«زمان» به ظاهر پدیده عادی و معمولی است. این عادی بودن آن‌قدر بدیهی به‌نظر می‌رسد که در تمام تاریخ، تا همین ۱۰۰ سال پیش، حتی درخشان‌ترین و تیزبین‌ترین اذهان بشری، از طبیعی‌دانان و ریاضی‌دانان گرفته تا فلاسفه و الهی‌دانان، تقریبا هیچ‌کس زمانش را بابت فکرکردن درباره «زمان» تلف نکرده‌بود!
هرچند الهی‌دانان و مذهبیون قدیم، معتقد بودند خداوند جهان و هرچه در او هست (غیر از انسان) را در شش روز خلق کرده، یعنی برای عالم نقطه شروع درنظر می‌گرفتند، اما هیچ‌وقت کسی این مفهوم را به‌چالش نکشید یا درک به چالش کشیدن آن را نداشت.
اگر بخواهیم دقیق‌تر بگوییم، پیروان ارسطو و دو هزار سال بعد از آنها کوپرنیک، در کتابش (درباب افلاک - انقلاب کرات آسمانی) فرضیاتی درباره مطلق‌بودن زمان داشتند. همچنین لازم به ذکر است که نیوتون راجع به مطلق‌بودن فضا و زمان، شک‌هایی کرد‌بود اما او هم مانند بقیه در زمان صورت‌بندی مطالعاتش در اصول (کتاب «اصول ریاضی فلسفه طبیعی» که به اختصار Principia نامیده می‌شود) این مفاهیم را مطلق درنظر گرفته‌بود و از آن گذر کرده‌بود!
فضا و زمانِ مطلق، درحقیقت به معنی وجود یک دستگاه مختصات مرجحِ مرجع است. در این دستگاه، فضا و زمان هیچ نسبتی با هم ندارند. فضا یک دستگاه مختصات ۳ بعدی است که طول و عرض و ارتفاع یک نقطه نسبت به یک مرجع را اندازه می‌گیرد و زمان هم با یک ساعت اندازه‌گیری می‌شود که صرفا به جلو می‌رود. نگاهی به نوشته‌های دانشگران پس از عصر روشنگری (از قرن شانزدهم به بعد) مانند گالیله، لایبنیتس، نیوتن، اویلر، بارکلی، گاوس، لاپلاس، ماکسول، بولتزمان، ماخ و … نشان می‌دهد که انگار آنها می‌فهمیدند که این مفهوم فضا و زمانِ مطلق، همچین چیز سر و صاحب‌داری نیست و یک جای کار می‌لنگد، اما ظاهرا آن‌قدر سرگرم پدیده‌های دیگر شده‌بودند که ترجیح می‌دانند فعلا سراغ بحثی که بیشتر فلسفی بود تا فیزیکی، نروند.
چالش فضا و زمان مطلق
توجه جدی و به‌چالش کشیدن مفهوم زمان مطلق را نخستین‌بار آلبرت انیشتین آغاز کرد. نظریه نسبیت خاص، تمامی تصورات پیش‌پا افتاده و ساده‌انگارانه قبلی نسبت به زمان را برباد داد. در اواخر قرن نوزدهم، با بالارفتن دقت‌های مهندسی، دستگاه‌هایی ساخته‌شده و آزمایش‌هایی مطرح شده‌بود که نتایج آنها با دانش آن روز نمی‌خواند. جالب اینکه بعضی از فیزیک‌دانان و ریاضی‌دانان وقت، تصور می‌کردند که فیزیک، با کارهای نیوتون در زمینه حرکت و گرانش و کارهای ماکسول و دیگران در زمینه الکترومغناطیس، دیگر به انتهای خود رسیده و کار جدی دیگری برای انجام، باقی نمانده (اینجا را بخوانید). اما درست در همان زمان اتفاقاتی افتاد که از اساس، نظر بشر نسبت به جهان پیرامون خود را تغییر داد. این اتفاقات که محصول دستگاه‌های اندازه‌گیری دقیق بودند، در حقیقت برای تست نظریه‌های کلاسیک طراحی شده‌بودند.
یکی از این آزمایش‌ها (مایکلسون-مورلی) برای سنجش ویژگی‌های اتر طراحی شده‌بود. آن زمان تصور می‌شد که امواج الکترومغناطیسی باید محیط حاملی داشته‌باشند و اسم آن را اتر گذاشته‌بودند. اما همه آزمایش‌ها برای سنجش ویژگی‌های اتر با نتیجه عجیبی روبرو شده‌بود؛ انگار اتر وجود نداشت. آلبرت انیشتین در مقاله‌ای مه در سال ۱۹۰۵ در سالنامه فیزیک منتشر کرد (به هرمراه ۲ مقاله دیگر که تاریخ‌ساز شد) توانست این نابهنجاری را توضیح دهد. انیشتین به توصیفی دست‌یافته‌بود که نتایج آزمایش مایکلسون-مورلی را توجیه می‌کرد اما دیگر مفهوم فضا و زمان مطلق را باید کنار گذاشت و فضا و زمان را باید در یک پیوستار ۴بعدی به اسم فضا-زمان تفسیر کرد که مقدار آنها به وضعیت و سرعت ناظر بستگی دارد.
گذر زمان در نسبیت
انیشتین در نسبیت خاص نشان داد که چنانچه با سرعتی نزدیک به سرعت نور سفر کنیم، زمان برای ما تقریباً متوقف خواهد شد. او همچنین در نظریه نسبیت عام هم نشان داد در نزدیکی یک جرم بسیار سنگین، بازهم زمان متوقف خواهد شد. از این عجیب‌تر آنکه فضا-زمان در درون سیاهچاله‌های چرخان آنچنان انحنا پیدا می‌کند که فضا و زمان، نقش خود را با همدیگر عوض کرده و هریک به دیگری تبدیل خواهد شد!
اما این همه داستان درک ما از زمان نیست. نظریه‌های بعد از انیشتین مدعی هستند که ممکن است عالم نه یک بعد زمان بلکه دو یا چند بعد زمان داشته‌باشد. یعنی همان‌طور که فضا ۳ بعد دارد، زمان هم ممکن است ۲ بعد داشته‌باشد.
ابعاد بالاتر
فیزیکدانها پیش از این نیز با مفهوم ابعاد بالاتر سروکار داشته‌اند اما این ابعاد اضافی همواره ابعادی فضایی بوده‌اند و نه زمانی. در دهه ۱۹۲۰ دو فیزیک‌دان به‌نام‌های تئودور کالوزا و اسکار کلاین دریافتند که اگر فضا را ۴بعدی درنظر بگیرند، می‌توان یک نظریه واحد برای همه چیزی که تا آن زمان کشف شده‌بود (دو نیروی بنیادی گرانش و الکترومغناطیس) ارائه داد. این کار تا حدی شبیه آن است که از تپه مجاور میدان جنگ بالا رفته و از ارتفاع (یعنی از بُعد بالاتر)، صحنه جنگ را ببینیم. تنها در این صورت است که به ارتباط بین بخش‌های مختلف عملیات پی‌برده و می‌فهمیم که چطور نیروهای مختلف درگیر در صحنه نبرد، به صورت واحد و منسجم عمل می‌کنند.
هرچند از آن زمان تاکنون دو نیروی بنیادین دیگر (یعنی نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف) هم به نیروهای بنیادین شناخته‌شده جهان افزوده شدند اما فیزیکدانها هم بیکار ننشسته و تلاش خود را برای کشف نظریه‌ای که بتواند رفتار تمامی این نیروها را در قالب ریاضی واحدی تبیین کند ادامه دادند. یکی از این تلاش‌ها که در دهه ۱۹۸۰ بسیار امیدبخش می‌نمود، نظریه ریسمان است. این نظریه بیان می‌کند که ذرات بنیادی تشکیل‌دهنده عالم مثل الکترون و فوتون و کوارک‌ها و … ریسمان‌های بسیار کوچک و یک بعدی هستند. اما برای اینکه نظریه ریسمان سازگار باشد، باید جهان حداقل ۱۰ بعد فضایی و یک بعد زمان داشته‌باشد.
چالش‌های زمان ۲بعدی
معمولا ایده‌هایی که در آنها چند بعد زمانی وجود دارند، توسط فیزیکدانها جدی گرفته نمی‌شوند. این مساله دو دلیل عمده دارد. یکی اینکه بعد زمانی اضافه منجر به رویدادهایی با احتمال وقوع منفی خواهد شد و چنین چیزی اساساً بی‌معنی است. و دوم اینکه در زمان ۲بعدی، امکان سفر در زمان مهیا خواهد شد. چنین امکانی، وقوع بسیاری از پدیده‌های غیرممکن و نامعقول را ممکن خواهد کرد. یکی از این پدیده‌های نامعقول «پارادکس پدربزرگ» نامیده می‌شود که براساس آن، شخص با سفر درزمان، به گذشته رفته و از ازدواج پدربزرگ و مادربزرگ خود و در نتیجه متولدشدن خود جلوگیری می‌کند!
با اینحال فیزیک‌دان‌های جسور هراسی از طرح ایده‌های جدید ندارند. یکی از این افراد، کامران وفا، ریسمان‌کار دانشگاه هاروارد است. وفا در دهه گذشته، نشان داد که با افزودن یک بعد زمانی جدید به نظریه ریسمان، بسیاری از مسایل حل نشده، ممکن است به خوبی حل شود! اما طبعا این نظریه پیامدها و چالش‌های فلسفی عمیقی را نیز دارد.
بعضی از فیزیکدانها برای رهایی از این چالش‌ها این فرض را مطرح کرده‌اند که شاید این بعد زمانی جدید، صرفا یک مفهوم ریاضی باشد و نه یک مفهوم فیزیکی اما وفا چنین فرضی را قبول ندارد. او در این مورد به مثال کوارک‌ها اشاره می‌کند. تا چند دهه قبل، کوارک‌ها صرفاً یک سازوکار ریاضی برای تبیین رفتار ذراتی نظیر پروتون‌ها بودند. اما امروزه می‌دانیم که کوارک‌ها وجود دارند و نظریه‌هایی در دست داریم که نشان می‌دهد که چرا کوارک‌ها به تنهایی قابل مشاده نیستند. ممکن است مشابه چنین سرنوشتی در انتظار بعد زمانی جدید باشد.
زمان اضافی کجاست؟
اما اگر این بعد زمانی اضافی واقعاً وجود داشته باشد پس چرا تاکنون متوجه حضور آن نشده‌ایم؟ یک احتمال آن است که این بعد زمانی نیز مانند هفت بعد مکانی ناپیدای دیگر، آنچنان در خود پیچیده باشد که به چشم ما نمی‌آید. اگر چنین باشد، تنها راه برای بازکردن این بعد زمانی درهم‌پیچیده، متمرکز کردن مقدار عظیمی از انرژی در حجمی بسیار کوچک خواهد بود، کاری که در صورت موفقیت‌آمیز بودن، نتایج شگرفی در پی خواهد داشت.
اگر بتوان این بعد زمانی اضافی را از هم باز کرد، در آن صورت اشیا دیگر آن‌گونه که اکنون تصور می‌کنیم در زمان حرکت نخواهند کرد. برای فهم بهتر این مسأله به این نکته توجه داشته‌باشید که در بعد مکان می‌توان تواماً به جلو و عقب، بالا و پایین و چپ و راست حرکت کرد و این درحالیست که در حالت معمول در بعد زمان تنها می‌توان به سوی آینده حرکت کرد. اما چنانچه بیش از یک بعد زمانی وجود داشته باشد در آن صورت حتی می‌توان در درون یک لحظه نیز به مسافرتی ابدی پرداخت، سفری در امتداد عمود بر جهت سیر زمان! بدین ترتیب اگر چنانچه از وقوع رویدادی ناگوار در آینده باخبر شدیم می‌توان با حرکت در درون یک لحظه (به‌جای حرکت در امتداد لحظه‌ها و در جهت سیر زمان)، از مواجه شدن با واقعه مزبور اجتناب کرد.
البته باید گفت که تمرکز انرژی آنچنان عظیمی که بتواند این بعد زمانی اضافی و درهم‌پیچیده را از هم باز کند کاری فوق‌العاده دشوار خواهد بود. به همین دلیل هم برخی فیزیکدانها معتقدند که تنها نقاطی در جهان ما که امکان ظهور آثار این بعد اضافی در آنجاها وجود دارد، قلب سیاهچاله‌ها هستند.
