Wat als het tijdgedeelte in de ruimte-tijdcontinuümvergelijking letterlijk werd geëlimineerd? Een van de laatste onderzoeken geeft misschien aan dat de tijd langzaam en geleidelijk uit ons universum verdwijnt en op een dag volledig zal verdampen. Een radicaal nieuwe theorie zou de kosmologische puzzel kunnen verklaren die wetenschappers al jaren voor de gek houdt.
Wetenschappers hebben eerder het licht van verre exploderende sterren gemeten om aan te tonen dat het universum uitdijt, en de snelheid van deze uitdijing neemt voortdurend toe. Wetenschappers hebben gesuggereerd dat deze supernovae sneller uit elkaar vliegen dan de veroudering van het universum. Natuurkundigen concludeerden ook dat een of andere antizwaartekracht melkwegstelsels uit elkaar moet trekken, en ze begonnen deze onbekende kracht 'donkere energie' te noemen.
Het idee dat de tijd zelf in miljarden jaren zou kunnen verdwijnen - en dat alles zal stoppen - werd in 2009 voorgesteld door de professoren Jose Senovilla, Mark Mars en Raul Vera van de Universiteit van Baskenland in Bilbao en de Universiteit van Salamanca in Spanje. Het gevolg van deze kardinale beweging van de tijd zelf naar het einde toe is een alternatieve verklaring voor "donkere energie" - een mysterieuze antizwaartekracht die is voorgesteld om enkele kosmische verschijnselen te verklaren.
Maar tot op de dag van vandaag weet niemand wat donkere energie werkelijk is en waar het vandaan komt. Professor Senovilla en zijn collega's hebben een ongelooflijk alternatief bedacht. Wetenschappers hebben voorgesteld om een dergelijk concept als donkere energie helemaal uit te sluiten en onze opvattingen te heroverwegen. Volgens Senovilla houden we onszelf voor de gek door te denken dat het universum zich uitbreidt terwijl deze tijd in feite langzamer gaat. Op het alledaagse niveau zal deze vertraging onmerkbaar zijn. Maar als je de voortgang van het heelal over miljarden jaren volgt, zal alles op kosmische schaal duidelijk worden. Deze verandering zal vanuit menselijk oogpunt oneindig langzaam zijn, maar vanuit kosmologisch oogpunt, waarvan de kracht om het licht van oude zonnen die miljarden jaren geleden scheen te bestuderen, kan het gemakkelijk worden gemeten.
Een voorstel van een groep wetenschappers, gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review D, sluit donkere energie uit als fictie. In plaats daarvan verklaart Senovilla de schijn van versnelling door de geleidelijke vertraging van de tijd zelf.
Als de tijd geleidelijk vertraagt "en we naïef onze vergelijkingen blijven gebruiken om veranderingen in de snelheid van expansie te bepalen ten opzichte van het normale tijdsverloop, dan toont het eenvoudige model dat in ons werk wordt gedemonstreerd een effectieve versnelling van deze expansie".
Momenteel kunnen astronomen de mate van uitdijing van het heelal bepalen met behulp van de zogenaamde "roodverschuiving" -methode. Deze techniek is gebaseerd op het inzicht dat sterren die van ons af bewegen roder zijn dan sterren die in onze richting bewegen. Wetenschappers zijn op zoek naar een bepaald soort supernova, die in dit opzicht de maatstaf is geworden. De nauwkeurigheid van deze metingen gaat echter uit van tijdinvariantie door het hele universum. Als de tijd vertraagt, verandert volgens de nieuwe theorie onze eenzame tijdsdimensie langzaam in een nieuwe ruimtelijke dimensie. Dus de verre, oude sterren die kosmologen vanuit ons perspectief waarnemen, lijken te versnellen.
Ondanks al hun radicalisme en ongekendheid blijven deze ideeën niet zonder steun. Gary Gibbons, een kosmoloog aan de Universiteit van Cambridge, zegt dat het concept voordelen heeft. "Wij geloven dat de tijd verscheen in het proces van de oerknal, en als de tijd kan verschijnen, dan kan deze ook verdwijnen - dit is precies het tegenovergestelde effect."
Bestaat tijd?
In 2011 suggereerden wetenschappers van het Bista Research Center in Ptuj, Slovenië, dat Newtons idee van tijd als een absolute waarde die vanzelf vloeit, evenals de veronderstelling dat tijd de vierde dimensie van ruimte-tijd is, onjuist waren. Ze stelden voor om deze concepten van tijd te vervangen door meer passend bij onze fysieke wereld: tijd als een kwantitatieve volgorde van veranderingen.
In twee artikelen die in de Physics Essays zijn gepubliceerd, hebben Amrit Sorli, David Fiscalletti en Duchamp Klinard geprobeerd uit te leggen dat wat we bedoelen met tijd eigenlijk een absolute fysieke grootheid is die de rol speelt van een onafhankelijke variabele (tijd, t, vaak is de X-as in het coördinatensysteem die de evolutie van het fysieke systeem toont). Maar, zoals wetenschappers opmerken, meten we nooit t. We meten de frequentie en snelheid van een object. Tijd zelf is een puur wiskundige grootheid en bestaat fysiek niet.
Dit standpunt betekent niet dat tijd niet bestaat, maar dat tijd meer met ruimte te maken heeft dan met het idee van absolute tijd. Dus hoewel wordt aangenomen dat vierdimensionale ruimtetijd vaak bestaat uit drie dimensies van ruimte en één dimensie van tijd, suggereert de mening van wetenschappers dat het juister zou zijn om ruimtetijd weer te geven in de vorm van vier dimensies van ruimte. Met andere woorden, het universum is "tijdloos".
"Minkowski-ruimte is niet drie dimensies plus tijd, maar vier dimensies", schreven de wetenschappers. De opvatting dat tijd wordt gerepresenteerd door een fysieke entiteit waarin materiële verandering plaatsvindt, wordt vervangen door een geschikter beeld waarin tijd simpelweg de numerieke volgorde van materiële verandering is. Deze visie reageert beter op de fysieke wereld en verklaart beter de momentane fysieke verschijnselen: zwaartekracht, elektrostatische interactie, informatieoverdracht tijdens het EPR-experiment en andere."
Wetenschappers geven een voorbeeld van dit concept van tijd door een foton af te beelden dat tussen twee punten in de ruimte beweegt. De ruimte ertussen bestaat volledig uit Planck-lengtes, dat wil zeggen uit de kleinste afstanden die een foton tegelijkertijd kan overbruggen. Wanneer een foton de lengte van Planck aflegt, wordt het beschreven als uitsluitend reizen in de ruimte en niet in absolute tijd. Een foton kan worden gezien als bewegend van punt 1 naar punt 2, en zijn positie op punt 1 is letterlijk "vóór" de positie op punt 2, aangezien het cijfer 1 voor het cijfer 2 in de getallenreeks komt. Numerieke volgorde is niet gelijk aan temporele volgorde, dat wil zeggen, cijfer 1 in de tijd bestaat niet vóór cijfer 2, alleen numeriek.
Zonder tijd te gebruiken als de vierde dimensie van ruimte-tijd, zou de fysieke wereld nauwkeuriger kunnen worden beschreven. Zoals natuurkundige Enrico Prati opmerkte in een recente studie, is Hamiltoniaanse dynamica (vergelijkingen in de klassieke mechanica) zeer duidelijk gedefinieerd zonder het concept van absolute tijd.
Andere wetenschappers merkten op dat het wiskundige model van ruimte-tijd niet overeenkomt met de fysieke realiteit, en stelden voor om een tijdloze "toestand van de ruimte" te gebruiken, die een nauwkeuriger kader zou opleveren. Wetenschappers merkten ook de vervalsing van twee concepten van tijd op. Het concept van tijd als de vierde dimensie van ruimte - als de fundamentele fysieke container waarin een experiment plaatsvindt - kan bijvoorbeeld worden vervalst door een experiment waarin tijd niet bestaat.
Achilles en de schildpad
Behalve dat het een nauwkeuriger beschrijving geeft van de aard van de fysieke werkelijkheid, kan het idee van tijd als een kwantitatieve volgorde van verandering Zeno's Achilles en de Turtle-paradox oplossen. In deze paradox probeert Achilles de schildpad in een race in te halen. Maar hoewel Achilles 10 keer sneller kan rennen dan een schildpad, zal hij een schildpad nooit inhalen, want wanneer Achilles een bepaalde afstand rent, legt de schildpad een tiende van die afstand af. Dus wanneer Achilles het punt bereikt waar de schildpad was, zal hij nog steeds een beetje voor zijn. Hoewel de conclusie dat Achilles de schildpad nooit kan ontlopen duidelijk onjuist is, zijn er veel andere verklaringen voor deze paradox.
De paradox kan worden opgelost door de snelheid opnieuw te definiëren, zodat de snelheid van beide hardlopers wordt bepaald door de numerieke volgorde van hun bewegingen, en niet door hun beweging en richting in de tijd. Vanuit dit oogpunt zullen Achilles en de schildpad alleen door de ruimte bewegen, en Achilles zal zijn tegenstander zeker in de ruimte inhalen, maar niet in absolute tijd.
Enkele van de meer recente studies hebben vraagtekens geplaatst bij de theorie dat de hersenen tijd voorstellen als een interne "klok" die neurale tics uitzendt, en suggereerden dat de hersenen tijd vertegenwoordigen als een ruimtelijke verdeling door de activering van verschillende neurale knooppunten te registreren. Hoewel we gebeurtenissen in het verleden, het heden of de toekomst waarnemen, kunnen deze concepten gewoon deel uitmaken van het psychologische raamwerk waarbinnen we materiële veranderingen in de ruimte ervaren.
In ieder geval, als deze theorie wiskundig kan worden beschouwd (in de vorm van een oplossing voor het probleem van de pijl van de tijd), blijft er nog een onbeantwoorde vraag over: wat is tijd?
Ilya Khel