Stel je voor dat de tijd achteruit loopt. Mensen zullen jonger worden, niet ouder, en na een lang leven van geleidelijke verjonging - alles vergeten wat ze weten - sterven ze als baby's. We zagen een soortgelijk tijdsverloop in de held van de roman van Francis Fitzgerald "The Mysterious Story of Benjamin Button". Maar verrassend genoeg is ook de richting van de tijd een probleem waarmee kosmologen worden geconfronteerd.
Dus waarom gaat de tijd altijd vooruit? Zal het altijd zo zijn?
Heeft de tijd een begin?
Elk universeel concept van tijd moet uiteindelijk gebaseerd zijn op de evolutie van de kosmos zelf. Als je naar het universum kijkt, zie je gebeurtenissen die in het verleden hebben plaatsgevonden - het kost tijd voordat het licht van de sterren ons bereikt. In feite kan zelfs de eenvoudigste waarneming ons helpen de kosmologische tijd te begrijpen: bijvoorbeeld het feit dat de nachtelijke hemel donker is. Als het universum een oneindig verleden had en oneindig in omvang was, zou de nachtelijke hemel absoluut helder zijn - gevuld met het licht van een oneindig aantal sterren in de ruimte, dat altijd heeft bestaan.
Wetenschappers, waaronder Albert Einstein, dachten lange tijd dat het universum statisch en oneindig was. Waarnemingen sindsdien hebben aangetoond dat het in feite uitbreidt en versnelt. Dit betekent dat het uit een compactere toestand moet komen, die we de oerknal noemen, wat impliceert dat de tijd wel een begin heeft. Als we licht genoeg oud zoeken, kunnen we zelfs de relictstraling van de oerknal zien - de kosmische microgolfachtergrond. Dit besef was de eerste stap bij het bepalen van de ouderdom van het universum.
Maar er is een addertje onder het gras: Einsteins speciale relativiteitstheorie laat zien dat tijd relatief is: hoe sneller je beweegt ten opzichte van je vriend, hoe langzamer de tijd voor jou zal zijn in verhouding tot zijn perceptie van tijd. Dus in ons universum van uitdijende melkwegstelsels, ronddraaiende sterren en ronddraaiende planeten, verandert de ervaring van tijd: alle verleden, heden en toekomst zijn relatief.
Is er een universele tijd?
Promotie video:
Het blijkt dat aangezien het universum gemiddeld overal hetzelfde is en er gemiddeld in alle richtingen hetzelfde uitziet, er 'kosmische tijd' is. Om het te meten, hoeven we alleen maar de eigenschappen van de kosmische microgolfachtergrond te meten. Kosmologen hebben dit gebruikt om de ouderdom van het universum te bepalen; zijn ruimtetijdperk. Het blijkt dat het universum 13,799 miljard jaar oud is.
Pijl van de tijd
Dus we weten dat de tijd waarschijnlijk begon tijdens de oerknal. Maar één vraag blijft: wat is tijd?
Om het antwoord te vinden, moeten we kijken naar de basiseigenschappen van ruimte en tijd. In de dimensie van ruimte kun je heen en weer bewegen; reizigers ervaren dit elke dag. Maar tijd is anders, het heeft een richting, je gaat altijd vooruit, en niet andersom. Dus waarom is het meten van tijd onomkeerbaar? Dit is een van de belangrijkste onopgeloste problemen in de natuurkunde.
Om uit te leggen waarom de tijd zelf onomkeerbaar is, moeten we processen in de natuur vinden die ook onomkeerbaar zijn. Een van de weinige van dergelijke concepten in de natuurkunde (en het leven!) Is dat dingen na verloop van tijd minder "netjes" worden. We beschrijven dit met behulp van een fysieke eigenschap genaamd entropie, wat staat voor iets geordend.
Stel je een gaskist voor waarin alle deeltjes aanvankelijk in een hoek waren geplaatst (een geordende toestand). Na verloop van tijd zullen ze van nature de neiging hebben om de hele doos te vullen (ongeordende toestand), en het kost energie om de deeltjes terug te brengen naar een geordende toestand. Het is onomkeerbaar, het is net als het breken van een ei om een omelet te maken - als het eenmaal uiteenvalt en de pan vult, verandert het nooit meer in de vorm van een ei. Hetzelfde geldt voor het universum: naarmate het evolueert, neemt de totale entropie toe.
Het blijkt dat entropie een redelijk goede manier is om de pijl van de tijd te verklaren. En hoewel het universum misschien ordelijker lijkt te worden, niet minder - zich verplaatst van een wilde zee van relatief gelijkmatig verdeeld heet gas in de vroege stadia naar sterren, planeten, mensen en artikelen op tijd - is het nog steeds mogelijk dat het in wanorde groeit. Dit komt omdat zwaartekracht, geassocieerd met grote massa's, materie in ogenschijnlijk geordende staten kan trekken - met de toenemende wanorde waarvan we denken dat deze had moeten plaatsvinden, op de een of andere manier verborgen is in zwaartekrachtvelden. Dus de stoornis kan groeien, zelfs als we het niet zien.
Maar waarom begon het universum, gezien de neiging van de natuur om wanorde te begunstigen, in zo'n ordelijke staat? Dit wordt nog steeds als een mysterie beschouwd. Sommige onderzoekers beweren dat de oerknal misschien niet eens het begin was, er kunnen zelfs "parallelle universums" zijn waar de tijd in verschillende richtingen stroomt.
Zal de tijd opraken?
De tijd heeft een begin gehad, maar of het een einde zal hebben, hangt af van de aard van de donkere energie die ervoor zorgt dat het sneller uitzet. De snelheid van deze expansie zou uiteindelijk het universum uit elkaar kunnen scheuren, waardoor het in de Grote Scheur zou eindigen; als alternatief zou donkere energie kunnen vervallen, de oerknal omkeren en het universum eindigen in een grote compressie; of het universum zou zich voor altijd kunnen uitbreiden.
Maar zal een van deze toekomstscenario's op tijd eindigen? Welnu, volgens de vreemde regels van de kwantummechanica kunnen kleine willekeurige deeltjes tijdelijk uit het vacuüm vallen - iets dat constant wordt waargenomen in deeltjesfysica-experimenten. Sommigen beweren dat donkere energie zulke "kwantumfluctuaties" kan veroorzaken, waardoor een nieuwe oerknal ontstaat, onze tijdlijn eindigt en een nieuwe begint. Hoewel dit buitengewoon speculatief en hoogst onwaarschijnlijk is, weten we dat we alleen het lot van het universum kennen als we duistere energie begrijpen.
Dus wat is de meest waarschijnlijke uitkomst? De tijd zal het leren.
