Alles is niet zo eenvoudig
Stel je voor dat je een gebroken ei op je gezicht hebt, en dit is geen stijlfiguur. Een poging om met eieren te jongleren resulteerde erin dat een van de eieren op je hoofd viel en brak, en nu moet je naar de douche en je omkleden.
Maar zou het niet gemakkelijker zijn om de tijd een minuut terug te draaien? Het ei brak tenslotte in slechts een paar seconden - waarom kun je niet hetzelfde doen, precies het tegenovergestelde? Zet gewoon de schaal weer in elkaar, gooi het eiwit en de dooier erin - en dat is alles. Je zou een schoon gezicht hebben, schone kleren en geen dooier in je haar.
Het klinkt belachelijk - maar waarom? Waarom kan ik deze actie niet ongedaan maken? In feite is hierin niets onmogelijk. Er is geen natuurwet die dit zou verbieden.
Bovendien melden natuurkundigen dat elk moment dat zich in het dagelijks leven voordoet, op elk moment in de tegenovergestelde volgorde kan plaatsvinden. Dus waarom zou je de eieren niet "terugbreken", de lucifer "terugbranden" of zelfs het been terug "ontwrichten"?
Waarom gebeuren deze dingen niet elke dag? Waarom is de toekomst überhaupt anders dan het verleden? Deze vraag ziet er vrij eenvoudig uit, maar om hem te beantwoorden, moet je teruggaan naar de geboorte van het universum, je naar de atomaire wereld wenden en de grenzen van de fysica bereiken.
Zoals vele verhalen in de wereld van de natuurkunde, dateert deze uit de grote natuurkundige Isaac Newton. De builenpest verslond Groot-Brittannië in 1666, en zij was het die Newton dwong om Cambridge University te verlaten en naar huis te gaan bij zijn moeder, die op het platteland in Lincolnshire woonde. Daar verveelde Newton zich en ging, afgezonderd van de buitenwereld, natuurkunde op.
Hij ontdekte drie bewegingswetten, waaronder de beroemde stelregel dat elke actie zijn eigen oppositie heeft. Hij kwam ook met een verklaring waarom de zwaartekracht werkt.
Promotie video:
De wetten van Newton zijn ongelooflijk effectief in het beschrijven van de wereld om ons heen. Ze kunnen veel verschijnselen verklaren, van waarom appels van bomen vallen tot waarom de aarde om de zon draait.
Maar ze hebben een vreemde eigenschap - ze werken op dezelfde manier en vice versa. Als een ei breekt, zeggen de wetten van Newton dat het naar zijn oorspronkelijke staat kan terugkeren. Dit is duidelijk verkeerd, maar vrijwel elke theorie die sinds Newton door wetenschappers is ontwikkeld, heeft precies hetzelfde probleem.
De natuurkundige wetten houden eenvoudigweg geen rekening met hoe de tijd stroomt - vooruit of achteruit. Ze geven er net zo veel om als informatie over of u met uw rechterhand of met uw linkerhand schrijft. Maar het maakt je zeker uit!
Voor zover je weet, heeft tijd een pijl die zijn richting aangeeft, en is hij altijd op de toekomst gericht. U kunt oost en west door elkaar halen, maar u zult nooit gisteren en morgen door elkaar halen. De fundamentele natuurwetten maken echter geen onderscheid tussen verleden en toekomst.
De eerste persoon die serieus met dit probleem werd geconfronteerd, was de Oostenrijkse natuurkundige Ludwig Boltzmann, die leefde in de tweede helft van de 19e eeuw. In die tijd waren alle ideeën die nu als axioma worden aanvaard, controversieel.
Vooral natuurkundigen waren er niet zo van overtuigd als nu dat alles in de wereld bestaat uit deeltjes die atomen worden genoemd. Volgens de meeste natuurkundigen kon het idee van atomen niet worden bewezen, het kon niet worden geverifieerd door praktische methoden.
Boltzmann was ervan overtuigd dat atomen echt bestaan, dus gebruikte hij dit idee om alle alledaagse dingen uit te leggen, zoals de vlam van vuur, het werk van de longen, en ook waarom thee afkoelt als je erop blaast. Hij dacht dat hij al deze dingen kon begrijpen door gebruik te maken van het concept dat hem zo nabij was - de theorie van atomen.
Sommige natuurkundigen waren onder de indruk van Boltzmanns werk, maar de meesten wezen het af. Hij werd al snel verbannen door de wetenschappelijke gemeenschap vanwege zijn ideeën.
Hij was het echter die liet zien hoe atomen verband houden met de aard van tijd. In die tijd verscheen de theorie van de thermodynamica, die beschrijft hoe warmte zich gedraagt. De tegenstanders van Boltzmann stonden erop dat de aard van hitte niet kon worden beschreven; ze zeiden dat warmte gewoon warmte is.
Boltzmann besloot te bewijzen dat ze ongelijk hadden, en de hitte wordt veroorzaakt door de chaotische beweging van atomen. Hij had gelijk, maar hij moest de rest van zijn leven zijn standpunt verdedigen.
Boltzmann begon met iets vreemds te proberen uit te leggen - 'entropie'. Volgens de wetten van de thermodynamica heeft alles in de wereld een bepaalde hoeveelheid entropie, en wanneer er iets met dit object gebeurt, neemt de entropie toe.
Als je bijvoorbeeld ijsblokjes in een glas water doet, smelten ze en stijgt de entropie in het glas. En de groei van entropie verschilt van alles in de natuurkunde - het proces beweegt zich in één richting. Natuurkundigen hebben zich lang afgevraagd of het verloop van de tijd wordt bepaald door een toename van entropie.
Zoals u wellicht vermoedt, was Boltzmann de eerste die deze kwestie aan de orde stelde, maar toen begonnen vele andere wetenschappers deze kwestie te bestuderen. Als resultaat werd het duidelijk dat de tijd mogelijk in de tegenovergestelde richting zou kunnen stromen - maar alleen als de entropie afneemt, wat simpelweg onmogelijk is.
Als de tijd echter in de tegenovergestelde richting kan stromen, is het mogelijk om een tijdmachine te bouwen. In 2009 organiseerde de Britse natuurkundige S. Hawking een feest voor tijdreizigers - de truc was dat hij een jaar later uitnodigingen voor het feest stuurde (geen van de gasten kwam opdagen).
Dus terug in de tijd reizen is hoogstwaarschijnlijk onmogelijk. Zelfs als deze mogelijkheid bestond, beweren Hawking en anderen dat je nooit een punt in de tijd kunt bereiken tot het moment dat je tijdmachine werd gebouwd.
Maar een reis naar de toekomst? Dit is een ander verhaal. Natuurlijk racen wij allemaal tijdreizigers in de stroom van tijd van het verleden naar de toekomst met een snelheid van één uur per uur. Maar als een rivier stroomt de tijdstroom met verschillende snelheden op verschillende plaatsen. De moderne wetenschap biedt verschillende manieren om de toekomst dichterbij te brengen. Hier is een samenvatting van hun essentie.
De gemakkelijkste en meest praktische manier om in de verre toekomst te komen, is door heel snel te gaan. Volgens de relativiteitstheorie van Einstein, wanneer je reist met een snelheid die dicht bij de snelheid van het licht ligt, vertraagt de tijd voor jou in relatie tot de buitenwereld.
Het is niet alleen een hypothese of gedachte-experiment, het is een meetresultaat. Met behulp van twee identieke atoomklokken (sommige vlogen in een straalvliegtuig, andere bleven stationair op aarde), hebben natuurkundigen bewezen dat vliegende klokken langzamer tikken vanwege de snelheid.
In het geval van een vliegtuig is het effect minimaal. Maar als je aan boord van een ruimtevaartuig zou reizen met 90% van de lichtsnelheid, zou de tijd 2,6 keer langzamer gaan dan op aarde. En hoe dichter je snelheid de lichtsnelheid nadert, hoe extremer tijdreizen wordt.
De hoogste snelheid die dankzij menselijke technologie wordt bereikt, kan de snelheid worden genoemd waarmee protonen rond de Large Hadron Collider vliegen - 99,9999991% van de lichtsnelheid. Met behulp van de relativiteitstheorie kan men berekenen dat één seconde voor een proton gelijk is aan 27.777.778 seconden of, in de praktijk, 11 maanden voor ons.
Verrassend genoeg houden deeltjesfysici rekening met vertraging bij het omgaan met rottende deeltjes. In het laboratorium vervallen muondeeltjes doorgaans in 2,2 microseconden. Maar snel bewegende muonen, die worden geproduceerd wanneer kosmische straling de bovenste atmosfeer bereikt, vervallen 10 keer langer.
De volgende methode is ook geïnspireerd door het werk van Einstein. Volgens zijn algemene relativiteitstheorie, hoe meer je de zwaartekracht voelt, hoe langzamer de tijd beweegt. Als je bijvoorbeeld dichter bij het centrum van de aarde komt, neemt de zwaartekracht toe. De tijd gaat langzamer voor je benen dan voor je hoofd.
Nogmaals, dit effect is gemeten. In 2010 plaatsten natuurkundigen van het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology twee atoomklokken op planken, de ene 33 cm hoger dan de andere, en maten het verschil in tikkende snelheid. De klok op de plank eronder tikte langzamer omdat hij iets meer onderhevig was aan de zwaartekracht.
Om in de verre toekomst te zijn, hebben we alleen een plek met een extreem sterke zwaartekracht nodig, zoals een zwart gat. Hoe dichter je bij de grens komt, hoe langzamer de tijd beweegt - maar dit is riskant, want als je de grens overschrijdt, kun je nooit meer terugkeren. Het effect is in ieder geval niet zo sterk, dus de trip is het waarschijnlijk niet waard.
Stel dat je de technologie hebt om lange afstanden af te leggen om bij een zwart gat te komen (het dichtstbijzijnde is ongeveer 3000 lichtjaar verwijderd). Tijdens de reis zelf zal de tijd veel meer vertragen dan tijdens de reis door het zwarte gat zelf.
(De situatie beschreven in Interstellar, waar een uur op een planeet in de buurt van een zwart gat het equivalent is van zeven jaar op aarde, is te extreem en volkomen onmogelijk voor ons universum, zegt Kip Thorne, de wetenschappelijk adviseur van de film.)
Misschien wel het meest verbazingwekkende is dat GPS-systemen bij hun werk rekening moeten houden met de effecten van tijddilatatie (zowel vanwege de snelheid van de satellieten als de zwaartekracht die erop inwerkt). Zonder deze correcties kan de gps op de telefoon uw positie op aarde niet bepalen, zelfs niet binnen een straal van enkele kilometers.
Een andere optie om naar de toekomst te reizen, is de perceptie van tijd te vertragen door de levensprocessen van je lichaam te vertragen of te stoppen en ze vervolgens opnieuw te starten.
Bacteriële sporen kunnen miljoenen jaren in onderbroken animatie leven totdat de juiste temperatuur, vochtigheid en voedselomstandigheden hun metabolisme opnieuw beginnen. Sommige zoogdieren, zoals beren en eekhoorns, kunnen hun metabolisme tijdens de winterslaap vertragen, waardoor de behoefte van hun cellen aan zuurstof en voedsel aanzienlijk afneemt. Zullen mensen ooit hetzelfde kunnen doen?
Hoewel de volledige stopzetting van het metabolisme van het lichaam nog niet onderhevig is aan moderne wetenschap, werken sommige wetenschappers eraan om het effect van een korte "winterslaap" van enkele uren te bereiken. Dit kan voldoende tijd zijn om de persoon te helpen overleven, bijvoorbeeld tijdens een hartstilstand, voordat ze naar het ziekenhuis kunnen worden gebracht.
Een andere techniek die het lichaam in een onderkoelde ‘winterslaap’ brengt - het vervangen van bloed door koude zoutoplossing - heeft gewerkt bij varkens en wordt momenteel in Pittsburgh klinisch getest bij mensen.
De algemene relativiteitstheorie biedt ook de mogelijkheid om snel door tijd-ruimtetunnels te reizen, waardoor afstanden van miljarden lichtjaren of gewoon verschillende tijden kunnen worden overbrugd.
Veel natuurkundigen, waaronder S. Hawking, geloven dat de ruimte-tijd-tunnels, die constant op verschillende plaatsen in de kwantumschil verschijnen, veel kleiner zijn dan atomen.
De truc is om er een te pakken en het op te schalen tot menselijke proporties - een prestatie die enorm veel energie vereist, maar alleen in theorie mogelijk is.
Pogingen om een dergelijke methode te bewijzen zijn mislukt, uiteindelijk vanwege de onverenigbaarheid tussen de algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica.
Gebaseerd op materiaal uit het tijdschrift "Unknown"
