دانلود مقاله مفاهیم بنیادی فضا و زمان

مفاهیم بنیادی فضا و زمان مقدمه بررسی و شناخت پدیده های فیزیکی و روابط بین آنها بدون توجه به مفاهیم و درک شهودی از فضا و زمان جندان مانوس به نظر نمی رسد.

مفهوم و درک فضا و زمان نیز مانند سایر کمیت های فیزیکی روندی پویا دارد و در طول تاریخ دستخوش تغییرات زایدی شده است.

بویژه بعد از نسبیت مفاهیم فضا و زمان و درک بشر از آنها دچار تغییر زیادی شده است.

البته در اینجا نمی خواهیم مسئله ی فضا-زمان را مورد بررسی قرار دهیم، تنها هدفمان از ارائه ی این فصل این است که زمینه ی آشنایی با نگرش فلسفی و علمی نسبت به فضا و زمان فراهم گردد تا بعد ازبیان نسبیت فضا-زمان مورد بررسی قرار گیرد.

همجنین این مطالب قبل از قوانین نیوتن آورده شده است تا زمینه ی مطرح شدن دیدگاه منطقی نیوتن نسبت به فضا و زمان مطلق فراهم گردد .

فضا چیست؟

فضا (Space) واژه‌ای است که در زمینه‌های متعدد و رشته‌های گوناگون از قبیل فلسفه، جامعه‌شناسی، معماری و شهرسازی بطور وسیع استفاده می‌شود.

لیکن تکثّر کاربرد واژه فضا به معنی برداشت یکسان از این مفهوم در تمام زمینه‌های فوق نیست، بلکه تعریف فضا از دیدگاه‌های مختلف قابل بررسی است.

مطالعات نشان می‌دهد با وجود درک مشترکی که به نظر می‌رسد از این واژه وجود دارد، تقریباً توافق مطلقی در مورد تعریف فضا در مباحث علمی به چشم نمی‌خورد و این واژه از تعدد معنایی نسبتاً بالایی برخوردار است و تعریف مشخص و جامعی وجود ندارد که دربرگیرنده تمامی جنبه‌های این مفهوم باشد.

از این رو در این یادداشت به ذکر برخی کلیات در مورد مفهوم فضا بسنده می کنیم.

‎ فضا یک مقوله بسیار عام است.

فضا تمام جهان هستی را پر می‌کند و ما را در تمام طول زندگی احاطه کرده‌ است.

فضا به محیط زیست اطراف ما احساس راحتی و امنیت می‌بخشد که اهمیت آن در یک زندگی لذت بخش ‎از نور آفتاب و محلی برای آرامش کمتر نیست .

هرکاری که انسان انجام می‌دهد، دارای یک جنبه فضایی نیز است، به عبارتی هر عملی که انجام می‌شود، احتیاج به فضا دارد.

دلبستگی بشر به فضا از ریشه‌های عمیقی برخوردار است.

این دلبستگی از نیاز انسان به ایجاد ارتباط با سایر انسانها که از طریق زبان ‎های گوناگون صورت می‌پذیرد، سرچشمه می‌گیرد.

همچنین بشر خود را با استفاده از فیزیولوژی و تکنولوژی، با اشیاء فیزیکی وفق می‌دهد و از این طریق یک رابطه و تعادل پویا بین انسان و محیط (اشیاء)، علاوه بر ارتباط میان انسانها، بوجود می‌آید.

این اشیاء بر‌ اساس یک سری روابط خاص به درونی و بیرونی، دور و نزدیک، منفرد و متحد، پیوسته و گسسته تقسیم شده‌اند.

برای اینکه بشر بتواند به تصورات و ذهنیات خود عینیت بخشد، بایستی که این روابط را درک کند و آنها را در قالب یک مفهوم فضایی هماهنگ نماید.

لذا فضا بیانگر نوع ویژه‌‌ای از ایجاد ارتباط نیست، بلکه صورتی است جامع و دربرگیرنده هر نوع ایجاد ارتباط، چه میان انسانها و چه میان انسان و محیط.

فضا ماهیتی جیوه مانند دارد که چون نهری سیال، تسخیر و تعریف آن را مشکل می‌نماید.

اگر قفس آن به اندازه کافی محکم نباشد، براحتی به بیرون رسوخ می‎کند و ناپدید می‌شود.

فضا می‌تواند چنان نازک و وسیع به نظر آید که احساس وجود بعد از بین برود (برای مثال در دشتهای وسیع، فضا کاملاً بدون بعد به نظر می‌رسد) و یا چنان مملو از وجود سه بعدی باشد که به هر چیزی در حیطه خود مفهومی خاص بخشد.

با اینکه تعریف دقیق و مشخص فضا دشوار و حتی ناممکن است، ولی فضا قابل اندازه‌گیری است.

مثلاً می‌گوییم هنوز فضای کافی موجود است یا این فضا پر است.

نزدیکترین تعریف این است که فضا را خلائی در نظر بگیریم که می‌تواند شیء را در خود جای دهد و یا از چیزی آکنده شود.

نکته دیگری که در مورد تعریف فضا باید خاطرنشان کرد، این است که همواره بر اساس یک نسبت که چیزی از پیش تعیین شده و ثابت نیست، ارتباطی میان ناظر و فضا وجود دارد.

بطوری‌که موقعیت مکانی شخص، فضا را تعریف می‌کند و فضا بنا به نقطه دید وی به صورت‌های مختلف قابل ادراک می‌باشد .

سیر تحول تاریخی مفهوم فضا فضا مفهومی است که از دیرباز توسط بسیاری از اندیشمندان مورد توجه قرار گرفته و در دوره ‎های مختلف تاریخی بر اساس رویکردهای اجتماعی و فرهنگی رایج، به شیوه ‎های گوناگون تعریف شده است مصری‌ها و هندی‌ها با اینکه نظرات متفاوتی در مورد فضا داشتند اما در این اعتقاد اشتراک داشتند که هیچ مرز مشخصی بین فضای درونی تصور (واقعیت ذهنی) با فضای برونی (واقعیت عینی) وجود ندارد.

در واقع فضای درونی و ذهنی رویاها، اساطیر و افسانه‌ها با دنیای واقعی روزمره ترکیب شده بود.

آنچه بیش از هر چیز در فضای اساطیری توجه را به خود معطوف می‌کند، جنبه ساختی و نظام یافته فضاست، ولی این فضای نظام یافته مربوط به نوعی صورت اساطیری است که برخاسته از تخیل آفریننده‌ می‌باشد .

در زبان یونانیان باستان، واژه‌ای برای فضا وجود نداشت.

آنها بجای فضا از لفظ مابین استفاده می‌کردند.

فیلسوفان یونان فضا را شیء بازتاب می‌خواندند.

پارمیندز (Parmenides) وقتی که دریافت، فضای به این صورت را نمی‌توان تصور کرد، آن را بدین دلیل که وجود خارجی ندارد، به عنوان حالتی ناپایدار معرفی کرد.

لوسیپوس (Leucippos) نیز فضا را اگرچه از نظر جسمانی وجود خارجی ندارد، لیکن حقیقی تلقی نمود افلاطون مسئله را بیشتر از دیدگاه تیمائوس(Timaeus) بررسی کرد و از هندسه به عنوان علم الفضاء برداشت نمود، ولی آن را به ارسطو واگذاشت تا تئوری فضا)توپوز) را کامل کند.

از نظر ارسطو فضا مجموعه‌ای از مکان‌هاست.

او فضا را به عنوان ظرف تمام اشیاء توصیف می‌نماید.

ارسطو فضا را با ظرف قیاس می‌کند و آن را جایی خالی می‌داند که بایستی پیرامون آن بسته باشد تا بتواند وجود داشته باشد و در نتیجه برای آن نهایتی وجود دارد.

در حقیقت برای ارسطو فضا محتوای یک ظرف بود.

لوکریتوس (Lucretius) نیز با اتکاء به نظریات ارسطو، از فضا با عنوان خلاء یاد نمود.

او می‌گوید: همه کائنات بر دو چیز مبتنی است: اجرام و خلاء، که این اجرام در خلاء مکانی مخصوص به خود را دارا بوده و در آن در حرکت‌اند.

بعدها تئوری ‎های مربوط به فضا بر اساس هندسه اقلیدسی بیان می‌شد، بطوری‌که مشخصه تفکر یونانیان در مورد فضا در تفکرات اقلیدس یا هندسه اقلیدسی قابل مشاهده است.

اقلیدس با جمع آوری کلیه قضایای مربوط به هندسه در میان مصری‌ها، بابلی‌ها و هندوها علم جدید هندسه را پایه‌گذاری نمود که سیستمی مبتنی بر انتزاع ذهنی بود.

فضای اقلیدسی فضایی یکسان، همگن و پیوسته بود که در آن هیچ چاله، برآمدگی یا انحنایی وجود نداشت.

فضای اقلیدسی، فضایی قابل اندازه‌گیری بود .

با توجه به آنچه گفته شد، در یونان و بطور کلی در عهد باستان دو نوع تعریف برای فضا مبتنی بر دو گرایش فکری قابل بررسی است: تعریف افلاطونی که فضا را همانند یک هستی ثابت و از بین نرفتنی می‌بیند که هرچه بوجود آید، داخل این فضا جای دارد تعریف ارسطویی که فضا را به عنوان Topos یا مکان بیان می‌کند و آن را جزئی از فضای کلی‌تر می‌داند که محدوده آن با محدوده حجمی که آن را در خود جای داده است، تطابق دارد.

تعریف افلاطون موفقیت بیشتری از تعریف ارسطو در طول تاریخ پیدا کرد و در دوره رنسانس با تعاریف نیوتن تکمیل شد و به مفهوم فضای سه‌بعدی و مطلق و متشکل از زمان و کالبدهایی که آن را پر می‌کنند، درآمد جیوردانو برونو (Giordano Bruno) در قرن شانزدهم با استناد به نظریه کپرنیک، نظریه‌هایی در مقابل نظریه ارسطو عنوان کرد.

به عقیده او فضا از طریق آنچه در آن قرار دارد (جداره ها)، درک می ‎شود و به فضای پیرامون یا فضای مابین تبدیل می‌گردد.

فضا مجموعه‌ای است از روابط میان اشیاء و آن ‎گونه که ارسطو بیان داشته است حتماً نمی ‎بایست که از همه سمت محصور و همواره نهایتی داشته باشد.

در اواخر قرون وسطی و رنسانس، مجدداً مفهوم فضا بر اساس اصول اقلیدسی شکل گرفت.

در عالم هنر، جیوتو نقش مهمی را در تحول مفهوم فضا ایفا کرد، بطوری‌که او با کاربرد پرسپکتیو بر مبنای فضای اقلیدسی، شیوه جدیدی برای سازمان ‎دهی و ارائه فضا ایجاد کرد.

با ظهور دوره رنسانس، فضای سه‌بعدی به عنوان تابعی از پرسپکتیو خطی معرفی گردید که باعث تقویت برخی از مفاهیم فضایی قرون وسطی و حذف برخی دیگر شد.

پیروزی این شکل جدید از بیان فضا باعث توجه به وجود اختلاف بین جهان بصری و میدان بصری و بدین ترتیب تمایز بین آنچه بشر از وجود آن آگاه است و آنچه می‌بیند، شد .

در قرون هفدهم و هجدهم، تجربه‌گرایی باروک و رنسانس، مفهوم پویاتری از فضا را بوجود آورد که بسیار پیچیده‌تر و سازماندهی آن مشکل‌تر بود.

بعد از رنسانس به تدریج مفاهیم متافیزیکی فضا از مفاهیم مکانی و فیزیکی آن جدا و بیشتر به جنبه‌های متافیزیکی آن توجه شد، ولی برعکس در زمینه‌های علمی، مفهوم مکانی فضا پررنگ‌تر گشت .

دکارت از تأثیرگذارترین اندیشمندان قرن هفدهم، در حدفاصل بین دوران شکوفایی کلیسا از یک‌سو و اعتلای فلسفه اروپا از سویی دیگر، می‌باشد.

در نظریات او بر خصوصیت متافیزیکی فضا تأکید شده‌است، ولی در عین حال او با تأکید بر فیزیک و مکانیک، اصل سیستم مختصات راست‌گوشه (دکارتی) را برای قابل شناسایی کردن فاصله‌ها بکار برد که نمودی از فرضیه مهم اقلیدس درباره فضا بود.

در روش دکارتی همه سطوح از ارزش یکسانی برخوردارند و اشکال به عنوان قسمت ‎هایی از فضای نامتناهی مطرح می‌شوند.

تا پیش از دکارت، فضا تنها اهمیت و بعد کیفی داشت و مکان اجسام به کمک اعداد بیان نمی‌شد.

نقش عمده او دادن بعد کمی به فضا و مکان بود .

لایب‌نیتز از طرفداران نظریه فضای نسبی بود و اعتقاد داشت، فضا صرفاً نوعی سیستم است که از روابط میان چیزهای بدون حجم و ذهنی تشکیل می‌شود.

او فضا را به عنوان نظام اشیای همزیست یا نظام وجود برای تمام اشیایی که همزمان‌اند، می‌دیدبر خلاف لایب ‎نیتز، نیوتن به فضایی متشکل از نقاط و زمانی متشکل از لحظات باور داشت که وجود این فضا و زمان مستقل از اجسام و حوادثی بود که در آنها قرار می‌گرفتند.

در اصل، او قائل به مطلق بودن فضا و زمان (نظریه فضای مطلق) بود.

به عقیده نیوتن فضا و زمان اشیایی واقعی و ظرف ‎هایی به گسترش نامتناهی هستند.

درون آنها کل توالی رویدادهای طبیعی در جهان، جایگاهی تعریف شده می‌یابند.

بدین ترتیب حرکت یا سکون اشیاء در واقع به وقوع می‌پیوندد و به رابطه آنها با تغییرات دیگر اجسام مربوط نمی‌شود .

1800 سال بعد از ارسطو، کانت فضا را به عنوان جنبه‌ای از درک انسانی و متمایز و مستقل از ماده، مورد توجه قرار داد.

او جنبه‌های مطلق فضا و زمان در نظریه نیوتن را از مرحله دنیای خارجی تا ذهن انسان گسترش داد و نظریات فلسفی خود را بر اساس آنها پایه‌گذاری کرد.

به عقیده کانت، فضا و زمان مسائل مفهومی و شهودی هستند که دقیقاً در ذهن انسان و در ساختار فکری او جای دارند و از ارگان ‎های ادراک محسوب می‌شوند و نمی‌توانند قائم به ذات باشند.

فضا مفهومی تجربی و حاصل تجارب بدست آمده در دنیای بیرونی نیست.

می‌توانیم صرفاً فضا را از دیدگاه انسان تعریف کنیم.

فرای وضعیت ذهنی ما، بازنمودهای فضا به هر شکلی که باشد، معنایی ندارد، چون که نه نشانگر هیچ یک از ویژگی‌ها و مقادیر فضاست و نه نشانی از آنها در رابطه‌شان با یکدیگر.

بدین ترتیب و با این دیدگاه آن چه ما اشیای خارجی می‌نامیم، هیچ چیز دیگری جز نمودهای صرف احساس‌های ما نیستند که شکل‌شان فضاست .

در پایان این یادداشت بهتر است به دیدگاه سه تن از فلاسفه معاصر درباره فضا اشاره گردد.

هگل به حقیقت فضا و زمان معتقد نبود.

در نظر او زمان صرفاً توهمی است که ناشی از عدم توانایی ما در دیدن کل است.

در فلسفه برگسون نیز فضا به عنوان مشخصه ماده از قطع جریانی برمی‌خیزد که حقیقت است.

برعکس زمان خصوصیت اساسی زندگی یا ذهن است.

به عقیده او زمان، زمان ریاضی نیست، بلکه تجمع همگن لحظات است و زمان ریاضی در واقع شکلی از فضاست .

هایدگر یکی دیگر از فیلسوفان معاصر در تبیین واژه فضا (Raum,Rwm) بر این عقیده است که فضا به معنی جایی است که برای جای‌گیری آماده باشد.

فضا به چیزی که یک محدوده و افق رهاست، جا می‌دهد.

این تعریف از فضا، می‌تواند تا حدودی با مفهوم مادی فضا، فضایی و جایی که هنوز توسط اشیاء فضایی و مکانی صورت تحقق نیافته است، منطبق باشد.

با این حال هایدگر این جا بین بعد مادی فضا و بعد صوری فضا تمییز خلط می‌کند.

او می‌گوید که فضا در ذات خود همان است که جا از برای آن (for which) ساخته شده است.

این تعریف از فضا مستلزم تصوری از فضا است که صورت فضا پیش از این که تحقق یابد، وجود داشته است که برای آن جا ساخته شود.

این تصویر از فضا صرفاً آن را انتزاعی می‌سازد.

زیرا برای آن که برای فضا پیش از تحقق صوری آنجا بوجود آید، باید آن را صرفاً در ذهن انتزاع کرد .

2-4 درباره ی زمان زمان، مفهومی چنان آشنا، ملموس، بدیهی، پیش پا افتاده، و عمیق است که نوشتن درباره اش جسارت زیادی را می طلبد.

فهم مفهوم زمان، و نقد کردنِ برداشت رایج از این مفهوم، اگر به قدر کافی تداوم یابد، به تلاش برای دستیابی به نگاهی تازه و رویکردی کارآمدتر درباره ی مفاهیمی کلیدی مانند مکان، تغییر، و رخداد منتهی می شود.

زمان، مفهومی چنان حاضر و نافذ است که هر پیشنهاد جدیدی برای جور دیگر دیدنِ آن به راهبردهایی رفتاری برای دگرگونی در کردار هم می انجامد.

این پیشنهادهای نظری، و آن توصیه های عملیاتی، به طور خاص مهمترین جنبه هایی هستند که به چالش طلبیدن مفهوم زمان را چنین ترسناک می نمایند امیدوارم که این نوشتار، متنی جسورانه باشد که دستیابی به درکی انتقادی از مفهوم زمان را ممکن سازد، و این کار را تا مرزهای استنتاج راهبردهایی رفتاری برای "جور دیگر جریان یافتنِ زمان" دنبال کند.

دقت و صحت آن دیدگاه و کارآییِ این رهنمودِ رفتاری، تنها زمانی به درستی آشکار می شوند که با محک نقد آشنا شوند.

زمانی ریموند ویلیامز رویکردهای اندیشمندان به زمان را در سه رده جای داده بود (سویا، 1378:172-190 ).

از دید او سه نوع برداشت از زمان قابل تصور است .

نخست: برداشت بی طرف که به زمان به عنوان متغیری خنثا و فرعی برای توضیح چیزهایی دیگر نگاه می کند.

چنین برداشتی به مدلهای مکانیکی و علمی از زمانِ انتزاعی و ریاضیگونه منتهی می شود.

مدلی که نیوتون نخستین بنیانگذار آن محسوب می شود.

نگرش بی طرفانه با رویکردی جبرانگارانه از زمان به عنوان توجیهی برای تحلیل علی رخدادها استفاده می کند.

دوم: رویکرد تبارشناسانه، که گویا برای نخستین بار توسط نیچه مورد استفاده واقع شده باشد.

این رویکرد، از زمان به عنوان بستری برای توضیح آن که چرا رخدادهایی خاصی به شکلی ویژه رخ دادند، استفاده می کند.

این زمان، بر خلاف مفهوم انتزاعیِ پیش گفته، پویا و سیال است و بسته به ماهیت رخداد و موضوع مورد پژوهش، انعطاف زیادی را از خود نشان می دهد .

سوم: رویکرد خصمانه یا انتقادی: که بر مبنای حمله بر دو نگرش پیش گفته استوار است و هدفش ویران کردن مبانی نظری برداشتی از زمان است که بدیهی پنداشته می شود.

این رویکرد به نگرشهای تاریخ مدار و زمان گرا با دیدی انتقادی نگاه می کند و در صحت قوانین تاریخی شک می کند.

امیدوارم که متن کنونی در رده ی سوم بگنجد رهیافت من در این متن چنین خواهد بود.

نخست، بحث را با آنچه که در مورد زمان می دانیم آغاز می کنم.

این دانستن، به شواهدی "سخت" باز می گردد که از مجرای علوم تجربی استخراج شده و تصویری به نسبت دقیق از مفهوم زمان را به دست می دهد.

تصویری که با وجود نقطه اتکای مستحکمش در علوم تجربی، معمولا مورد غفلت واقع می شود.

سپس، بر مبنای چارچوب نظری مورد علاقه ام -نظریه ی سیستم های پیچیده- مفهوم زمان را بازسازی می کنم و تفسیری از چگونگی ظهور آن در سیستمها به دست می دهم.

پس از آن به بحث اصلی خویش می پردازم.

بحثی که بر دلایل مسخ شدگی و دگردیسی مفهوم زمان در سطوح جامعه شناختی و روانشناختی تمرکز دارد.

در همین بخش بسیاری از پیش فرضهای مرسوم درباره ی زمان را به چالش خواهم کشید و راهبردهایی را برای رویارویی با زمان به شکلی نو پیشنهاد خواهم کرد .

(1) زمان فیزیکی در فیزیک، زمان با دو روش متفاوت تعریف می شود: الف) روش ترمودینامیکی: این روش را برای نخستین بار فیزیکدانانی مانند کلوین و سلسیوس که به مفهوم دما و تبادلات گرمایی علاقمند بودند، بنیان نهادند.

اما شکل پخته و امروزین آن را در آثار اندیشمندانی مانند بولتزمان می بینیم.

تعریف ترمودینامیکی زمان، بر الگوهایی از رفتار مبتنی است که در سیستمهای ساده دیده می شود.

بخش مهمی از سیستمهایی که در پیرامون ما وجود دارند، نظامهایی ساده هستند که از شمار زیادی از عناصر به نسبت ساده تشکیل یافته اند.

عناصری که رفتارشان تقریبا تصادفی به نظر می رسد، اما برآیند رفتارهای سطح خردشان بر مبنای قواعدی کلان پیش بینی پذیر است.

بررسی تحولات انرژیایی این سیستمها، ستون فقرات علم ترمودینامیک را تشکیل می دهد.

کل ساختمانِ علم ترمودینامیک، بنایی است که بر پایه ی چند شاه ستونِ اصلی تکیه کرده است.

این ستونها، قوانین ترمودینامیک خوانده می شوند.

قوانین یاد شده، از نظر منطقی بسیار ساده و بدیهی می نمایند.

مثلا قانون صفرم ترمودینامیک چنین می گوید که اگر دو سیستمِ آ و ب از نظر حرارتی با هم در تعادل باشند، و دو سیستم ب و پ هم چنین وضعیتی داشته باشند، آنگاه دو سیستم آ و پ هم با هم در تعادل گرمایی خواهند بود.

چنان که می بینید، این در واقع بیانی حرارتی از اصل منطقی این همانی است .

دومین قانون ترمودینامیک، چنین می گوید که سیستمهای باز به مرور زمان به سوی بی نظمی (آنتروپی) میل می کنند.

این بدان معناست که متغیری ثابت و عام به نام زمان بر رفتار چنین سیستمهایی حاکم است.

با یک مثال ساده می توان رابطه ی زمان و آنتروپی را نشان داد .

فرض کنید در یک اتاق، شیشه ای عطر داشته باشیم و درِ آن را گشوده باشیم.

در چنین وضعیتی تراکم مولکولهای عطر در یک نقطه ی خاص از اتاق -درون شیشه- نشانگر وجود شکلی از نظم است.

اتاقی که در آن مولکولهای عطر در کنار هم و مولکولهای هوا در کنار هم قرار گرفته اند، اتاقی منظم است و محتوای اطلاعاتی اش از اتاقی که مولکولهای یاد شده به طور نامنظم و درهم برهم قرار گرفته باشند، بیشتر است.

قانون دوم ترمودینامیک به ما می گوید که سیستمی باز -مانند شیشه ی عطرِ دارای درِ گشوده- در گذر زمان از حالت منظم اولیه به سوی وضعیت نامنظم دومی پیش خواهد رفت.

آنچه که در این میان افزایش می یابد، بی نظمی اتاق است که در ترمودینامیک با عنوان آنتروپی شناخته می شود.

ب) روش تاریخ مدارانه: این روش زمان را بر مبنای سیستمهای پیچیده ای تعریف می کند که امکان انباشت اطلاعات و تجربیات را در خود دارند.

در این سیستمها، گذر زمان به کاهش یافتنِ بی نظمی و افزایش نظم منتهی می شود.

مثلا وقتی به بدن مجروح یک انسانِ یا بذر یک گیاه نگاه می کنیم، می بینیم که با مرور زمان مقدار نظم درونی این سیستمها زیاد می شود.

فرد زخمی بهبود می یابد و بذر به گیاه تبدیل می شود.

به این ترتیب به نظر می رسد تعریف تاریخ مدارانه از زمان، با تعریف ترمودینامیکی آن در تضاد باشد.

چنان که می دانیم، مهمترین ویژگی حاکم بر قوانین علوم تجربی مانند فیزیک، ناوردایی یا تقارن است.

تقارن بدان معناست که قوانین یاد شده در تمام شرایط قابل تصور صدق می کنند.

این بدان معناست که قوانین مزبور بیانگر ماهیت موضوع پژوهش و شیوه ی رفتار آن هستند و به شرایط پیرامونیِ آن وابسته نمی باشند.

کل قوانین فیزیک، نسبت به همه ی شرایط ناوردا هستند.

تنها متغیری که این تقارن در هم می شکند، زمان است و منشا این نقض شدنِ تقارن، قانون دوم ترمودینامیک است.

محور زمان، تنها شاخص فیزیکی است که جهت دارد و در مسیر مشخصی جریان می یابد و بسته به این جهت، رفتار سیستمها دگرگون می شود.

برای درک دقیقتر این مفهوم اشاره به مثالی روشنگر است.

قانونی مثل F=Ma را در نظر بگیرید.

این قانون بیان می کند که شاخصی مثل نیرو، با دو شاخص دیگر (شتاب و جرم) رابطه دارد.

این معادله نسبت به محورهای مکان ناورداست.

یعنی اگر به جسمی در جهتی نیرو وارد کنیم، شتاب آن بسته به جرمش -و نه چیزی دیگر- تعیین می شود.

اگر به همان جسم در جهت معکوس نیرو وارد کنیم، بار دیگر تنها جرم آن است که شتابش را تعیین می کند.

جهت اعمال نیرو و مکانِ ظهور چنین پدیده ای در صحت این معادله تاثیری ندارد.

مکان زمینه ای خنثاست که قانون یاد شده همواره در آن صدق می کند.

مهم نیست شما در چه جهتی بر جسم نیرو وارد کنید و کجا این کار را انجام دهید، قانون یاد شده در کل کائنات و در تمام جهتهای قابل تصور برای اعمال نیرو، مصداق دارد.

اما قانون دوم ترمودینامیک چنین وضعیتی ندارد.

این قانون نسبت به محور زمان ناوردا نیست.

اگر سیستم بر محور زمان "پیش برود" یعنی از گذشته به آینده حرکت کند، قانون دوم ترمودینامیک صدق می کند، و اگر جهتی معکوس برای آن فرض شود، اعتبار این قانون از بین می رود.

سیستمهای باز تنها در شرایطی که زمان در جهت خاصی حرکت کند، آنتروپی خود را افزایش می دهند از این روست که زمان در معادلات فیزیکی به صورت متغیری مستقل وارد می شود و به صورت شاخصی عام عمل می کند که "جهت و ترتیب" رخدادها را نشان می دهد .

مفهوم فیزیکی زمان دو مشکل اساسی دارد الف: تعریف ترمودینامیکی و تاریخ مدار از زمان به ظاهر با هم در تعارض هستند.

بنابراین تعریف یگانه و فراگیری از زمان وجود ندارد.

گویی زمان در سیستمهای بازِ ساده و پیچیده به دو شکل متفاوت تعریف شود.

ب: توضیح این که چرا زمان -به عنوان متغیری عام- اینطور یک طرفه عمل می کند و تنها در جهت خاصی جریان دارد، دشوار است.

به بیان دیگر، "پیکان زمان" و حرکت دایمی و ثابتش از گذشته به آینده امری است که نیاز به توضیح و تبیین دارد.

تلاشهای زیادی برای آشتی دادنِ دو تعریف ترمودینامیک و تاریخ مدار از زمان صورت گرفته است.

یکی از جالبترینِ این تلاشها، به پیشنهاد دیوید لیزر مربوط می شود.

وی معتقد است که مفهوم اطلاعات -مبنای اصلیِ تعریف مفهوم آنتروپی- در سطوح خرد و میکروسکپی قابل تعریف نیست.

به عبارت دیگر، در سطح میکروسکپی، محور زمان متقارن است و تمایزی میان حرکت از گذشته به آینده و از آینده به گذشته وجود ندارد.

او از اصل عدم قطعیت هایزنبرگ، برای تایید حرف خود استفاده می کند.

این اصل اعلام می کند که تعداد حالات قابل تصور برای یک سیستم فیزیکی متناهی است، و بنابراین توصیف آن با مقداری متناهی از اطلاعات ممکن است.

این بدان معناست که اطلاعات در سطح میکروسکپی حدی مشخص دارند و نامتناهی نمی باشند.

این اصل در مورد تمام زیرسیستم های کیهان صادق است.

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را می توان به خودِ کیهان هم تعمیم داد.

کیهان، با زیرسیستمهایش در یک مورد تفاوت دارد و آن هم بیکران بودنش است.

اگر اصل تقارن محض انشتین را بپذیریم، یعنی قبول کنیم که اثرات تصادفی هم در کیهان توزیعی متقارن دارند، به این نتیجه می رسیم که اطلاعات سطح میکروسکپی، اگر در سطح کیهان -یعنی کلیت عالم- نگریسته شوند، عینیت ندارند.

چرا که در سطوح خرد، می توان همانندیهایی اطلاعاتی را در میان سیستمهایی تشخیص داد که در سطح کلان متفاوتند یعنی از محتواهای اطلاعاتی متمایزی برخوردارند پیشنهاد لیزر به طور خلاصه آن است که محور زمان را در سطوح میکروسکپی متقارن فرض کنیم.

در چنین شرایطی، پیش فرضِ کیهان شناسانی مانند هویل و نارلیکار که اعتقاد دارند جهان از حالت عدم تعادل ترمودینامیکی اولیه (مهبانگ) زاده شده و به سوی چنین تعادلی (مرگ حرارتی) حرکت می کند، قطعیت خود را از دست می دهد.

از دید لیزر، چنین تصوری از تکامل عالم، در پیش فرضهایی قدیمی تر ریشه دارد.

این پیش فرض آن است که جهان یک سیستم دینامیک بسته است و بنابراین حرکتی که در آن مشاهده می شود، با قانون دوم ترمودینامیک تبیین می شود.

از دید لیزر، با توجه به نقض جهت دار بودنِ زمان در سطح میکروسکپی، این حالت که جهان از وضعیتی نامتعادل به سوی تعادل پیش رود، همانقدر محتمل است که وضعیت برعکسِ آن.

در واقع لیزر از این مدل اخیر دفاع می کند و معتقد است نقطه ی شروع عالم وضعیتی نزدیک به تعادل ترمودینامیکی بوده و در گذر زمان کیهان از این تعادل دور می شود مشکل دوم، یعنی جهت مند بودنِ زمان، به اشکال متفاوت تبیین شده است.

فیزیکدانانی مانند امیل بورل اعتقاد داشتند که بسته نبودنِ سیستمهای فیزیکی، به معنای آن است که هیچ سیستمی از تاثیر عناصر تصادفی و کاتوره ای محیط خود در امان نیست.

در نتیجه ی اثر این عوامل، اطلاعات سطحِ خُرد هنگام سازمان دادن نظمهای سطح کلان به طور منظم تلف می شوند و این همان چیزی است که اصل آنتروپیک و جهت دار شدنِ زمان را نتیجه می دهد.

برخی دیگر از اندیشمندان -مانند مک ناگارت- اصولا جهتمند بودنِ زمان را نفی کرده اند تاکید مک ناگارت بر مفهومی از زمان است که بر چیده شدن رخدادها در کنار هم -به صورت توالیهایی از قبل و بعد- دلالت دارد.

در این تعریف -که خصلتی نیوتونی هم دارد،- زمان "چیزی" است مانند مکان، که همچون ظرفی رخدادها را در بر می گیرد.

نقطه ای به نام اکنون بر این محور وجود دارد که رخدادهای قبل و بعدِ آن به گذشته و آینده منسوب می شوند و جایگیری شان نسبت به هم به آنها -و به محور زمان- معنا می بخشد.

مک ناگارت معتقد است که دو بیان از این محور زمانی وجود دارد نخست: "سریِ آ" که بر چیده شدن رخدادها نسبت به مرجعی به نام اکنون مبتنی است.

سری آ در صورتی معنا دارد که بتواند بر مبنای صفاتی اصیل و غیر انضمامی رخدادها را نسبت به هم مرتب کند.

دوم: "سری ب" که نظم رخدادها را بر مبنای رابطه ی قبل و بعدشان با یکدیگر می سنجد و مرجع اکنون را نادیده می گیرد.

استدلال او برای رد مفهوم خطی زمان این چنین است : الف) زمان وجود دارد اگر و فقط اگر سری ب وجود داشته باشد.

یعنی زمینه ای از رخدادها و تحولات وجود داشته باشند که با یکدیگر قابل مقایسه باشند.

ب) این امر تنها زمانی امکان پذیر است که چیزی به نام تغییر وجود داشته باشد.

یعنی چیزی میان رخدادهای مربوط به زمانهای مختلف تمایز گذارد.)هرچند برخی از نویسندگان مانند شومیکر تصور جهانی فاقد تغییر ولی واجد زمان را ممکن دانسته اند).

پ) تغییر تنها زمانی ممکن خواهد بود که نوعی سری آ وجود داشته باشد.

یعنی وجود زمینه ای از رخدادهای مشابه که نسبت به هم قبل و بعد داشته باشند ولی مرجعی بیرونی برای چیده شدنشان وجود نداشته باشد، بر تفاوت میانشان -یعنی حضور تغییر- دلالت نمی کند .

ت) رخدادهای درون سری آ تنها به یکی از مفاهیم گذشته، حال، یا آینده متصل می شوند.

اتصال آنها به بیش از یکی از این مفاهیم، به تناقض منتهی می شود .

ث) در نتیجه، اعتبار محور زمان و مرجعِ اکنون -که سری آ را می ساخت- تنها به زنجیره ای از روابط مفهومی وابسته است که هیچ یک اعتبار کامل ندارند.

یعنی در هر برش مشاهداتی، هر رخداد تنها یکی از سه وضعیت یاد شده را به خود می پذیرد.

از اینجا بر می آید که سه مفهوم حال، گذشته و آینده خصلتی انضمامی دارند و بنابراین نمی توانند شالوده ی استواری را برای سری آ فراهم کنند .

زمانِ زیست شناختی سیستم زنده، نظامی است که در زمان و مکان امتداد دارد.

در نتیجه برای تنظیم رفتارهای خویش و سازگار شدن با محیط، نیاز به آن دارد تا هر دوی این زمینه ها را بشناسد -یا خلق کند- و برمبنای آن کارکرد غایی خویش -یعنی بقا- را برآورده سازد .

سیستمهای جانوری پیچیده به کمک حس بینایی و شنوایی مکان را درک می کنند.

مکان، به شکلی گسترده، بر مبنای رخدادهایی نوپدید و بدیع که در اطراف موجود ظهور می کند، شناسایی و درک می شود زمان، بر عکس به شکلی درونی ادراک می شود.

سیستم زنده برای فهم زمان بیش از محرکهای بیرونی و تحولات محیطی به دگرگونیهای درونی و متغیرهای داخلی خویش وابسته است دستگاه تشخیص زمان در تمام جانداران از ساختار شیمیایی کمابیش یکسانی پیروی می کند.

مبنای تمام این دستگاه ها، چرخه هایی بیوشیمیایی است که می توانند به صورت متناوب و پیاپی تکرار شوند و هر چرخه ی تکرارشان زمانی مشخص دوام می یابد.

به این ترتیب، جانداران در سطح بیوشیمیایی به ساعتی درونی مجهز هستند که بر مبنای کنش و واکنشهای شیمیایی و با چرخ دنده هایی مولکولی تیک تاک می کند در جانورانِ دارای دستگاه عصبی پیچیده، این دستگاه بسیار تکامل یافته است و Zaitgieber به آلمانی یعنی "زمان سنج" نامیده می شود.

در بندپایان، بخشی از عقده ی سری این وظیفه را بر عهده دارد و در مهره داران خونسرد -ماهیان، دوزیستان و خزندگان- غده ی صنوبری این کار را انجام می دهد.

در انسان، مرکز درک زمان هسته ی کوچکی به نام هسته ی بالای چلیپایی (SCN ) است که در هیپوتالاموس، درست در بالای محل برخورد دو عصب بنیایی قرار گرفته است.

این هسته تنها از دو هزار نورون تشکیل یافته است.

نورونهای مورد نظر، با چرخه های شیمیایی بسته ای، به طور منظم پیامهایی الکتریکی و تکرار شونده را تولید می کنند.

این پیامها در شبکه ی پیچیده ی نورونهای این هسته تشدید می شود و با فواصل زمانی ثابتی پیامی عصبی را به سایر ساختارهای مغزی گسیل می دارد.

به این ترتیب هسته ی بالای چلیپایی با سرعت ثابتی تیک تاک می کند و زمان درونی مغز را ثبت می نماید.

ساعت درونی به طور دایمی به کمک محرکهای نوری که از چشمها وارد می شوند، خود را تنظیم می کند.

به عنوان مثال، شبانه روزِ ساعت درونی، از شبانه روزِ نجومی و بیرونی طولانی تر است.

اگر عده ای از مردم در محیطی مانند قعر یک غار که فاقد هر نوع محرکِ نشانگر زمان است، برای مدتی بمانند، طول شبانه روزشان اندکی افزایش می یابد و در حوالی بیست و پنج ساعت تثبیت می شود.

رفتارهای این آزمودنی ها، بر مبنای چرخه هایی 25 ساعته تنظیم می شود و خورد و خوابشان با چنین تناوبی سازمان می یابد با این تفاصیل مغزی که روزهایی بیست و پنج ساعته را در درون خود تولید می کند، باید در جهانِ واقعی مرتبا خود را تصحیح کند.

این کار به کمک بازخوردهایی که از دستگاه بینایی حاصل می شود، انجام می گیرد جانوران بر مبنای این ساعت درونی، چرخه های زیستی خود را تنظیم می کنند.

این چرخه ها عبارتند از دوره های روزانه -مثل خواب و بیداری-، ماهانه -مثل دوره ی تخمک گذاری- و سالیانه - مثل زمستان خوابی.

این چرخه ها هم به کمک محرکهایی مانند نسبت زمان روز به شب وتغییرات دمای هوا تصحیح می شود این چرخه های برونزاد، چنان که می دانیم، خود از رخدادهایی تکراری در ابعاد کیهانی ناشی می شوند.

به این ترتیب رشته ای از رخدادهای تکراریِ درونزاد -شلیکهای عصبی در SCN و برونزاد (گردش زمین به دور خورشید و ماه به دور زمین) پدیده ی زمان را در جانداران خلق می کنند در پستانداران، هسته ی بالای چلیپایی از سمت پشت به مغز میانی و سایر هسته های هیپوتالاموسی مرتبط می شوند و آکسون هایشان را از جلو به سپتوم می فرستند.

کارکردهای عمده ای که با این هسته در ارتباطند عبارتند از: تنظیم چرخه های خواب و بیداری، تنظیم دمای بدن در ساعات متفاوت شبانه روز و تنظیم دوره های فعالیت و استراحت.

طول دو چرخه ی اول 24 ساعت، و طول چرخه ی سوم 90 دقیقه است.

ساعت درونی دوره های زمانی را تنظیم می کند، اما دوام کارکردهای زیستی را تعیین نمی کند.

این بدان معناست که اگر هسته ی بالای چلیپایی موشی را تخریب کنیم، چرخه های خوب و بیداری اش نظم خود را از دست خواهد داد، اما کل زمانی که در شبانه روز می خوابد تغییری نخواهد کرد.

ساعت درونی ساختار بسیار مقاومی است و کارکردش به راحتی در برابر محرکهایی مانند سرما، داروهای عصبی، اختلالات هورمونی و شوک هیپوکسیک مختل نمی شود (Haken & Koepchen,1991).

کارکرد ساعت درونی به طور مستقیم به عملکرد ژنها وابسته است.

در مگس سرکه و سایر حشرات ژنی به نام Per ایجاد چرخه های پروتئینی ساعت درونی را بر عهده دارد.

در کپک نوروسپورا ژنی به نام Frq این نقش را ایفا می کند.

در پستانداران عملکرد این سیستم به یک ژن منفرد وابسته نیست، اما جهش یافته هایی مانند Clock در موش و Tau در همستر شناسایی شده اند که چرخه های روزانه ای بلندتر یا کوتاهتر از میزان معمول دارند .