدن دارید، این همان اتفاقی است که در اندازه‌گیری توسط مکانیک کوانتومی می‌افتد. در یک جهان شما کاپوچینو دارید و در جهان دیگر شما نسکافه و این دو جهان کاملاً از هم جدا هستند. در واقع از نظر کوانتوم مکانیک عالم گونه‌های متفاوتی دارد که احتمال رخداد هر یک وجود دارد و نظریه جهان‌های موازی از اینجا ناشی می‌شود.

از نظر فیلم TENET نظریه جهان‌های موازی درست است و بیان می‌کند اگر در مکانیک کوانتوم و در یکی از جهان‌ها اندازه‌گیری رخ دهد که شما در آن مکان حضور داشته باشید در این حالت خودتان را در جهان‌های دیگر نیز مشاهده می‌کنید. به همین سادگی!

این موضوع در صحنه‌ای از فیلم TENET نیز مشاهده می‌شود که در آن قهرمان فیلم Oslo می‌خواهد وارد درب فلزی دوار که وارونگی اتفاق می‌افتد شود و به او گفته می‌شود که قبل از وارد شدن به ماشین حتماً باید خودش را در دنیای موازی سمت دیگر ببیند، زیرا در این صورت احتمال اینکه در زمان گم شود افزایش پیدا می‌کند.

نظریه جهان‌های موازی در TENET

در TENET شما وارونگی زمان برای اجسامی که در زمان عقب رفته‌اند مشاهده می‌کنید در حالی که بقیه اجزا مسیر خطی خود را دارند. در حقیقت همانطور که در فیلم نیز بیان می‌شود «تو وارونه شده‌ای، جهان وارونه نشده!»، اما با توجه به این مفهوم که زمان در مکانیک کوانتومی مطلق است و برگشت پذیر نیست این موضوع در TENET چگونه رخ داده است؟ آنتروپی.

آنتروپی در TENET چه نقشی دارد؟

به صورت خیلی ساده آنتروپی درجه بی نظمی در هر سیستمی است که با گذشت زمان افزایش می‌یابد. بر اساس قانون دوم ترمودینامیک، آنتروپی هیچگاه کاهش نمی‌یابد و تنها یا افزایش یافته و یا ثابت می‌ماند. به همین دلیل چیزی تحت عنوان زمان که ما درک می‌کنیم در واقع تغییر آنتروپی سیستم است.

در TENET، سفر در زمان در حقیقت به معنای کاهش آنتروپی است. یعنی اگر آنتروپی کاهش یابد شما اینگونه درک می‌کنید که در زمان عقب رفته‌اید.

به همین دلیل است که TENET سفر در زمان نیست بلکه وارونگی زمان با استفاده از کاهش آنتروپی است. نولان در بُعد فیزیکی و علمی این فیلم از مشورت‌های «کیپ تورن» (Kip Thorne)، فیزیکدان و برنده جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۱۷ مانند فیلم میان ستاره‌ای، کمک گرفته است.

در فیلم TENET زمان و آنتروپی به عنوان یک مفهوم معادل به کار رفته‌اند. به همین دلیل است که مانند باقی آثار که سفر در زمان را نشان می‌دهند در این فیلم شخصیت فیلم نمی‌تواند در لحظه به عقب برگردد، بلکه باید برای یک هفته عقب رفتن در زمان، یک هفته را به صورت برعکس زندگی کند.

روند معکوس شدن آنتروپی در فیلم توسط درب‌های فلزی بزرگ گردان صورت می‌گیرد و به همین دلیل است که بعد از خروج از درب قهرمانان باید ماسک بزنند، چون در این روند معکوس آن‌ها به جای اینکه اکسیژن را استنشاق کنند آن را از ریه‌های خود خارج می‌کنند و در تنفس دچار مشکل می‌شوند و یا به دلیل همین دنیای معکوس آتش برای قهرمان داستان به یخ تبدیل می‌شود و یا مکالمات وارونه می‌شوند.

در فیلم TENET و در جهان وارونه اکسیژن به جای استشاق از ریه خارج می‌شود

در دنیای وارونه آن‌ها آنتروپی در حال کاهش است در حالی که برای ساکنان همان زمان عالم به طور خطی است و آنتروپی در حال افزایش است.

ماده و پاد ماده در فیلم TENET

در فیلم TENET از نظریه «فاینمن و ویلرز» (Feynman & Wheeler) برای توضیح مفهوم آنتی ماده یا پاد ماده استفاده شده است. براساس این نظریه پاد ماده در حقیقت ماده‌ای است که در زمان وارونه شود. یعنی اگر الکترون معکوس شود پوزیترون تشکیل می‌شود این جمله‌ای بود که یکی از قهرمانان داستان «نیل» (Neil) برای توضیح وارونگی به کار برد.

طبق نظریه فاینمن و ویلرز، پوزیترون الکترونی است که در دنیای وارونه حرکت می‌کند

یک داستان علمی تاریخی وجود دارد که یک شب ویلرز این ایده را با فاینمن مطرح کرد که تنها یک الکترون در عالم وجود دارد و بعد‌ها فاینمن این نظریه را اینگونه تفسیر کرد که یک الکترون در عالم با حرکت به عقب و جلو الکترون‌های دیگر و کل عالم را تشکیل داده است و منشاء عالم همان یک الکترون است.

بدین ترتیب و با در نظر گرفتن این نظریه هر بار که در فیلم TENET افراد وارونه می‌شدند یک آنتی ماده از آن‌ها به وجود می‌آمد و شما در صحنه‌ای از فیلم نبرد Oslo (یکی دیگر از قهرمانان فیلم) را با خودش مشاهده کردید که یکی از آن‌ها ماده بود که در زمان به جلو حرکت می‌کرد (آنتروپی در حال افزایش) و دیگری آنتی ماده بود که در زمان به عقب (آنتروپی در حال کاهش) حرکت می‌کرد.

آیا TENET از نظر علمی یک اثر دقیق است؟

خب مسلماً اینگونه نیست و همان طور که تاکنون روی این فیلم از نظر علمی نقد‌های زیادی شده است باید به خاطر داشت علم نیز تبین و تفسیر ما از اتفاقات اطراف‌مان است و نمی‌توانیم به صورت مطلق یک پدیده را تایید یا نفی کنیم.

ولی اولین سوالی که به ذهن کسانی که فیلم را دیده‌اند می‌رسد این است که آیا می‌توان با وارونه‌سازی جریان آنتروپی برای یک شی یا شخص باعث شد حرکت زمان معکوس شود؟ دکتر «هارلند-لانگ» (Harland-Lang) فیزیکدان ذرات از دانشگاه آکسفورد، اعتقاد دارد که این اتفاق نمی‌افتد. اما او توضیح می‌دهد که اگر تصور کنیم چنین اتفاق و چنین جهانی وجود داشته باشد فیلم TENET می‌تواند جواب سوالات و تجربیات جالبی در مورد زمان را بدهد.

قطعاً این موضوع هنوز جای سوال است که آیا آنتروپی به طور شهودی تصوری طبیعی از زمان را می‌دهد؟ آیا آنتروپی به طور مستقیم با آنچه ما از زمان درک می‌کنیم مطابقت دارد؟ و حتی اگر اینگونه باشد و زمان و آنتروپی به این صورت به یکدیگر گره خرده باشند با این وجود چیزی به نام زمان وجود دارد و به جلو می‌رود؟

این سوال ما را به ایده آنتروپی و جهت بردار زمان می‌رساند. اگر در زمانی گم شویم و ندانیم که زمان به کدام جهت جریان دارد، می‌توان جهت آن را با مشاهده آنتروپی تشخیص داد. جهتی که در آن آنتروپی افزایش می‌یابد همان جهتی است که زمان به سمت جلو جریان دارد. همچنین، چون از نظر ما نشانه‌های جلو رفتن زمان چیز‌هایی مثل پیر شدن، تغییر فصل و ... است و این موارد در نتیجه تغییر آنتروپی ایجاد می‌شوند، جدا کردن دو کمیت زمان و آنتروپی سخت است و برای ما هر دو کمیت یک کمیت واحد به نظر می‌رسند.

همانطور که فیلم میان ستاره‌ای قصد داشت به طور دقیق نشان دهد که یک شخص چگونه می‌تواند از یک سیاه چاله عبور کند Tenet نیز می‌خواهد نشان دهد که یک شخص به طور معکوس در طول زمان چگونه حرکت می‌کند. این ایده منجر به خلق صحنه‌های جذاب جنگیدن یک شخص با خودش و گاهی حیرت بیننده از آن چه در فیلم رخ می‌دهد شده است.

صحنه‌های یخ زدن چیزی که ما آن را در دنیای خطی آتش می‌نامیم یا جنگیدن فرد به عنوان ماده با خودش به عنوان پادماده می‌تواند سوالات و ایده‌های جذابی را چه از لحاظ علمی و چه از لحاظ فلسفی برای مخاطب به همراه داشته باشد هر چند از نظر بعضی TENET به اندازه فیلم میان ستاره‌ای از لحاظ نمایش جنبه‌های گوناگون علمی قوی عمل نکرده است، اما نتیجه بودجه ۲۳۰ میلیون دلاری فیلم آنقدر هم بد نیست.