De toekomst kan het verleden veranderen

De toekomst kan het verleden veranderen

In onze wereld is tijd chronologisch en komt vandaag vóór morgen. Maar deeltjes kunnen misschien heen en weer reizen en het verleden beïnvloeden. Zo is de grootste uitdaging van de natuurkunde op te lossen: het verenigen van Bohrs kwantummechanica en Einsteins relativiteitstheorie.

Shutterstock

Gebeurtenissen vinden plaats in chronologische volgorde, het verleden beïnvloedt het heden en het heden is van belang voor de toekomst.

Maar stel je voor dat je morgen van je fiets valt en je been breekt – en vandaag al met je been in het gips stil moet zitten.

Zo kan het zijn in de zogeheten kwantummechanica, een tak van de natuurkunde die zich bezighoudt met het niveau van atomen en deeltjes.

Volgens een nieuwe kwantumtheorie kunnen de deeltjes van atomen, zoals elektronen en fotonen, ongehinderd door de tijd reizen en fysieke omstandigheden beïnvloeden.

Deeltjes zijn op afstand verbonden

De theorie is een herinterpretatie van de meest wonderlijke experimenten waarbij deeltjes verstrengeld raken.

Wanneer twee elektronen in zo’n experiment botsen, zijn hun kwantumtoestanden vervlochten – ze zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden, waardoor hun toestand op elkaar afgestemd is, zelfs over immense afstanden.

Voordat de onderzoekers de spin (dat is de draairichting) van de twee elektronen meten, draaien de deeltjes zowel met de klok mee als tegen de klok in. De spin ligt pas vast als de meting wordt verricht.

En precies wanneer de meting aantoont dat het ene elektron tegen de klok in draait, draait het andere met de klok mee – al kunnen de elektronen niet communiceren via signalen.

Bohr en Einstein in debat

De traditionele verklaring hiervoor komt van de Deense natuurkundige Niels Bohr, de vader van de kwantummechanica.

Bohr was ervan overtuigd dat de twee verstrengelde elektronen één systeem vormen, waarbij ze door tijd en ruimte heen zijn verbonden en op elkaar zijn afgestemd, ook al zijn ze te ver uit elkaar om signalen uit te wisselen. Dit verschijnsel wordt non-lokaliteit genoemd.

In de jaren 1930 discussieerde Bohr verhit met Albert Einstein, die niet geloofde in kwantummechanische onbepaaldheid.

Volgens Einstein zijn atoomdeeltjes net zo reëel als biljartballen en trekken ze zich niets aan van onze metingen.

Hij was er ook van overtuigd dat een deeltje zich altijd in een bepaalde toestand bevindt, hoewel we die niet kennen voordat we die meten.

‘God dobbelt niet,’ zei de natuurkundige over deze dubbele toestand van de deeltjes in de kwantummechanica.

Einstein geloofde ook niet in de afstemming van de deeltjes, die hem ‘spookachtig’ voorkwam.

Deze druist in tegen zijn speciale relativiteitstheorie, die stelt dat niets de snelheid van het licht kan overschrijden – wat ook geldt voor de onderlinge afstemming van twee deeltjes.

Volgens Einstein begint een fysiek proces altijd door een lokale oorzaak – lokaliteit.

Nieuwe proeven geven uitsluitsel ... of niet?

De discussie werd beslist in 1982, toen de Franse natuurkundige Alain Aspect Bohrs verklaring bevestigde met een experiment.

Aspect stuurde twee verstrengelde deeltjes elk naar een detector zo ver uit elkaar dat de deeltjes op het moment van meting geen signalen konden uitwisselen.

Toch waren de twee deeltjes op elkaar afgestemd, zoals de non-lokale kwantummechanica stelt. Ook veel andere experimenten hebben sindsdien dezelfde non-lokale resultaten vertoond.

Daarmee leek het een uitgemaakte zaak – totdat de twee natuurkundigen Matthew Leifer van Chapman University in de VS en Matthew Pusey van het Perimeter Institute for Theoretical Physics in Canada in 2018 hun theorie van de zoheten retrocausaliteit presenteerden.

Deze theorie kon eindelijk Bohrs kwantummechanica met Einsteins relativiteitstheorie verenigen.

Deeltjes reizen door de tijd

De theorie combineert de verstrengeling met Einsteins logische verband van lokale oorzaken en gevolgen – en doet dat door de tijd zowel heen als terug te laten lopen.

Als we het ene elektron van een verstrengeld paar meten en zo zijn draairichting bepalen, reist het deeltje terug naar de tijd waarin de twee elektronen verstrengeld raakten.

In dit verleden wordt nu de informatie over het meetresultaat overgedragen op het andere elektron, waarna de beide elektronen weer naar het meetmoment met de op elkaar afgestemde spin terugkeren.

De meting is de lokale oorzaak die het proces start, en een toekomstige meting kan daarom zowel het verleden als het heden beïnvloeden.

Retrocausaliteit druist tegen het gezond verstand in, maar de meest basale wetten van de natuurkunde staan de tijdsomkeer, waarin tijd beide kanten op kan, niet in de weg.

Alle tijd bestaat tegelijkertijd

De moderne kosmologie is gebaseerd op een voortschrijdende tijd, die begon toen het heelal 13,8 miljard jaar geleden ontstond na de oerknal. Maar als het heden werkelijk een illusie is, verstrijkt de tijd helemaal niet.

Volgens Leifer en Pusey zijn verleden, heden en toekomst één groot blok van tijd en ruimte.

Dit blokuniversum is vergelijkbaar met een sudoku, waarbij het geen zin heeft om de getallen netjes op volgorde van links naar rechts te zetten.

Natuurkundigen rekenen met het hele blokuniversum, waarin alle tijd samenhangt, zoals je bij een sudoku het verband moet overzien om hem op te kunnen lossen.

Als het blokuniversum van Leifer en Pusey inderdaad bestaat, had Einstein gelijk toen hij stelde dat God niet dobbelt. God maakt een sudoku.

Lees ook:

Elementen
Periodiek systeem

Elementen - lees over de fantastische elementen van de aarde.

1 minuut
Sådan knækker du spaghetti i to.
Natuurkunde

Zo moet je spaghetti breken

1 minuut
Natuurkunde

10 uitvindingen dankzij Einstein

5 minuten
Meest populair

Log in

Fout: Ongeldig e-mailadres
Wachtwoord vereist
ToonVerberg

Al abonnee? Heb je al een abonnement op ons tijdschrift? Klik hier

Nieuwe gebruiker? Krijg nu toegang!