Tijd is iets vreemds. We zijn gewend om klokken te tellen, maar het universum heeft geen soort hoofdklok en wijzerplaat, wat betekent dat we tijd op verschillende manieren kunnen ervaren, afhankelijk van hoe we bewegen of hoe de zwaartekracht ons beïnvloedt. Natuurkundigen hebben geprobeerd de twee grote theorieën van de fysica te combineren om te concluderen dat niet alleen tijd niet universeel consistent is, maar dat alle klokken die we gebruiken om het te meten, de stroom van tijd in de ruimte om hen heen vertroebelen.
Ten eerste betekent dit niet dat uw wandklok u zal helpen sneller ouder te worden. We hebben het over klokken in experimenten met hoge precisie, zoals atoomklokken. Een groep natuurkundigen van de Universiteit van Wenen en de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen trok conclusies uit de kwantummechanica en de algemene relativiteitstheorie om te stellen dat het vergroten van de nauwkeurigheid van een klok in dezelfde ruimte ook de tijdvervorming verhoogt.
Laten we even stoppen en proberen in eenvoudige woorden uit te drukken wat fysici op dit moment weten.
De kwantummechanica beschrijft het universum uiterst nauwkeurig op de kleinste schaal, waar alles in het rijk van subatomaire deeltjes gaat en krachten die op de kortste afstanden werken. Ondanks al zijn nauwkeurigheid en bruikbaarheid stelt de kwantummechanica ons in staat om voorspellingen te doen die in tegenspraak zijn met onze dagelijkse ervaringen.
Een van die voorspellingen is het Heisenberg-onzekerheidsprincipe, dat stelt dat wanneer je één parameter met een hoge nauwkeurigheid kent, de meting van de tweede parameter minder nauwkeurig wordt. Hoe meer u bijvoorbeeld de positie van een object in tijd en ruimte verfijnt, hoe minder u zeker kunt zijn van het momentum.
En het is niet dat iemand slimmer is of dat iemand betere apparatuur heeft - het universum werkt in principe zo, het is fundamenteel. Elektronen botsen niet tegen protonen vanwege de balans tussen "onzekerheid" van positie en momentum.
Een andere manier om ernaar te kijken is dat om de positie van een object met de hoogste precisie te bepalen, we rekening moeten houden met een onvoorstelbare hoeveelheid energie. Wanneer toegepast op onze hypothetische klok, betekent het verdelen van de tweede in breuken in onze klok dat we steeds minder weten over de energie van de klok. En dit is waar de algemene relativiteitstheorie om de hoek komt kijken - een andere bewezen theorie in de natuurkunde, alleen wordt er tijd meer gebruikt om uit te leggen hoe massieve objecten elkaar op afstand beïnvloeden.
Dankzij het werk van Einstein begrijpen we dat er een gelijkwaardigheid is tussen massa en energie, uitgedrukt door de formule E = mc2. Energie is gelijk aan massa maal het kwadraat van de lichtsnelheid. We weten ook dat tijd en ruimte met elkaar verbonden zijn, en deze ruimte-tijd is niet alleen een lege doos - massa, en dus energie, kan ruimte-tijd buigen.
Promotie video:
Dit is de reden waarom we interessante effecten zien, zoals gravitatielenzen, wanneer massieve objecten zoals sterren en zwarte gaten het pad van het licht met hun massa vervormen. En het betekent ook dat massa kan leiden tot gravitationele tijddilatatie, wanneer de tijd dichterbij komt, hoe dichter bij de bron van de zwaartekracht.
Hoewel deze theorieën goed worden ondersteund door experimenten, kunnen ze helaas nauwelijks met elkaar overweg. Daarom proberen natuurkundigen een nieuwe theorie te creëren die in beide theorieën zou passen en die correct zou zijn. We blijven echter onderzoeken hoe deze theorieën dezelfde verschijnselen als tijd beschrijven. Zoals in feite in dit artikel.
Natuurkundigen hebben de hypothese dat het meten van tijd met hoge precisie een toenemend energieverbruik vereist, wat automatisch de nauwkeurigheid van metingen in de onmiddellijke omgeving van elk tijdregistratieapparaat vermindert.
"Onze bevindingen suggereren dat we onze ideeën over de aard van tijd moeten heroverwegen wanneer zowel de algemene relativiteitstheorie als de kwantummechanica in aanmerking worden genomen", zegt onderzoeker Esteban Castro.
Welke impact heeft dit dagelijks op ons? Zoals vaak het geval is met theoretische fysica, vooral geen.
Hoewel de kwantummechanica technisch van toepassing is op "grote" dingen, hoeft u zich geen zorgen te maken als uw stopwatch een fractie van een seconde tikt; een zwart gat gaat niet open om je pols. Alle bovenstaande conclusies zijn alleen relevant voor horloges in zeer nauwkeurige experimenten, veel geavanceerder dan die momenteel worden ontwikkeld.
Maar hoe beter we begrijpen hoe klokken en tijd in het bijzonder werken, althans in theorie, hoe beter we het universum om ons heen begrijpen. Op een dag zullen we misschien de aard van de tijd zelf begrijpen. Het werk van de wetenschappers werd gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
ILYA KHEL