Tijd is een onveranderlijke en onbuigzame eigenschap van het universum, of toch niet? Als je denkt dat je begrijpt wat tijd is, heb je het mis. Zelfs wetenschappers zijn het niet eens over wat tijd precies is. Er zijn enkele dingen die we over tijd weten, maar wat we weten spreekt elkaar tegen.
Waarom zijn tijd en ruimte verschillend?
Wat is de oorsprong van tijd, en is tijd eigenlijk wel echt?
Laten we bespreken wat we wel weten, zodat je het kunt begrijpen. We zijn allemaal gedoemd om in een enkele richting van de tijd voort te sjokken, altijd vooruitgaand zonder de mogelijkheid ons pad te veranderen.
Maar waarom is dit zo?
Waarom kunnen we niet achteruit door de tijd reizen, of de tijd versnellen of vertragen?
Vragen en Antwoorden over Tijd
Dit zijn allemaal geldige vragen, maar zijn de antwoorden bevredigend? Een antwoord is dat tijd niet eens echt is, maar wat betekent dat zelfs? Het maakt tijd zeker niet minder verwarrend. Onze fascinatie met tijd is niet nieuw. In oude tijden gebruikten we goden om het verstrijken van tijd en momenten in ons leven te verklaren. Veel mensen hebben geprobeerd het concept van tijd te benaderen op een manier die geen beroep doet op heidense goden.
Bijvoorbeeld, oude Griekse filosofen speelden met het concept van tijd als een ervaring, in plaats van iets dat fundamenteel is voor het universum. Aristoteles definieert tijd als een aantal van verandering met betrekking tot het voor en na, wat betekent dat veranderingen in het universum tijd veroorzaken.
Hij leidt ook af dat tijd alleen een geldig concept is als er wezens zijn om het waar te nemen, en dat het anders niet bestaat. Misschien hebben we tegenwoordig niet zo’n hoge dunk van onze visie op tijd, maar tijd beschrijven als een aantal dat verandering telt, is niet zo verschillend van sommige moderne visies op tijd.
Newton versus Einstein over Tijd
Dit idee van tijd bleef bestaan totdat Isaac Newton met een betere theorie kwam. Hij bedacht het idee dat tijd niets te maken heeft met verandering, maar in plaats daarvan altijd vooruit beweegt, ongeacht of er iets verandert of niet. Dit is zoals je denkt over tijd op een Newtoniaanse manier; dat tijd een bewegend element van de realiteit is dat het idee van causaliteit behoudt.
We zullen later ontdekken dat zelfs causaliteit niet veilig is en dat deze visie op tijd gewoon niet waar is. Maar eerst moeten we het hebben over Einstein en hoe hij onze begrip van tijd volledig veranderde. We kregen eindelijk een hint over de aard van tijd toen Einstein zijn theorieën van speciale en algemene relativiteit formuleerde. In deze theorieën gaf Einstein ons twee sleutelinzichten in hoe tijd werkt op een grote schaal. Het eerste was dat tijd relatief is, wat betekent dat de stroom van tijd niet hetzelfde is voor iedereen in het universum. Het tweede was dat zowel tijd als ruimte kunnen buigen.
Tijd als Dimensie
Deze twee theorieën, keer op keer experimenteel bevestigd, zijn gebaseerd op het idee dat tijd een dimensie is, net als ruimte. Dit staat in directe tegenstelling tot hoe tijd wordt bekeken in de kwantummechanica, maar daar kom ik later op terug. Wat betekent het dat tijd een dimensie is? Einstein postuleerde dat ruimte en tijd fundamenteel verbonden zijn en een gecombineerde RuimteTijd vormen, waar er vier dimensies zijn, met de vierde zijnde tijd.
Tijd is nog steeds uniek in deze definitie, omdat we slechts in één richting in de tijd kunnen bewegen, maar in elke richting in de ruimte. De wiskunde zelf weerhoudt ons er niet echt van om achteruit door de tijd te bewegen, maar we hebben nog geen manier gevonden om dit paradigma te doorbreken, ondanks vele theorieën. Een manier om Einsteins visie op tijd te bekijken, is door de ruimte voor te stellen als een vel papier.
Dan beweegt dit ruimtevel langs een tijdsas, en dat is het verstrijken van tijd. Maar het gaat verder dan dit, omdat zowel ruimte als tijd buigen door zwaartekracht en zich heel snel bewegen. Dus het ruimtevel is helemaal gedeukt en golvend, en de as van tijd is geen enkele as. In plaats daarvan heeft elk punt in de ruimte, en het object dat erin zit, een verschillende tijdvector. Bijvoorbeeld, de tijd die je ervaart op de grond is anders dan de tijd die iemand ervaart in een vliegtuig.
Relativiteit en Navigatie
Navigatiesystemen moeten rekening houden met iets dat niet zomaar een te verwaarlozen detail is: tijdsdilatatie. Voor commerciële vluchten en het functioneren van GPS-systemen is het noodzakelijk om zowel de speciale als de algemene relativiteitstheorie van Einstein mee te nemen. Deze theorieën stellen ons in staat om een groot aantal voorspellingen te doen en bieden verschillende manieren om deze te testen.
Voor zover we kunnen nagaan, zijn Einsteins theorieën uitzonderlijk nauwkeurig. Dit is echter niet het einde van het verhaal; er zijn nog enkele raadsels onopgelost, zoals waarom tijd bestaat en waarom we enkel vooruit in de tijd kunnen bewegen. Er bestaan theorieën over deze vragen, en die zal ik zo dadelijk behandelen.
De Grote Uitdaging van de Quantummechanica
Het grootste probleem in de natuurkunde is de tegenstrijdigheid tussen ons begrip van het universum op kosmische schaal en onze kennis van het universum op de schaal van quantummechanica. In tegenstelling tot de relatieve theorie, beschouwt quantummechanica tijd niet als een dimensie, maar als een soepele, continue eigenschap die de volgorde van gebeurtenissen kan bijhouden.
Interessant is dat tijd, in tegenstelling tot alles in quantummechanica, niet gequantiseerd is, hoewel sommige theorieën gequantiseerde tijd voorspellen met een deeltje genaamd een ‘cronon’. Tot nu toe hebben we echter geen noodzaak gevonden om tijd te kwantiseren om enige waarneming te verklaren.
De Vreemdheid van Quantummechanica
In de quantummechanica gebeuren er zeer vreemde dingen die onze begrippen van causaliteit op de proef stellen. Causaliteit lijkt voor ons logisch; de klassieke (hoewel waarschijnlijk apocriefe) verhaal is dat een appel op Newtons hoofd viel, wat hem ertoe aanzette om de zwaartekrachttheorie te formuleren. We zouden nooit beweren dat Newtons formuleren van de zwaartekrachttheorie de val van een appel veroorzaakte.
In de quantummechanica is het echter mogelijk dat deze volgorde van gebeurtenissen niet altijd vaststaat, zoals blijkt uit experimenten. Quantumverstrengeling, een fundamenteel component van de quantummechanica, laat deeltjes toe om op niet-intuïtieve manieren te interageren die ons alledaags begrip tarten.
Het Quantumraadsel
Vanwege de eigenaardige staat waarin deeltjes zich kunnen bevinden, zoals quantumverstrengeling, kunnen we vreemde resultaten krijgen wanneer we op de deeltjes inwerken. We kunnen met het ene deeltje een actie uitvoeren en met het andere deeltje een tegenovergestelde actie ondernemen. Dit brengt ons bij een intrigerend aspect van de quantummechanica: we kunnen niet genoeg informatie over de deeltjes hebben om een absolute voorspelling over hun toekomst te maken.
In plaats daarvan moeten we de waarschijnlijkheid van een bepaalde toekomst berekenen. Hoewel dit intense filosofische discussies oproept, zullen we die voor nu terzijde schuiven. Wat belangrijk is om te begrijpen, is dat deze vreemde staat van deeltjes ons dwingt om onze conventionele begrippen van tijd en causaliteit te heroverwegen.
Quantummechanica vs. Relativiteitstheorie
Quantummechanica en algemene relativiteitstheorie staan op gespannen voet met elkaar als het gaat om het begrip tijd. Terwijl algemene relativiteitstheorie tijd ziet als een dimensie die beïnvloed wordt door massa en zwaartekracht, beschouwt quantummechanica tijd als een continue, ononderbroken eigenschap die de volgorde van gebeurtenissen bijhoudt, ongeacht de kwantumstaat van het universum.
Deze discrepantie vormt een van de grootste puzzels in de natuurkunde, omdat beide theorieën op hun eigen schaal met verbazingwekkende precisie werken, maar ze zijn het fundamenteel oneens over de aard van tijd.
Het Raadsel van Kwantumverstrengeling en Causaliteit
Kwantumverstrengeling introduceert het idee dat deeltjes op afstand met elkaar verbonden kunnen zijn op een manier die ons intuïtieve begrip van oorzaak en gevolg uitdaagt. Experimenten hebben aangetoond dat acties uitgevoerd op het ene deeltje onmiddellijk effect kunnen hebben op een ander, ongeacht de afstand, wat leidt tot vragen over de aard van causaliteit en tijd.
Deze ontdekkingen suggereren dat in de kwantumwereld, de volgorde van gebeurtenissen misschien niet altijd vaststaat, wat ons begrip van tijd en oorzaak en gevolg fundamenteel zou kunnen veranderen.
De Zoektocht naar Eenheid en het Mysterie van Tijd
Wetenschappers zijn op zoek naar een theorie die algemene relativiteit en quantummechanica met elkaar kan verenigen, in de hoop een dieper inzicht te krijgen in de aard van tijd. Theorieën zoals snaartheorie, luskwantumzwaartekracht, en anderen worden verkend, maar een definitief antwoord blijft uit.
Sommigen stellen voor dat tijd wellicht geen fundamentele eigenschap is, maar een emergente, voortkomend uit de oerknal en de uitbreiding van het universum. Deze ideeën dagen onze conventionele opvattingen over tijd uit en suggereren dat we misschien opnieuw moeten nadenken over hoe en waarom we tijd ervaren zoals we dat doen.
Tijd Vooruit: Entropie, Quantummechanica en de Toekomst
De richting van tijd, altijd vooruit bewegend, wordt mogelijk verklaard door concepten als entropie en quantummechanica. Sommige theorieën suggereren dat de toename van wanorde in het universum, of de inherente onzekerheid van quantumtoestanden, ten grondslag ligt aan onze ervaring van tijd. Deze benaderingen bieden fascinerende inzichten in waarom we het verleden kunnen herinneren maar de toekomst niet kunnen zien.
Terwijl de zoektocht naar tijdreizen in de wereld van algemene relativiteit theoretisch mogelijk lijkt, zet quantummechanica vraagtekens bij de haalbaarheid ervan door te suggereren dat het verleden en de toekomst zoals wij die kennen misschien niet op dezelfde manier bestaan.
In onze zoektocht naar begrip blijft tijd een van de meest intrigerende en ongrijpbare aspecten van het universum. Terwijl wetenschappers doorgaan met het testen en ontwikkelen van nieuwe theorieën, blijft de ware aard van tijd een raadsel dat smeekt om ontrafeld te worden. De wetenschap staat nooit stil, en de verkenning van tijd biedt een ongekende kans om de fundamenten van de realiteit zelf te bevragen.
Link: YouTube video
