Barry Barish ontving de Nobelprijs voor de ontdekking van gravitatiegolven

Maak kennis met de Nobelprijswinnaar: ‘Tijdreizen is pure fantasie’

INTERVIEW: Tijd gaat niet achteruit en kan de lichtsnelheid niet overschrijden. Daarom is tijdreizen niet mogelijk. Maak kennis met Barry Barish, winnaar van de Nobelprijs voor Natuurkunde 2017 voor zijn ontdekkingen over gravitatiegolven.

INTERVIEW: Tijd gaat niet achteruit en kan de lichtsnelheid niet overschrijden. Daarom is tijdreizen niet mogelijk. Maak kennis met Barry Barish, winnaar van de Nobelprijs voor Natuurkunde 2017 voor zijn ontdekkingen over gravitatiegolven.

R. Hahn

1. Wat is de grootste wetenschappelijke ontdekking over tijd en ruimte?

De belangrijkste ontdekking is het verband tussen ruimte en tijd dat Albert Einstein presenteerde in zijn algemene relativiteitstheorie.

Onze drie dimensies vormen met tijd de zogeheten ruimtetijd: een dynamische grootheid die zich kan krommen en zo kan bepalen hoe dingen bewegen.

Dit besef is belangrijk voor ons fundamentele begrip van het heelal en zijn structuur, waaronder supernova’s en instortende sterren. Recent is de waarneming van zwarte gaten via de Event Horizon-telescoop waarschijnlijk de belangrijkste wetenschappelijke ontdekking.

Een navigatiesatelliet die met een snelheid van 4 km/s beweegt, verliest elke 300 jaar een seconde. In afstand uitgedrukt komt dat neer op 11 kilometer per dag.

2. Waar kunnen we kennis over ruimtetijd voor gebruiken?

Ons begrip van ruimtetijd is een voorwaarde om te begrijpen hoe het heelal werkt – van de studie van zwaartekracht in gravitatiegolven tot de krommingen van licht. Zelfs alledaagse technologieën zoals gps-systemen zijn gebaseerd op onze kennis van ruimtetijd.

Een navigatiesatelliet die met een snelheid van 4 km/s beweegt, verliest elke 300 jaar een seconde, omdat de tijd voor de satelliet een fractie langzamer gaat. Dat komt neer op 11 kilometer per dag, en het gps-systeem zou niet werken als we het niet corrigeerden.

3. De meesten van ons zien tijd als een absoluut lineair concept, maar klopt dat wel?

Omdat tijd relatief is, berust die conclusie op het kader waarop de relativiteit is gebaseerd.

Met andere woorden, tijd als lineair concept is correct zolang we op aarde zijn en ons in een normaal tempo voortbewegen. Maar als we met enorme snelheid reizen of de aarde achterlaten, dan is de relativiteit van de tijd anders.

De tijd beweegt bij enorm hoge snelheden in een ander tempo. Als je snel genoeg beweegt, zullen je tijd en je biologische klok langzamer gaan lopen ten opzichte van alles wat stilstaat.

De tijd beweegt bij enorm hoge snelheden in een ander tempo. Als je snel genoeg beweegt, zullen je tijd en je biologische klok langzamer gaan lopen ten opzichte van alles wat stilstaat.

4. Waarom is de ontdekking van gravitatiegolven zo belangrijk?

Ruim 100 jaar geleden voorspelde Einstein het bestaan van kleine gravitatiegolven die met de lichtsnelheid in het heelal worden verstrooid.

Met de waarneming daarvan hebben we een belangrijk onderdeel van de algemene relativiteitstheorie bevestigd. De ontdekking van gravitatiegolven was mogelijk dankzij het onderzoeksproject LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), dat trillingen in de ruimtetijd kan meten waarvan het effect overeenkomt met 1 duizendste van de diameter van een atoomkern die op aarde inslaat.

De waarneming die mijn collega’s en ik in 2015 deden, is afkomstig van een botsing tussen twee zwarte gaten ver in het heelal, circa 1,3 miljoen jaar geleden. Het leven op aarde ontwikkelde zich net van eencellig naar meercellig.

De grootste kosmische botsing ooit gemeten vond plaats tussen twee zwarte gaten met een gezamenlijk gewicht van 84 zonnemassa’s. Het grote zwarte gat links heeft 50 keer de massa van de zon, het kleinere rechts 34 keer.

© SPL

5. Op welke grote vragen over tijd hebben we nog steeds geen antwoord?

Waarom loopt de tijd maar één kant op? We gebruiken het causaliteitsargument om uit te leggen waarom dit zo is.

Causaliteit impliceert een ordening tussen variabelen in de tijd.

Dat wil zeggen, als A de oorzaak is van B, dan moet A noodzakelijkerwijs vóór B komen. Er zijn echter geen fundamentele wetten of beginselen in de natuurkunde die ons vertellen waarom de tijd slechts één kant op lijkt te lopen. Maar tot nu toe is het argument van oorzaak en gevolg de beste verklaring.

Enrico Fermi nam deel aan het Manhattanproject

Enrico Fermi (1901-1954) was natuurkundige en werkte aan ’s werelds eerste kernreactor.

© NARA

6. Welke persoon, levend of dood, zou u wel willen ontmoeten?

De Italiaans-Amerikaanse natuurkundige Enrico Fermi. Hij was zowel theoreticus als experimentalist.

In 1932 presenteerde Fermi zijn beroemde theorie van het bètaverval, waarmee hij een oud probleem in de kernfysica oploste. De theorie postuleerde een nieuwe fundamentele kracht, de wisselwerking genoemd, in de atoomfysica, waarbij het neutron in een atoom wordt omgezet in een proton door het uitzenden van een elektron en een zogeheten neutrino.

Aangespoord door het werk van Frédéric en Irène Joliot-Curie, die in 1934 kunstmatige radioactiviteit voortbrachten, ging Fermi naar het laboratorium en induceerde radioactiviteit door atomen te bestralen met neutronen – een ontdekking die hem in 1938 de Nobelprijs voor Natuurkunde opleverde. Fermi werkte later aan ’s werelds eerste kernreactor in het kader van het Manhattanproject.

7. Kan tijdreizen ooit werkelijkheid worden, en zo ja, hoe?

Tijd gaat niet achteruit en kan de lichtsnelheid van 300.000 km/s niet overschrijden. Daarom is het praktisch onmogelijk om terug in de tijd te reizen.

Het zou op zijn minst een andere opvatting van het huidige heelal vereisen, waarin tijd wordt beheerst door causaliteit en daarom slechts één kant op gaat: voorwaarts.

Sommige natuurkundigen beweren dat tijdreizen mogelijk is, maar dit is pure fantasie, niet gebaseerd op de wetten van de natuurkunde. Wormgaten kunnen bestaan, maar zelfs die kunnen de richting van de tijd niet omkeren.