Natuurkundige doodt de tijd

Toekomst is waarschijnlijker

Tegenwoordig proberen theoretisch natuurkundigen de tijd op onconventionele manieren te benaderen.

Hoewel het verstrijken van de tijd voor iedereen vanzelfsprekend is, zijn natuurkundigen als de Italiaan Carlo Rovelli ervan overtuigd dat tijd een illusie is.

Rovelli is slechts een van de vele wetenschappers die hebben geprobeerd meer greep te krijgen op de tijd. Een van de belangrijkste was de Oostenrijkse natuurkundige Ludwig Boltzmann.

In 1877 bracht hij ons wat dichter bij de opheldering van wat verleden, heden en toekomst scheidt, toen hij met een formule kwam voor entropie: een maatstaf voor de mate van wanorde.

Dat we altijd van verleden naar toekomst gaan, zoals van een heel naar een gebroken ei, en niet omgekeerd, komt doordat de entropie toeneemt.

De moleculen van het ei kunnen namelijk op oneindig veel meer manieren worden verspreid als het ei kapot is ten opzichte van de hele toestand van het ei.

Het is dus veel waarschijnlijker dat de onderdelen van het ei zich in een of andere vorm van fragmentatie bevinden dan in een geheel.

Naarmate de tijd verstrijkt, spelen de gebeurtenissen zich logischerwijze in een volgorde af waarbij het onwaarschijnlijke – dat het ei heel is – wordt gevolgd door het waarschijnlijke – dat het ei kapot is.

In theorie is het niet onmogelijk dat het ei weer heel wordt en naar het eierdopje op tafel zweeft – het is alleen uiterst onwaarschijnlijk.

De entropietheorie van Boltzmann vertelt ons niet wat de fundamentele aard van de tijd is, alleen wat de schijnbare richting ervan is.

Ze gaat er ook van uit dat het heelal begon met extreme orde, en het over miljarden jaren alleen maar chaotischer kan zijn.

Verder heeft de theorie een cruciale beperking: ze is alleen zinvol voor objecten die uit vele elementaire deeltjes zijn samengesteld.

Maar als onderzoekers naar de elementaire deeltjes op zich kijken, heeft de tijd geen voorkeursrichting – die kan beide kanten op.

Einstein schrapte het heden

Boltzmanns entropie geeft ons geen fundamentele verklaring van tijd. Zo’n verklaring heeft een theorie nodig die niet alleen onze perceptie van het verstrijken en de richting van de tijd omvat, maar ook de tijd als vierde dimensie.

In 1905 stelde de natuurkundige Albert Einstein vast dat de tijd niet overal in het heelal even snel verloopt.

Met zijn speciale relativiteitstheorie toonde Einstein aan dat het verstrijken van de tijd afhangt van de snelheid, en dat daarom twee klokken ongelijk gaan lopen als de ene sneller beweegt dan de andere.

Tijd is een extra dimensie waar niet iedereen even snel doorheen gaat.

En in 1915 ontdekte Einstein dat de klokken niet alleen ongelijk lopen door snelheidsverschillen. Met zijn algemene relativiteitstheorie legde hij een verband tussen ruimte en tijd en verklaarde hij de zwaartekracht als een kromming van de ruimtetijd.

Alle materie in het heelal beïnvloedt zowel de ruimte als de tijd eromheen, dus hoe dichter je bij een zwaar voorwerp bent, hoe langzamer de tijd gaat.

Als de tijd flexibel is, kennen we geen ‘nu’ meer en hebben we geen gemeenschappelijk begrip van wat verleden en toekomst is.

De theorie strookt slecht met onze intuïtie, maar talloze experimenten hebben haar bevestigd.

Nieuwe theorie heeft geen tijd nodig

Het gevolg van Einsteins theorie is dat tijd niet lineair is, maar relatief en flexibel. Carlo Rovelli gaat nog een stapje verder. Hij werkt aan een theorie die Einsteins relativiteitstheorie combineert met de kwantummechanica, en neemt de tijd daarin niet eens mee.

In de kwantummechanica wordt de natuur steeds verdeeld in kleine, begrensde porties. Rovelli is ervan overtuigd dat dit ook geldt voor de ruimte zelf.

In de theorie van de zogeheten luskwantumzwaartekracht bestaat de ruimte uit piepkleine lusjes, elk zo’n 10⁻³⁵ meter lang, die met elkaar verweven zijn tot een zeer fijnmazig netwerk. Kleiner dan dit bestaat gewoon niet in deze theorie.

In Rovelli’s theorie zijn ruimte noch tijd fundamentele grootheden, maar ontstaan ze als gevolg van relaties tussen de lusjes. Er is geen verleden of toekomst, er zijn alleen fysische grootheden die zich in relatie tot elkaar ontwikkelen.

Tijd bestaat niet echt, er zijn alleen gebeurtenissen – zoals Aristoteles vond dat tijd alleen een maatstaf voor verandering is, want als er niets gebeurde, zou de tijd ook niet voorbijgaan.

Dat wij de tijd als vast ervaren en een idee hebben van de richting, komt volgens Rovelli door ons beperkte perspectief en onze geringe kennis van de vele aspecten van het heelal.

Wij hebben slechts te maken met een klein deel van de wereld, dus we hoeven ons geen zorgen te maken over de flexibele tijd van de relativiteitstheorie. En het piepkleine netwerk van gebeurtenissen in de werkelijkheid van de kwantummechanica zien we niet.

Als we het verband tussen alle gebeurtenissen in het heelal kennen, zijn we de tijd voorbij. Maar in onze grofkorrelige wereld lijkt de tijd vooruit te gaan, ook al bestaat hij niet in de natuurkundewetten die het heelal op het meest fundamentele niveau beschrijven.

Niet iedereen is het met Rovelli eens; de Amerikaanse natuurkundige Lee Smolin neigt bijvoorbeeld naar de opvatting dat tijd juist de meest fundamentele grootheid is. De rest van het heelal, met inbegrip van de ruimte zelf en alle natuurkundewetten, vloeit voort uit de tijd.

Smolin noemt de vraag naar de aard van de tijd zelfs de belangrijkste in de theoretische natuurkunde – en al zijn natuurkundigen het niet eens over wat tijd is, ze zijn niet in de loopgraven gaan zitten.

Ze wisselen juist ideeën uit in hun gezamenlijke strijd om tot een allesomvattende natuurkundetheorie te komen die ook de tijd verklaart.

Ze zijn het erover eens dat een beter begrip van tijd van cruciaal belang is voor een Theorie van Alles. En heeft het heelal daarin een intrinsiek uurwerk of niet? De tijd zal het leren.