Verleden. Het heden. Toekomst. Voor natuurkunde zijn ze allemaal hetzelfde. Voor jou, mij en alle anderen beweegt de tijd zich echter maar in één richting: van verwachtingen naar ervaringen en herinneringen. Deze lineariteit wordt de tijdas genoemd (ook wel de pijl van de tijd genoemd), en sommige natuurkundigen geloven dat het alleen in één richting beweegt voor mensen en andere soorten die zijn beweging alleen op deze manier kunnen waarnemen.
De kwestie van de tijdas wordt al geruime tijd door wetenschappers opgelost. En het belangrijkste aspect is niet of tijd überhaupt bestaat, maar in welke richting deze tijd zich werkelijk beweegt. Veel natuurkundigen geloven dat tijd zich manifesteert wanneer een voldoende aantal kleine elementaire deeltjes, individueel bestuurd door nogal vreemde wetten van de kwantummechanica, met elkaar in wisselwerking treden en gedrag vertonen dat al kan worden verklaard met behulp van de klassieke wetten van de fysica. Op de pagina's van de laatste uitgave van het Duitse tijdschrift Annalen der physic (hetzelfde tijdschrift op de pagina's waarvan Einsteins serie artikelen over algemene en speciale relativiteitstheorieën werd gepubliceerd) beweren twee wetenschappers echter dat de zwaartekracht niet sterk genoeg is omzodat absoluut alle objecten in het Universum het principe volgen van de richting van de tijdas verleden - heden - toekomst. In plaats daarvan geloven wetenschappers dat de tijdas zelf wordt gecreëerd door externe waarnemers.
Een van de belangrijkste moderne problemen in de natuurkunde is de aanpassing van de kwantummechanica aan de klassieke. In de kwantummechanica kunnen deeltjes superposities hebben. Een elektron kan bijvoorbeeld op twee plaatsen tegelijk voorkomen en het is onmogelijk om erachter te komen welke het is totdat je een observatie doet. Hier is het belangrijkste aspect waarschijnlijkheid. Het achterhalen van de locatie kan alleen experimenteel zijn.
De regels veranderen echter drastisch als elektronen in wisselwerking treden met andere objecten, bijvoorbeeld met luchtatomen, of als onderdeel van stofdeeltjes en, in het algemeen, alle soorten materie. Hier treden de regels van de klassieke mechanica in werking en wordt de zwaartekracht de belangrijkste factor in de interactie van deze deeltjes.
"De positie van het elektron, elk atoom, wordt bepaald door waarschijnlijkheid", zegt Yasunori Nomura, een natuurkundige aan de University of California, Berkeley.
Maar zodra ze een interactie beginnen te aangaan met grotere deeltjes of onderdeel worden van een object, zoals een honkbal, dan worden al deze individuele kansen op hun positie gemengd en wordt de kans dat al deze elektronen in superpositie zitten kleiner. Daarom zul je nooit zien hoe hetzelfde honkbal op twee plaatsen tegelijk kan zijn - in de handschoen van de vanger en uit het speelveld vliegen.
Het moment waarop de fysica van elementaire deeltjes botst (versmelt) met de klassieke mechanica wordt decoherentie genoemd. Vanuit het oogpunt van fysica gebeurt dit wanneer de richting van de stroom van tijd wiskundig significant wordt. Veel natuurkundigen geloven dat de tijdas precies is wat voortkomt uit decoherentie.
De bekendste theorie die het decoherentieprincipe verklaart, is de Wheeler-DeWitt-vergelijking. De theorie verscheen in 1965, toen natuurkundige John Wheeler lange tijd op het vliegveld in North Carolina (VS) moest blijven. Om de tijd te doden, vroeg hij zijn collega Bruce DeWitt om hem te ontmoeten. De twee wetenschappers ontmoetten elkaar en begonnen, zoals gewoonlijk, over verschillende theorieën te praten en 'met cijfers te spelen'. Op een gegeven moment kwamen beiden met een vergelijking waarvan Wheeler dacht (aangezien DeWitt hier sceptischer over was) de naad is tussen kwantummechanica en klassieke mechanica.
Promotie video:
De theorie bleek niet perfect te zijn. Het bleek echter erg belangrijk te zijn voor de natuurkunde. Veel wetenschappers zijn het erover eens dat het een belangrijk hulpmiddel is om alle eigenaardigheden van het proces van decoherentie en de zogenaamde kwantumzwaartekracht te begrijpen.
Ondanks het feit dat de tijdvariabele niet in de vergelijking is opgenomen (in de natuurkunde wordt tijd gemeten door de overgang van het ene object van de ene plaats naar de andere of een verandering in zijn toestand), vormt het de basis om alles in het universum met elkaar te verbinden.
In een nieuw wetenschappelijk artikel zeggen twee wetenschappers echter dat in de Wheeler-DeWitt-vergelijking de zwaartekracht de tijd te langzaam beïnvloedt om als een universele tijdas te worden geaccepteerd.
"Als je naar de voorbeelden kijkt en de berekeningen doet, blijkt dat de vergelijking niet verklaart hoe de richting van de tijd eruitziet", zegt Robert Lanza, bioloog, polymath en co-auteur van het artikel. (Lanza is een voorstander van biocentrisme - de theorie dat biologisch leven de realiteit om ons heen, tijd en het universum creëert - dat wil zeggen, leven creëert het universum, en niet andersom.)
De wetenschapper verklaart dit door het feit dat kwantumdeeltjes de eigenschappen van hun superposities moeten behouden totdat ze door de zwaartekracht worden gevangen. Als de zwaartekracht te zwak blijkt te zijn om de interactie tussen deeltjes tijdens hun decoherentie tot iets groters in stand te houden, zal het niet in staat zijn om de deeltjes in geen enkel scenario in dezelfde richting te laten bewegen.
Als wiskunde deze vraag niet kan oplossen, kan het antwoord in de waarnemer liggen. Dat is in onszelf. Tijd beweegt precies zoals het beweegt, omdat wij mensen aanvankelijk biologisch, neurologisch en filosofisch “geprogrammeerd” zijn om tijd op deze manier waar te nemen. Het is net als de kat van Schrödinger op macroniveau. Het is mogelijk dat het verre einde van het universum zich verplaatst van de toekomst naar het verleden, en niet andersom. Het is heel goed mogelijk dat wanneer we door telescopen kijken, de tijd verstrijkt vanuit deze toestand en een meer begrijpelijke richting van "verleden - toekomst" voor ons krijgt.
"In zijn werk over de relativiteitstheorie liet Einstein zien dat tijd relatief is ten opzichte van de waarnemer", zegt Lanza.
"Ons werk ontwikkelt dit idee en zegt dat in feite de toeschouwer zelf tijd creëert."
Deze theorie is natuurlijk niet nieuw te noemen. De Italiaanse natuurkundige Carlo Rovelli publiceerde vorig jaar hierover een artikel in de grootste open wetenschappelijke webbibliotheek ArXiv.org. Er zitten ook genoeg tegenstrijdigheden in. Nomura zegt bijvoorbeeld dat het nog niet duidelijk is hoe je erachter kunt komen of het concept van "observatietijd" echt is.
"Het antwoord hangt ervan af of het concept (concept) tijd wiskundig kan worden gedefinieerd zonder waarnemers in het systeem op te nemen", zegt de wetenschapper.
De auteurs van het artikel beweren dat er geen manier is om de waarnemer van welke vergelijking dan ook uit te sluiten, aangezien deze vergelijkingen standaard door mensen worden afgeleid en geanalyseerd.
Nomura merkt ook op dat de auteurs van de theorieën geen rekening hielden met het feit dat het hele universum in de zogenaamde overgangstoestand van "ruimte-tijd" bestaat.
"Als we het hebben over ruimte-tijd, hebben we het over een reeds decohere systeem."
Namura zei natuurlijk niet dat andere wetenschappers het helemaal bij het verkeerde eind hebben en dat natuurkunde nog steeds een onvolledige, onvolledige en onvolledige wetenschap is (en, interessant genoeg, het is moeilijk om hier tegen in te gaan), maar hij merkte op dat hij het volledig oneens is met de conclusies die zijn gemaakt door deze wetenschappers. Volgens hem zijn, net als de tijd zelf, alle interpretaties in de natuurkunde relatief.
NIKOLAY KHIZHNYAK