راهنمای جامع فیزیک/زمان زیست شناختی
| اشکال مفهوم زمان فیزیکی | زمان زیست شناختی | دکارت و مفهوم حرکت |
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 زمینه‌ها 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 می‌کنند. مکان، به شکلی گسترده، بر مبنای رخدادهایی نوپدید و بدیع که در اطراف موجود ظهور می‌کند، شناسایی و درک می‌شود زمان، بر عکس به شکلی درونی ادراک می‌شود. 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 می‌کند. مبنای تمام این دستگاه‌ها، چرخه‌هایی بیوشیمیایی است که می‌توانند به صورت متناوب و پیاپی تکرار شوند و هر چرخهٔ تکرارشان زمانی مشخص دوام می‌یابد. به این ترتیب، جانداران در سطح بیوشیمیایی به ساعتی درونی مجهز هستند که بر مبنای کنش و واکنشهای شیمیایی و با چرخ دنده‌هایی مولکولی تیک تاک می‌کند در جانورانِ دارای دستگاه عصبی پیچیده، این دستگاه بسیار تکامل یافته است و Zaitgieber به آلمانی یعنی «زمان سنج» نامیده می‌شود. در بندپایان، بخشی از عقدهٔ سری این وظیفه را بر عهده دارد و در مهره داران خونسرد -ماهیان، دوزیستان و خزندگان- غدهٔ صنوبری این کار را انجام می‌دهد. در انسان، مرکز درک زمان هستهٔ کوچکی به نام هستهٔ 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 چرخه‌های شیمیایی بسته‌ای، به طور منظم پیامهایی الکتریکی و تکرار شونده را تولید می‌کنند. این پیامها در شبکهٔ پیچیدهٔ نورونهای این هسته تشدید می‌شود و با فواصل زمانی ثابتی پیامی عصبی را به سایر ساختارهای مغزی گسیل می‌دارد. به این ترتیب هستهٔ بالای چلیپایی با سرعت ثابتی تیک تاک می‌کند و زمان درونی مغز را ثبت می‌نماید. ساعت درونی به طور دایمی به کمک محرکهای نوری که از چشمها وارد می‌شوند، خود را تنظیم می‌کند. به عنوان مثال، شبانه روزِ ساعت درونی، از شبانه روزِ نجومی و بیرونی طولانی تر است. اگر عده‌ای از مردم در محیطی مانند قعر یک غار که فاقد هر نوع محرکِ نشانگر زمان است، برای مدتی بمانند، طول شبانه روزشان اندکی افزایش می‌یابد و در حوالی بیست و پنج ساعت تثبیت می‌شود. رفتارهای این آزمودنی‌ها، بر مبنای چرخه‌هایی ۲۵ ساعته تنظیم می‌شود و خورد و خوابشان با چنین تناوبی سازمان می‌یابد با این تفاصیل مغزی که روزهایی بیست و پنج ساعته را در درون خود تولید می‌کند، باید در جهانِ واقعی مرتباً خود را تصحیح کند. این کار به کمک بازخوردهایی که از دستگاه بینایی حاصل می‌شود، انجام می‌گیرد جانوران بر مبنای این ساعت درونی، چرخه‌های زیستی خود را تنظیم می‌کنند. این چرخه‌ها عبارتند از دوره‌های روزانه -مثل خواب و بیداری-، ماهانه -مثل دورهٔ تخمک گذاری- و سالیانه - مثل زمستان خوابی. این چرخه‌ها هم به کمک محرکهایی مانند نسبت زمان روز به شب وتغییرات دمای هوا تصحیح می‌شود این چرخه‌های برونزاد، چنان که می‌دانیم، خود از رخدادهایی تکراری در ابعاد کیهانی ناشی می‌شوند. به این ترتیب رشته‌ای از رخدادهای تکراریِ درونزاد -شلیکهای عصبی در SCN و برونزاد (گردش زمین به دور خورشید و ماه به دور زمین) پدیدهٔ زمان را در جانداران خلق می‌کنند در پستانداران، هستهٔ بالای چلیپایی از سمت پشت به مغز میانی و سایر هسته‌های هیپوتالاموسی مرتبط می‌شوند و آکسون هایشان را از جلو به سپتوم می‌فرستند. کارکردهای عمده‌ای که با این هسته در ارتباطند عبارتند از: تنظیم چرخه‌های خواب و بیداری، تنظیم دمای بدن در ساعات متفاوت شبانه روز و تنظیم دوره‌های فعالیت و استراحت. طول دو چرخهٔ اول ۲۴ ساعت، و طول چرخهٔ سوم ۹۰ دقیقه است. ساعت درونی دوره‌های زمانی را تنظیم می‌کند، اما دوام کارکردهای زیستی را تعیین نمی‌کند. این بدان معناست که اگر هستهٔ بالای چلیپایی موشی را تخریب کنیم، چرخه‌های خوب و بیداری اش نظم خود را از دست خواهد داد، اما کل زمانی که در شبانه روز می‌خوابد 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 نمی‌شود. کارکرد ساعت درونی به طور مستقیم به عملکرد ژنها وابسته است. در مگس سرکه و سایر حشرات ژنی به نام Per ایجاد چرخه‌های پروتئینی ساعت درونی را بر عهده دارد. در کپک نوروسپورا ژنی به نام Frq این نقش را ایفا می‌کند. در پستانداران عملکرد این سیستم به یک ژن منفرد وابسته نیست، اما جهش یافته‌هایی مانند Clock در موش و Tau در همستر شناسایی شده‌اند که چرخه‌های روزانه‌ای بلندتر یا کوتاهتر از میزان معمول دارند.
به این ترتیب، می‌بینیم که زمان در نظامهای زیست شناختی، در واقع شیوه‌ای از مدیریت روندهای درونی سیستم است که به کمک معیار گرفتنِ رشته‌ای از رخدادهای تکراری و یکنواخت حاصل می‌شود. بدن جاندار، به کمک ردیابی یا تولید کردنِ این رخدادهای تکراری، مبنایی برای پردازش اطلاعات به دست می‌آورد و هماهنگی میان رفتارهای درونی خویش و رخدادهای محیط بیرونی را ممکن می‌سازد در پردازندهٔ بسیار پیچیده‌ای مانند مغز انسان، زمان کارکردی فراتر از تضمین سازگاری با محیط را بر عهده می‌گیرد. در چنین مغزهایی، حجم کلی پردازش اطلاعات چنان زیاد و شمار کارکردهای درون سیستم به قدری بالاست که زمان، به عنوان ابزاری کلیدی برای هماهنگ کردن ساز و کارهای درونی سیستم نیز مرکزیت می‌یابد. به این ترتیب، بدنِ جانداری که در نخستین روزهای پیدایش حیات، زمان را بر مبنای چرخه‌های برونزاد و دگرگونیهای تکراریِ محیطی می‌فهمید و از آن برای تطبیق یافتن با دگرگونیهای خارج از مرزهای سیستم خود بهره می‌برد، ناچار شد برای دستیابی به انسجام رفتاری و اتحاد عملکردی، دستگاهی درونزاد برای ترشح زمان ابداع کند و از آن به عنوان نقطهٔ مرجعی برای سازگار کردن زیرسیستمهای خویش با هم استفاده کند. این ماشین درونیِ ساختِ زمان، همان مرکزی بود که در جریان تکامل مهره داران به هستهٔ صنوبری خزندگان و دوزیستان و هستهٔ بالای چلیایی در پستانداران منتهی شد.
به این شکل زمانی که بیشتر بر متغیرهای بیرونی متکی بود و سازگاری سیستم با محیط را تضمین می‌کرد، به نظامی خودسازمانده و خودمختار تبدیل شد که وظیفه اش هماهنگ کردن رفتار زیرسیستمهای گوناگون در سیستم اصلی بود. اهمیت این کارکرد جدید را می‌توان با بررسی چند شاهد عصب شناختی درک کرد.
به عنوان مثال، به زیرسیستمهای حسی گوناگون مغز آدمی توجه کنید. مجاری ورود اطلاعات در جانداری مانند انسان به قدری تخصص یافته و پیچیده شده‌اند که هریک تنها جنبه‌ای خاص و ویژه از دگرگونیهای محیط بیرونی را ردیابی می‌کنند و به آن توجه نشان می‌دهند. به عنوان مثال، سیستم مغز بویایی که از پیاز بویایی آغاز می‌شود و تا سپتوم و مراکز درک بویایی در بخشهای پیشین مغز گسترش می‌یابد، تنها به پردازش اطلاعات بویایی توجه دارد. سیستم حسیِ بینایی که مسیری از شبکیه تا قشر پس سری را در بر می‌گیرد، تنها به محرکهای نوری کار دارد و مرکز شنوایی هم تنها امواج و ارتعاشات هوا را ثبت و تحلیل می‌کند. آنچه که ما به عنوان پدیده‌ها و چیزها در جهان خارج تشخیص می‌دهیم، در واقع محصولی ساختگی است که از برهم افتادن این ادراکات حسی گوناگون نتیجه می‌شود. یعنی به عنوان مثال وقتی ما یک دانهٔ گیلاس را در دست می‌گیریم، از راهِ ترکیب کردن محرکهای نوری (رنگ و شکل گیلاس)، پساوایی (نرمی و بافتار خاص آن) و... ، پدیده‌ای به نام گیلاس را استنتاج می‌کنیم.
ترکیب شدنِ حواسی متمایز در قالب یک پدیدهٔ دارای استمرار، تنها زمانی ممکن می‌شود که محوری زمانی جایگیری آن پدیده نسبت به پدیدارهای زمینه اش را تعیین کند و دگرگونیهای آن پدیدار را هم به عنوان «تحولاتِ آن چیز در زمان» تفسیر نماید. این کار، با درک زمان مندِ محرکهای حسی ممکن می‌شود. نسبت دادنِ یک بو، صدا، شکل، و بافتار به چیزی که در نقطهٔ خاصی از مختصات زمانی/مکانی قرار گرفته است، نخستین گام برای تجزیه کردن مِهرَوند (هستی بیرونی) و بیرون آوردنِ پدیدارها از دل آن است. زمان، شرط لازم برای شکستن پدیده هاست. اما دستگاه عصبی ما، از جنبه‌ای دیگر نیز زمان مند عمل می‌کند. دستگاه عصبی، اگر از زاویه‌ای کارکردگرایانه نگریسته شود، نظامی برای پردازش اطلاعات است که رابطهٔ میان ورودیهای حسی و خروجی‌های حرکتی را برقرار می‌سازد. این رابطه، در واقع شبکه‌ای بغرنج از پاسخ به محرکهای متداخل را رقم می‌زند که ظهور «من» در زمینهٔ «جهان» را ممکن می‌سازد. واکنش نشان دادنِ این سیستم، فرآیندی است زمان گیر. یعنی از لحظهٔ ورود محرک به سیستم حسی تا مقطعِ ظهور واکنش در سیستم حرکتی، وقفه‌ای وجود دارد که عصب شناسان آن را زمان واکنش یا RT می‌نامند. این وقفه به متغیری به نام «توانمندی مرکزی زمان» یا TCA بستگی دارد که محدودیتهای سرعتِ عبور پیام و پردازش اطلاعات در دستگاه عصبی را نشان می‌دهد. این وقفه در حسهای گوناگون مقادیر متفاوتی دارد. مثلاً در دستگاه بینایی صد هزارم ثانیه است که بسیار از RT در سیستم شنوایی (یک هزارم ثانیه) بیشتر است. همین تفاوت در سرعت پردازش اطلاعات است که خطرِ ناهمزمان درک شدنِ چیزهای منفرد را پیش می‌آورد. تفاوت در RTهای گوناگون برای رخدادهایی که نزدیک به ما هستند، چشمگیر نیست. برای رخدادهایی که در فاصله‌ای کمتر از ده متریِ ما رخ می‌دهند، تفاوت سرعت پردازش در این دو سیستم -و تفاوت سرعت انتشار محرک در محیط- به قدری اندک است که رخدادها به صورت یکپارچه و همزمان درک می‌شوند. این فاصله در هر جانوری اندازه‌ای دارد، و با عنوان «افق همزمانی» شهرت دارد. برای رخدادهایی که فراتر از این افق قرار گرفته‌اند، دخالت مستقیم نظام زمان سازِ عصبی لازم است، تا پدیدار یکتا و یگانه فهمیده شود. اگر این سیستم در مسیر تکامل پدید نمی‌آمد، ما از پدیدارهایی که فراتر از افق همزمانی ما قرار دارند، درکی شبیه به رعد و برق پیدا می‌کردیم. یعنی نخست یکی از محرکهای مربوط به آن مثلاً نور را (به دلیل سرعت بیشترِ انتشار نور در محیط) ابتدا درک می‌کردیم و بعد محرکهای دیگرش (مثلا صدا) را می‌فهمیدیم. از بررسی مفهوم زمان واکنش، چند نکته آشکار می‌شود.
نخست آن که دستگاه عصبی ما اصولاً همپای دگرگونیهای محیطی واکنش نشان می‌دهد، ولی این دگرگونیها و آن واکنشها را دیرتر از زمان واقعی شان می‌فهمد. این بدان معناست که سیستم زنده همواره در دل تحولات محیطی شناور است و از نوسانات محیطی تأثیر می‌پذیرد، اما وقفه‌ای که از پردازش این نوسانات نتیجه می‌شود، همواره او را دیرتر از زمان واقعی نگه می‌دارد. به بیان ساده‌تر، مغز ما همواره تصاویری را از جهان خارج درک می‌کند که به ده تا صد هزارم ثانیه پیشتر از اکنونِ واقعی تعلق داشته‌اند. یعنی به دلایل عصب شناختی، ما همواره از زمان عقب هستیم. دومین نکته آن که پیوستگی زمان، و تداوم رخدادها، از دل روندهای پردازشی دستگاه عصبی زاده می‌شوند. این امر نیاز به توضیحی بیشتر دارد. دستگاه عصبی از واحدهایی کارکردی به نام نورون تشکیل یافته است که به طور گسسته عمل می‌کنند. یعنی بر اثر تحریک پیامی الکتریکی را به طور گسسته مخابره می‌کنند. به این ترتیب، ما انتظار داریم تصویرهایی که از این پیامهای گسسته نتیجه می‌شود، گسسته باشد. به عبارت دیگر، منطقی می‌نماید که دستگاه بینایی، تصویری از جهان به دست دهد که مانند عکاسی استروبوسکوپی، مقطعهایی گسسته و بریده بریده از تغییرات محیطی را بازنمایی کند. اما تجربهٔ درونی همهٔ ما نشان می‌دهد که درکمان از هستی امری پیوسته و سیال است و گسستگی در آن راه ندارد. اما این پیوستگی چطور پدید می‌آید؟ در واقع، محرکهای حسی ورودیهایی از جنس شلیک عصبی هستند که نوسانات منظم و ساختاریافتهٔ عادی شبکهٔ عصبی را متحول می‌کنند. پردازش عصبی، می‌تواند به صورت پیچیده تر شدنِ الگوی نوسانات یک شبکهٔ منسجم، زیر تأثیر ورودیهایی که به زبان همان نوسانات ترجمه شده‌اند، فهمیده شود. سرعت نوسانات عادی شبکهٔ عصبی در شرایطی که محرک بیرونی در کار نباشد -مثلا در وضعیت کُما یا خواب- آستانه‌ای در حدود ۳۰-۵۰ هزارم ثانیه دارد. این بدان معناست که نوسانات معمولِ شبکهٔ عصبی از کوانتوم‌های زمانی ای در این حدود برخوردار است. با توجه به این که سرعت شلیک هر نورون ۱-۵ هزارم ثانیه است، کوانتوم‌های ثبت و مخابرهٔ محرکهای حسی، از واحدهای زمانی لازم برای پردازش آنها بسیار کمتر است. در نتیجه، گسستگی سطح نورونی در نوسانات سطح شبکه‌ای محو می‌شود و جهان پیوسته درک می‌گردد.
از دید سیستمی، بدن جانداران، مانند هر سیستم پیچیدهٔ خودسازمانده و خودزایندهٔ دیگری، همواره زیر فشار محرکهای کاتوره‌ای و آشوب گونهٔ محیط بیرونی است. سیستم پیچیده، باید برای مدیریت روابط درونی خویش، از محورها و مرجعهایی زمانی/مکانی بهره برد، و این نیاز به سازگاری درونی است که ابداع زمان را ضروری می‌سازد چنان که گفتیم، سیستم پیچیده همواره کمی از اکنون عقب‌تر است. از دید ناظر فرضی ای که فراتر از دغدغهٔ چگونه پردازش کردنِ اطلاعات، هستی را همواره در اکنونِ آن می‌نگرد، پردازش اطلاعاتی که درک جهان در اکنون را ممکن می‌سازد، فرآیندی وقت گیر است که پایان یافتنش به گذرِ هستی از مقطعِ اکنون منتهی می‌شود. از دید سیستم، این وقفه‌ای که میان ورود محرکها و صدور پاسخ وجود دارد، همان اکنون است. سیستم، زمان را در اکنونی انتزاعی درک می‌کند که از مفصل بندی یک گذشتهٔ قطعی (ورودیهای حسی) و آینده‌ای نامعلوم (دامنه‌ای از خروجی‌های رفتاریِ ممکن) ساخته می‌شود. این وقفه، و این شکافی که بین گذشته و آینده پدید می‌آید، در واقع محصول پردازش اطلاعات در سیستم است. هستی، همواره در اکنونی صریح و بی پروا قرار دارد. این سیستم است که در وقفهٔ یاد شده، محرومیت از این اکنونِ خالص را با اختراع «اکنونِ» مصنوعی و تازه‌ای در شکاف میان گذشته و آینده جبران می‌کند.
وقفهٔ یاد شده، گرانیگاهی است که ابهام و تقارن در آن با هم جمع می‌آیند. سیستم، در این وقفه یک تصویر منحصر به فرد از هستی را به دست می‌آورد و به این ترتیب تقارن میان بیشمار تصویرِ ممکن از محیط خویش را در هم می‌شکند تا یکی از این تصویرها را بر بقیه ترجیح دهد. در همین وقفه، سیستم در مورد واکنش رفتاری خویش نیز تصمیم گیری می‌کند. به این ترتیب تقارنی رفتاری نیز می‌شکند و سیستم از میان بیشمار واکنش رفتاریِ ممکنِ پیشارویش، یک کردار را برمی گزیند و این همان است که به وقفهٔ یاد شده پایان می‌دهد و تبدیل دایمیِ آیندهٔ مبهم به گذشتهٔ قطعی را ممکن می‌کند. آینده به این دلیل مبهم و نامطمئن است که در کرانهٔ وقفهٔ یاد شده زاییده می‌شود. وقفه‌ای که ماهیتش، تقارن در بازنمایی (ابهام شناختی) و تقارن در نوع واکنش (تقارن رفتاری) است. به این دلیل است که آینده ماهیتی مبهم و «متقارن» دارد. آینده دامنه‌ای از امکانات است که همگی محتمل و غیرقطعی هستند. سیستم در همین وقفه باید این تقارن را بشکند و تکلیف خود را با محیط روشن کند. سیستم به تصویری صریح و یکتا از محیط نیاز دارد تا واکنشی مشخص و قاطع را توجیه کند. از این رو سیستم به طور دایم بر ابهام یاد شده غلبه می‌کند و تقارنهای دوگانهٔ یاد شده را از میان می‌برد. به این ترتیب، سیستم با چیرگی دایم بر وقفهٔ یاد شده، به طور مستمر از بازنمایی خویش از جهانِ پیرامونش، و الگوی رفتاری خویش، رفع ابهام می‌کند. این رفع ابهام همان است که آینده را به گذشته تبدیل می‌کند. اما وقفهٔ مورد نظر همچنان بر جای خود باقی است. چرا که سیستم همچنان از اکنونِ بیرونی اش عقب مانده است و ناچار است کل این چرخهٔ آفرینش گذشته را بار دیگر تکرار کند. چرخه‌ای که تقارن و ابهام را دستمایهٔ خلق اطلاعات و معنا قرار می‌دهد. چرخه‌ای که آیندهٔ بی محتوا و نامشخص و مه آلود را به خاطراتی مشخص و غنی از اطلاعات و تاریخچه‌هایی تثبیت شده فرو می‌کاهد. به تعبیری، سیستمِ خالقِ زمان، ماشینی است که در جریان کشمکش خویش با محیط، تاریخ ترشح می‌کند. وقفهٔ میان گذشته و آینده، در واقع وقفهٔ میان اکنونِ سیستم و اکنون محیط هم هست. این وقفه، به فاصلهٔ قطعی از غیرقطعی و آشکار از پنهان نیز دلالت دارد. سیستم در این وقفه ارزشمندترین دستاورد پیچیدگی خویش، و خطرناک ترین پیامد آن را به طور همزمان تجربه می‌کند. سیستم در این وقفه امکان انتخاب پیدا می‌کند. یعنی می‌تواند از میان چندین گزینهٔ معنایی (که از تقارن در بازنمایی‌های شناختیِ جهان ناشی می‌شود) و رفتاری (که محصولِ عدم قطعیت در رفتار آیندهٔ سیستم است)، یکی را بر گزیند. به این ترتیب سیستم در این وقفه خودمختار است. خودمختاری سیستم در این وقفه، نشانگر حضورعدم قطعیتی در رفتار وی است، که تنها توسط متغیرهای درونی اش رفع ابهام می‌شود. سیستمی که مقیم این وقفه است، می‌تواند رفتار خویش را خود تعیین کند، و از میان دامنه‌ای از برداشتها و کردارهای ممکن، یک تفسیر یگانه از جهان و یک پاسخ رفتاریِ یکتا را برگزیند. این همان آزادی است. سیستمها در وقفه‌ای که میان گذشته و آینده می‌اندازند، از جبر محیط فاصله می‌گیرند. اکنونِ پایدار و سمج حاکم بر محیط، همان چیزی است که جبر و قطعیتِ نهفته در نظم، یا رفتار کاتوره‌ای و آشوبگونهٔ تنیده در بی نظمی محیط را هم پشتیبانی می‌کند. سیستم با فاصله گرفتن از این اکنون و زایش اکنونی خودساخته در وقفهٔ یاد شده، ترکیبی نو از این جبر و آن آشوب را ایجاد می‌کند. سیستم در این مجالِ کوتاه، امکان تجربهٔ گوشه‌ای از آشوب (تقارن در بازنمایی و رفتار) و نظم دادن به آن را از راه انتخاب به دست می‌آورد. به این ترتیب، سیستمها در اکنون خودساخته شان انتخاب می‌کنند. وقفه، جایی است که در آن آزادی زاده می‌شود. آزادی، تنها محصول وقفه نیست. لمس تقارن و ابهام، پیامدی دیگر هم دارد، و آن ناامنی است. سیستمهایی که با عدم قطعیت در این وقفه روبرو هستند، امنیتِ ناشی از جبرِ محیط را از دست می‌دهند و به سودای بازیافت همین امنیت -البته به شکل نوین ودرونزادش- به طور مرتب این تقارن را می‌شکنند به این ترتیب، وقفهٔ اکنون، آزادی و ناامنی را به یک اندازه تولید می‌کند. سیستمها برای برخورداری از یکی و چیرگی بر دیگری، ساز و کارهای گوناگونی ابداع کرده‌اند که پرداختن به آنها رساله‌ای مستقل را در قلمرو نظریهٔ سیستمهای پیچیده می‌طلبد.
منبع
[ویرایش]کتاب فیزیک از آغاز تا امروز نوشته حسین جوادی چاپ دوم شهریور ۱۳۸۷ انتشارات اندرز