"Tijd is wat verhindert dat alles tegelijkertijd gebeurt." De verklaring van natuurkundige John Wheeler vat terecht samen wat tijd doet in tegenstelling tot iets anders. Dit valt vooral op tegen de achtergrond van het feit dat onze jacht op de meest basale ingrediënten van de werkelijkheid ons niets bracht dat met tijd in verband kon worden gebracht. Einstein slaagde meer dan anderen: hij combineerde tijd met ruimte. Maar zelfs vóór hem was het duidelijk dat de wetten van de fysica hetzelfde werken, ongeacht of je vooruit gaat in de tijd of achteruit. En dat past gewoon niet bij onze ervaring. Wat is tijd? Hier zijn vijf van onze beste theorieën tot nu toe.
Tijd … is gewoon
In navolging van de algemene relativiteitstheorie kwam de kwantummechanica snel tot stand en vestigde het concept van tijd dat we gewend zijn. Het geroezemoes van de kwantumwereld komt overeen met het autoritaire tikken van een klok die zich buiten elk beschreven deeltjessysteem bevindt. De kwantummechanische weergave van tijd is echter niet overtuigend. Neem de Wheeler-DeWitt-vergelijking, die de kwantumtoestand van het hele universum beschrijft. Als dit systeem alles is wat we weten, waar zou de tikkende kwantumklok dan zijn?
Tijd … gewoon een illusie
Natuurkundige Julian Barbour denkt dat we de tijd misschien volledig moeten doden. Volgens hem moeten ruimte en tijd, verenigd door Einsteins algemene relativiteitstheorie, worden gescheiden. De enige manier om ruimte te definiëren, is naar zijn mening het te beschouwen als een geometrische relatie tussen de waargenomen deeltjes, ongeacht de tijd. Hij noemt elke configuratie een "momentopname" die bestaat in de "ruimte van mogelijkheden". In het concept van Barbour bestaan alleen deze beelden. Tijd is niet echt, maar alleen een gevolg van onze waarneming - een illusie die ontstaat doordat het universum voortdurend van de ene afbeelding naar de andere verandert.
Promotie video:
Tijd … is de pijl van entropie
Alleen hier raakt Barbour's plan geen subtielere kwestie. Al onze natuurkundige wetten zijn symmetrisch in de tijd, wat betekent dat, wiskundig gezien, alles even vooruit en achteruit in de tijd kan stromen. Met één uitzondering. De tweede wet van de thermodynamica stelt dat entropie, of de hoeveelheid wanorde, altijd in de loop van de tijd toeneemt in individuele verzamelingen van deeltjes en energie. De tweede wet legt uit waarom een pan met water bijvoorbeeld niet vanzelf kan opwarmen. De unieke asymmetrie van deze wet heeft ertoe geleid dat veel natuurkundigen dachten dat de extreem eenzijdige stroom van tijd geassocieerd is met entropie. Er is ook een kwantumversie van deze "entropische pijl van de tijd", ontwikkeld door natuurkundige Sandu Popescu van de Universiteit van Bristol in het VK. Popescu en zijn collega's lieten ziendat we de groeiende entropie kunnen zien als gevolg van de groei van kwantumverstrengeling.
Tijd … toch absoluut echt
Misschien is de pijl van de entropie van tijd niet het hele verhaal, zegt Lee Smolin van het Perimeter Institute in Waterloo, Canada. Hij merkt op dat als de entropie constant groeit, het heelal ten tijde van de oerknal in een staat van lage entropie (hoge orde) had moeten zijn. Maar er is geen verklaring waarom alles zo moet zijn. Dit brengt ons terug bij de vraag waarom onze natuurkundige wetten symmetrisch zijn in de tijd. Misschien hebben we gewoon de verkeerde wetten, zegt Smolin. Samen met collega's zoekt hij naar alternatieve fundamentele wetten waarin de richting van de tijd is ingebed. Het enige probleem is dat zijn vreemde benadering ertoe leidt dat wetten in de loop van de tijd veranderen.
Tijd … verdient gelijkheid
John Vaccaro van de Griffith University in Australië experimenteert om tijd en ruimte op gelijke voet te stellen. Kwantummechanica laat toe dat een deeltje op de ene plaats bestaat, maar niet op een andere. Misschien, zegt Vaccaro, staat het een deeltje toe om op het ene moment te bestaan, maar niet op een ander, zonder de noodzaak van interacties die het creëren of vernietigen.
Een poging om de vergelijkingen met dit in gedachten te corrigeren, leidde tot niets, omdat het de hoeksteen van de fysica schendt - de wet van behoud van massa. Maar Vaccaro laat zien dat onder het puin van deze vergelijkingen de kwantummechanica in gecorrigeerde vorm kan worden hersteld. We hebben alleen experimenteel bewijs nodig om dit idee te ondersteunen. In 2012 toonde het BaBar-experiment in het SLAC National Accelerator Center in Californië aan dat B-mesondeeltjes op verschillende tijdstippen anders vervallen. Misschien zit er meer achter de ideeën van Vaccaro.
ILYA KHEL
