Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Daar zijn de verborgen tijdmachines van het heelal

Het heelal zit wellicht vol met een netwerk van zogeheten wormgaten: sluiproutes door tijd en ruimte. Tot nu toe waren ze onzichtbaar, maar nu hebben natuurkundigen manieren gevonden om ze te vinden en kunnen we toegang krijgen tot de tijdmachines van het heelal.

De liefde tussen de mooie jonge Romeo en Julia is verzengend, maar hun families haten elkaar en staan onder geen beding een huwelijk toe, dus de ongelukkige geliefden worden verbannen naar elk een sterrenstelsel.

Maar Romeo en Julia zijn natuurkundigen en buitengewoon slim, dus ontdekken ze in het diepste geheim een wormgat tussen de twee stelsels. Van buitenaf zien de openingen van het wormgat eruit als twee zwarte gaten, het ene in Romeo’s stelsel en het andere in dat van Julia.

De jonge geliefden werpen zich elk in een zwart gat en de families denken dat hun ondraaglijke verlangen naar elkaar ze tot zelfmoord heeft gedreven.

Zo zou het klassieke drama van Shakespeare over Romeo en Julia zich kunnen voltrekken als het werd herschreven in een sciencefictionversie. En het zou zelfs goed af kunnen lopen.

Door de extreme gravitatievelden in het wormgat schieten Romeo en Julia door de tunnel tussen de twee openingen, en in het midden vallen ze elkaar eindelijk in de armen. Ze zijn niet alleen ergens anders in de ruimte terechtgekomen – verborgen voor hun boze families – maar ook ergens anders in de tijd.

De tijdmachines van het heelal zijn gecamoufleerd als zwarte gaten.

Het idee dat het heelal wormgaten kan bevatten die plaatsen en tijden met elkaar kunnen verbinden, vindt zijn oorsprong in Einsteins relativiteitstheorie. Als wormgaten bestaan, zullen ze gecamoufleerd zijn als zwarte gaten, en natuurkundigen hebben ze tot dusver niet kunnen vinden, juist omdat we niet kunnen zien wat er zich in een zwart gat afspeelt.

Maar nu duiden nieuwe theorieën erop dat bijzondere kenmerken van wormgaten het mogelijk maken ze te ontdekken – en zo de ingebouwde tijdmachines van het heelal te vinden.

Tijdreizen - wormgaten harten van sterrenstelsels

In het hart van de meeste sterrenstelsels bevinden zich superzware zwarte gaten. Sommige zijn misschien ingangen naar wormgaten.

© Shutterstock

Ruimtetijd vormt een U

Wormgaten zijn een natuurkundige mogelijkheid, want de zwaartekracht beïnvloedt – volgens de relativiteitstheorie – zowel ruimte als tijd. Einstein koppelde de drie dimensies van ruimte aan de tijd tot de vierdimensionale ruimtetijd.

Wij kunnen ons niets vierdimensionaals voorstellen, dus de ruimtetijd wordt vaak verbeeld als een mat die een kuil in het midden krijgt onder invloed van voorwerpen met massa.

De zwaartekracht van een bescheiden massa als de aarde kromt de ruimtetijd nauwelijks, denk maar aan de kuil die ontstaat in een zachte stoel waar je op gaat zitten. Maar enorme, compacte massa’s zoals zwarte gaten of neutronensterren creëren zo’n extreme kromming dat de ruimtetijd een diepe kuil eromheen vormt.

En als twee van deze zwaartekrachtkuilen verbonden zijn, kan de ruimtetijd een U-vormige zak vormen.

Wormgaten verbinden verleden en toekomst

Wormgaten zijn rechte sluipwegen tussen gebieden van de ruimtetijd die gekromd zijn door enorme massa’s als superzware zwarte gaten. Een reis door het gat kan leiden naar een ver sterrenstelsel in een andere tijd.

Als een lichtdeeltje de ene poot van de U inkomt, door de boog trekt en er bij de andere poot weer uitkomt, is het vlak bij het beginpunt. En als het deeltje op een recht kanaal tussen de twee poten stuit, kan het daardoorheen glippen en terugkeren naar een plaats waar het eerder was, en in het verleden landen.

En vice versa: Als het lichtdeeltje al op de heenweg door het kanaal glipt, kan het zich de lange reis door de U besparen en terugschieten naar de toekomst.

Als wormgaten bestaan, zijn het dus kortere wegen door tijd en ruimte waarmee reizen naar verleden en toekomst mogelijk zijn. En in principe kunnen we elkaar in het midden ontmoeten – net als Romeo en Julia.

Exotische materie baant de weg

Wormgaten kwamen eind jaren 1980 pas echt op de wetenschappelijke agenda toen de Amerikaanse Nobelprijswinnaar Kip Thorne berekende dat het theoretisch mogelijk was een ruimteschip door de tunnel van het wormgat te sturen. Maar daarvoor zou de tunnel opengehouden moeten worden door zogeheten exotische materie.

Alle gewone materie heeft massa en dus positieve energie, die aantrekkingskracht uitoefent via de zwaartekracht. Maar exotische materie, die letterlijk uit minder dan niets bestaat, heeft negatieve energie.

Dit maakt exotische materie afstotend, dus als de wormtunnel een dunne schil van exotische materie heeft, houdt die het kanaal open en kan het ruimteschip erdoorheen naar een andere plaats en tijd reizen.

Het klinkt als je reinste fantasie, maar experimenten hebben minuscule gebieden van negatieve energie voortgebracht en bewezen dat exotische materie wel degelijk bestaat.

Wormgaten zijn eeuwenoud

De hypothese dat sommige superzware zwarte gaten eigenlijk ingangen tot wormgaten zijn, werd in 2006 geopperd door de Russische natuurkundige Igor Novikov van de Universiteit van Kopenhagen.

Aangenomen wordt dat er vele zwarte gaten zijn ontstaan vlak na de oerknal, toen de ruimtetijd in de oersoep van het heelal zo compact was dat hij op schuim leek. Daardoor kwamen sommige jonge zwarte gaten met elkaar in contact en werden ze verbonden door tunnels, waarmee ze wormgaten werden.

De uitdijing van het heelal heeft de wormgaten uitgerekt.

Met de uitdijing van het heelal hebben wormgaten zich verspreid naar alle uithoeken van het heelal, waarbij hun tunnels sterrenstelsels met elkaar verbinden en een kosmisch netwerk van sluiproutes door tijd en ruimte vormen.

Sommige tunnels kunnen onderweg zijn gescheurd als gevolg van de uitdijing van de ruimte, waardoor de wormgatopeningen zijn veranderd in gewone superzware zwarte gaten in het hart van sterrenstelsels.

Een vooraanstaand wormgatonderzoeker, Juan Maldacena van Princeton University in de VS, bedacht ook de kleine sciencefictionversie van Romeo en Julia. Maldacena’s berekeningen tonen aan dat de wormgatopeningen in twee stelsels zo’n geometrie kunnen hebben dat het mogelijk is erin te duiken en elkaar in het midden te ontmoeten.

Maar de jonge geliefden zullen er volgens Maldacena niet meer uit komen. Door de uitdijing van het heelal in alle richtingen trekken de openingen van het wormgat zo snel uit elkaar dat Romeo en Julia nooit het einde van de tunnel bereiken, ook al vliegen ze er met bijna de lichtsnelheid door.

Tijdreizen - Thorne en Maldacena

Kip Thorne ontdekte dat het theoretisch mogelijk is om een ruimteschip door een wormgat te sturen. Juan Maldacena denkt dat het ruimteschip er nooit uit zal komen, omdat het gat steeds langer wordt.

© Caltech/UPI/Ritzau Scanpix & ICTS

Andere onderzoekers zijn het niet eens met deze interpretatie. De Russische natuurkundige Michail Piotrovitsj van het Centraal Astronomisch Observatorium in Sint-Petersburg denkt dat atomen die de sluiproute door een wormgat nemen, uit de andere opening zullen opduiken als plasmabellen van 10 biljoen ºC.

Daarmee is het volgens hem theoretisch ook mogelijk om helemaal door het gat te reizen. Sterker nog, we kunnen die wormgaten vinden.

Tijdreizen - wormgat zuigt gas aan

Straling wijst de weg naar wormgaten

Van buitenaf lijken sterrenstelselkernen op superzware zwarte gaten, maar sommige kunnen ingangen tot wormgaten zijn. Nieuw onderzoek laat zien hoe we de wormgaten kunnen vinden, bijvoorbeeld met de Fermi-telescoop.

Shutterstock & Malene Vinther
Tijdreizen - wormgat zuigt gas aan

1. Het wormgat zuigt gas aan

De opening van een wormgat, zoals een superzwaar zwart gat, slokt gas op van een draaiende schijf rond het gat. Volgens een nieuwe theorie sturen de gravitatievelden van het wormgat gas uit beide openingen door de tunnel met bijna de lichtsnelheid.

Shutterstock & Malene Vinther
Tijdreizen - plasmabel

2. Botsing creëert plasmabel

Midden in de tunnel passeren de twee gasstromen elkaar, en door botsingen tussen de deeltjes stijgt de temperatuur drastisch. Dit creëert een plasmabel met een duizelingwekkende temperatuur van 10 biljoen ºC.

Shutterstock & Malene Vinther
Tijdreizen - plasmabel vervoert deeltjes

3. De bel groeit uit naar de openingen

De plasmabel zet explosief uit en voert de gasdeeltjes mee naar de twee openingen van het wormgat. Hier stroomt het gloeiende plasma naar alle kanten en zendt het extreem energierijke gammastralen uit.

Shutterstock & Malene Vinther
Tijdreizen - Straling verraadt wormgat

4. Straling verraadt het wormgat

Door de straling van de gasschijf valt het wormgat te onderscheiden van een zwart gat, bijvoorbeeld met de ruimtetelescoop Fermi. Een zwart gat zendt alleen gammastralen uit van deeltjesstromen die loodrecht uit het gat naar buiten schieten, maar niet van de gasschijf.

Shutterstock & Malene Vinther

Piotrovitsj heeft berekend wat er gebeurt als twee tunnelopeningen van een wormgat beide gas opslokken. Ten eerste worden de atomen in het gas versneld door de extreem sterke gravitatievelden bij de mondingen, van waaruit zij met bijna de lichtsnelheid door de buis schieten.

Midden in de tunnel storten ze in tot een bel van 10 biljoen ºC heet plasma, die sterk uitzet. De expansie stuwt de gasdeeltjes verder door de tunnel en uit de wormgatopeningen. Hier zendt het plasma energierijke gammastralen alle kanten op.

Dit is niet het geval met de gasschijf rond een superzwaar zwart gat, dat gas opslokt, en daarom kunnen astronomen nu een wormgat detecteren met behulp van NASA’s Fermi-ruimtetelescoop, die gammastralen waarneemt.

Als Piotrovitsj gelijk heeft, kunnen Romeo en Julia in principe weer uit het wormgat ontsnappen.

Andere natuurkundigen verklaren op een andere manier hoe wormgaten gecamoufleerd kunnen worden als superzware zwarte gaten.

Een wormgat in de Melkweg

De-Chang Dai van de Yangzhou-universiteit in China en Dejan Stojkovic van de universiteit van Buffalo in de VS hebben de omstandigheden dicht bij het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg doorgerekend. Het gas rond het zwarte gat is al op, waardoor astronomen de baan van de ster S2 in kaart kunnen brengen, die op slechts 20 miljard kilometer afstand om het gat draait.

Als het superzware zwarte gat in ons eigen sterrenstelsel een opening van een wormgat is, en als de andere opening ook wordt omringd door een nabije ster, zal er een directe wederzijdse massa-aantrekkingskracht zijn tussen de twee sterren via de tunnel. En dat zal zijn stempel drukken op de baan van S2, zo blijkt uit de berekeningen.

De volgende generatie reuzentelescopen met spiegels van 30-40 meter, zoals de Extremely Large Telescope in Chili, zal een voldoende scherp beeld hebben om de invloed op de baan te onthullen. Als die invloed gedocumenteerd is, hebben we onze eigen lokale poort naar tijdreizen in het heelal gevonden.

Tijdreizen - De ster S2

De ster S2 draait om het zwarte gat in het midden van de Melkweg (l). Als het gat een wormgat is, zal de ELT-telescoop (r) kunnen zien dat de baan van de ster wordt beïnvloed door sterren voorbij de tweede opening van het wormgat.

© M. Kornmesser/ESO & L. Calçada/ESO

Het idee van tijdreizen is fascinerend, maar ook eng, omdat het indruist tegen onze normale perceptie van tijd als een vaste grootheid. Maar blijkbaar is er niets in de natuurkundewetten wat hun bestaan verhindert.

Vliegtuigreizen naar de toekomst

We hebben al bewezen dat het mogelijk is om naar de toekomst te reizen. Het gebeurt gewoon als we bewegen, vooral met hoge snelheid.

Het is misschien moeilijk te begrijpen, maar stel je voor dat tijd een rivier is die van het verleden naar de toekomst stroomt. We zitten allemaal in een boot, drijvend met de stroom mee. Om naar de toekomst te reizen, hoeven we alleen maar de motor te starten, zodat de boot sneller vaart dan de stroom.

Op die manier reizen miljoenen mensen elke dag een paar miljardste van een seconde naar de toekomst met vliegtuigen die 1000 kilometer per uur vliegen. Maar het tijdsverschil is zo klein dat we het niet voelen, en het kan alleen worden gemeten met een atoomklok.

Als we echt snelheid willen gebruiken om naar de toekomst te reizen, moeten we een ruimteschip bouwen dat met bijna de lichtsnelheid vliegt, en aan boord zal de tijd beduidend langzamer verstrijken.

Als astronauten naar de dichtstbijzijnde ster en weer terug reizen, verstrijkt er een jaar van hun leven, maar als ze op aarde landen, zullen er tien jaren zijn verstreken sinds hun vertrek. Ze zijn in de toekomst geland.

Het voorbeeld, gebaseerd op de speciale relativiteitstheorie van Einstein, toont aan dat gelijktijdigheid niet bestaat over grote afstanden in de ruimte, omdat het verstrijken van de tijd afhangt van de snelheid van de waarnemer.

Bovendien voorspelt de theorie dat de tijd wordt beïnvloed door grote massa’s; hoe groter een massa is, hoe sterker het gravitatieveld is en hoe trager de tijd verstrijkt. Dit is ook op aarde gemeten, waar de tijd op een bergtop iets sneller verstrijkt dan op zeeniveau, omdat de bergtop verder van het zwaartepunt in het centrum van de planeet ligt.

Als we konden reizen naar een compacte neutronenster met een diameter van 10-20 kilometer en een massa groter dan die van de zon, zou het effect veel duidelijker zijn, omdat de tijd bij de ster wel 30 procent langzamer gaat dan op aarde.

Een reis naar een neutronenster brengt ons eeuwen in de toekomst.

Dus als het supersnelle ruimteschip na zijn reis naar de ster naar huis terugkeert, zullen de astronauten eeuwen in de toekomst landen.

De invloed van de zwaartekracht op de tijd betekent ook dat Romeo en Julia niet bang hoeven te zijn dat ze hun familie tegenkomen als ze ooit besluiten terug te keren naar hun stelsel. Hun verblijf in het gravitatieveld van het wormgat zal hun tijd zozeer vertragen dat ze zo ver in de toekomst ‘terugkeren’ dat niemand ze zal kennen.

Reizen naar het verleden zijn gevaarlijk

Terwijl reizen naar de toekomst reeds op kleine schaal mogelijk is, zijn reizen terug in de tijd meer speculatief – maar ze zijn in beginsel mogelijk als er wormgaten in de ruimtetijd bestaan.

Het reizen naar het verleden brengt echter problemen met zich mee die onoplosbaar lijken. Neem nu de zogeheten grootvaderparadox: Wat gebeurt er als je teruggaat in de tijd en je je opa vermoordt voordat hij kinderen heeft? Dan zou je nooit geboren zijn, maar wie zou je grootvader dan vermoorden?

Naar aanleiding van deze paradox beweerde de legendarische Britse natuurkundige Stephen Hawking dat er domweg een onbekend mechanisme in de wetten van de natuurkunde moet zijn dat tijdreizen verhindert.

Igor Novikov is gematigder. Hij is van mening dat we in principe het verleden kunnen bezoeken, maar dat we het niet kunnen veranderen op een wijze die het heden of de toekomst uitsluit.

Hoe dan ook, als de tijdmachine wordt uitgevonden, kunnen we alleen terugreizen naar de dag dat hij voor het eerst werd gebruikt. Dus we kunnen niet naar de oude Egyptenaren op vakantie en kijken hoe ze de piramiden bouwen. En om dezelfde reden hebben we, voor zover we weten, nog nooit een bezoeker uit de toekomst gehad.

Lees ook:

Log in

Ongeldig e-mailadres
Wachtwoord vereist
Toon Verberg

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

Nieuwe gebruiker? Krijg nu toegang!

Reset wachtwoord

Geef je mailadres op, dan krijg je een e-mail met aanwijzingen voor het resetten van je wachtwoord.
Ongeldig e-mailadres

Voer je wachtwoord in

We hebben een mail met een wachtwoord gestuurd naar

Nieuw wachtwoord

Enter a password with at least 6 characters.

Wachtwoord vereist
Toon Verberg