Vrijdag 18/10/2019

Wetenschap

Misschien kan het toch: teruggaan in de tijd

Archiefbeeld. Beeld Photo News

Reizen naar het verleden pure sciencefiction? Er zijn natuurkundigen die daar anders over denken. De drie meest veelbelovende manieren om de klok een tikje terug te kunnen draaien.

“Als ik terug kon in de tijd, had ik niet zoveel stress, waren dingen voorkomen, waren dingen nu weg, yeah. En alles wat ik over heb is spijt, want als ik terug kon in de tijd, dan was alles nu flex”, rapte de Nederlandse rapper Dio in 2008 in zijn hitje Tijdmachine. Hij is niet de enige die er zo over denkt. Van sciencefictionboeken tot historische romans: een reis naar het verleden is een intrigerend idee.

Dat is ook niet zo gek. Wie de wijzers van de klok terug kan laten tikken, stapt een aantrekkelijke wereld binnen. Je kunt ineens op bezoek bij overleden vrienden en familie, een praatje maken met Albert Einstein, T. Rex een aai over z’n bol geven of zelfs een kijkje nemen bij de geboorte van de aarde...

Gekkigheid, natuurlijk. Fantasie. Volkomen onmogelijk. Toch? Nou, misschien niet, stellen sommige theoretisch natuurkundigen. Misschien – héél misschien – is het wel degelijk mogelijk om de klok een beetje terug te draaien. Maak kennis met de drie meest beloftevolle manieren om natuurkundig verantwoord te sjoemelen met de tijd.

1. Bouw een tijdmachine en reis naar het verleden

Trap het gaspedaal van je DeLorean flink in, sjees door tot je “88 miles per hour” gaat (141 kilometer per uur) en als je een beetje mazzel hebt, beland je – swoosh – zomaar in het verleden. Zo makkelijk ging het in sciencefictionklassieker Back to the Future.

Als het aan de Canadese fysicus Benjamin Tippett en de Amerikaanse astronoom David Tsang ligt wordt die Hollywoodfantasie binnenkort realiteit. Zij publiceerden in 2017 een artikel in het vakblad Classical and Quantum Gravity waarin ze beschrijven hoe je een échte tijdmachine kunt bouwen. Daarin borduren ze voort op een oud idee van de Oostenrijkse wiskundige en filosoof Kurt Gödel. Die bewees in 1949 met behulp van de formules van Albert Einsteins algemene relativiteitstheorie dat je ruimte en tijd zo kunt kneden dat tijdreizen mogelijk wordt.

Beeld uit de film ‘Back to the Future’. Beeld The Picture Desk

De relativiteitstheorie beschrijft de werkelijkheid als een vierdimensionaal weefsel van ruimte en tijd, opgebouwd uit drie ruimtedimensies (boven/onder, voor/achter, links/rechts) en eentje van de tijd (eerder/later). Wie vervolgens hard genoeg aan dat weefsel trekt, kan ruimte en – dat is cruciaal – tijd zodanig krommen dat een soort cirkel ontstaat waarover je zo, hops, naar het verleden kunt wandelen.

“Dat is niet zo gek als het klinkt”, zegt fysicus Carlo Beenakker (Universiteit Leiden). “Als je op aarde een rondje over de evenaar loopt, kom je uiteindelijk ook weer terug op de plek waar je bent gestart.” Gödels lus in de tijd – een gesloten tijdachtige kromme in vakjargon – is net zoiets.

Met dat maffe idee gingen Tippett en Tsang vervolgens aan de slag. Hoe zou het eruitzien, vroegen zij zich af, wanneer je over die kromme kunt bewegen in een heuse tijdmachine? Ze toonden vervolgens aan dat het in theorie mogelijk is om bellen in het weefsel van ruimte en tijd te blazen die groot genoeg zijn om er een mens in naar het verleden te vervoeren. Ze doopten zo’n bel een Traversable Achronal Retrograde Domain in Space-Time, afgekort Tardis. Sciencefictionfans grinniken nu: Tardis is ook de naam van de tijdmachine in de langlopende Britse televisieserie Dr. Who.

Tippett en Tsang berekenden zélfs hoe het eruitziet wanneer een tijdreiziger in een Tardis in het verleden arriveert. Als getuige zou je vanuit het niets twee bellen zien verschijnen. Die bewegen eerst uit elkaar, remmen dan af, keren vervolgens om en bewegen weer naar elkaar toe. Een klok in zo’n bel tikt in de ene vooruit en in de andere terug. Uiteindelijk smelten bellen, klokken en ruimtereizigers allemaal samen, totdat één enkele bel met één enkele reiziger uit de toekomst resteert.

“Mensen denken dat tijdreizen niet mogelijk is”, zei Tippett daarover in 2017 in een persverklaring. “We denken dat het niet kan omdat we het nooit doen. Maar wiskundig is het gewoon mogelijk.”

Of nou ja, mogelijk… je hebt er wel iets bijzonders voor nodig: exotische materie. Spul met een negatieve zwaartekracht, iets dat dingen wegduwt in plaats van aantrekt. ‘Dat hebben we nog nooit waargenomen’, zegt Beenakker.

Als het al bestaat, en dat is zeer twijfelachtig, is de kans volgens Beenakker nog het grootst dat alleen elementaire deeltjes, de bouwsteentjes van alles om ons heen, daadwerkelijk door de tijd kunnen reizen. “Ik kan me voorstellen dat we op die schaal ontdekken dat een deeltje een fractie van een fractie van een seconde terug kan in de tijd”, zegt Beenakker. Als je dat experimenteel kunt aantonen zou je bewijzen dat causaliteit – de vaste volgorde van oorzaak en gevolg – niet altijd geldig is. “Causaliteit is dan bíjna een natuurwet, maar net niet helemaal”, zegt Beenakker. “Dat zou een Nobelprijswaardige ontdekking zijn.”

Fysicus Vlatko Vedral, verbonden aan het Imperial College in Londen, is optimistisch over de kansen dat ook mensen ooit door de tijd gaan reizen. Volgens hem hoef je de tijdlussen van Gödel namelijk helemaal niet te máken. Ze zouden gewoon al kunnen bestaan, ergens verderop in het heelal. “Je hoeft ze dan alleen maar te vinden”, zegt hij.

Maar terugkeren naar je verleden is mogelijk wel minder spannend dan we hopen, waarschuwt Vedral. “Misschien keer je, als je over zo’n kromme van Gödel beweegt, ook wel écht terug in de tijd.” In zo’n scenario reset je lijf, brein én geheugen naar de toestand uit het verleden, zodat je zelf niet merkt dat je door de tijd reist. Vedral: “Je zou eeuwig in een tijdlus kunnen zitten zonder dat je het door hebt.”

2. Laat de toekomst het verleden beïnvloeden

Als je morgen met je auto tegen een paaltje knalt, verschijnt de deuk dan ineens al vandaag? Die vraag klinkt op het eerste gehoor als pure onzin. En toch lijkt met de vaste volgorde van oorzaak (botsing) en gevolg (deuk) iets niet pluis, suggereren sommige theoretische natuurkundigen. Mogelijk moet de causaliteit zoals we die kennen zelfs volledig op de schop.

Het gedonder begint bij de quantumfysica, de tegendraadse theorie die natuurkundigen gebruiken om de wereld op de kleinst mogelijke schaal te beschrijven. Die theorie maakt maffe dingen mogelijk, zoals deeltjes die op twee plaatsen tegelijk kunnen zijn. En ook verstrengeling: deeltjes die zodanig verbonden zijn dat een meting aan de ene direct invloed heeft op de ander. Zelfs als ze lichtjaren uit elkaar zitten.

En daar ontstaat het probleem. Verstrengeling suggereert dat deeltjes elkaar instantaan – onmiddellijk – kunnen beïnvloeden. “Het is erg moeilijk om dat te rijmen met de speciale relativiteitstheorie, waarin het begrip instantaan niet bestaat”, zegt fysicus Matthew Pusey, verbonden aan de University of Oxford. In de formules van die theorie sneuvelt het idee van een universeel ‘nu’. Wat op dit moment gebeurt blijkt plots afhankelijk van je locatie en hoe snel je beweegt, rekende Einstein uit. Twee verschillende mensen kunnen dan ineens verschillende conclusies trekken over wat ‘nu’ plaatsvindt. Verstrengeling als instantaan effect is daardoor onmogelijk.

Pusey publiceerde in 2017 samen met een collega een artikel in het vakblad Proceedings of The Royal Society A, waarin hij voortborduurde op een uitleg van verstrengeling die niet botst met de relativiteitstheorie: het esoterisch klinkende idee van retrocausaliteit. “Bij retrocausaliteit heeft de toekomst invloed op het verleden”, zegt Pusey. Als dat klopt, gebeurt bij een meting aan een verstrengeld deeltjespaar iets heel raars. Op het moment van meting gaat een signaal terúg in de tijd naar het moment waarop de twee deeltjes verstrengeld raakten. Dat signaal vertelt het andere deeltje wat de uitkomst van de meting moet zijn, keert vervolgens om en reist met het deeltje terug naar het hier en nu. “Dat lost het probleem van gelijktijdigheid op”, zegt Pusey. “Er is geen informatie meer die instantaan verplaatst. Maar je krijgt er wel net zoiets geks voor terug.”

Gekker misschien wel, want in de echte wereld zie je een deuk nooit voor de botsing ontstaan. Fysicus Carlo Beenakker vindt retrocausaliteit daarom als verklaring niet zo sterk. De volgorde van oorzaak en gevolg zit veel te stevig verankerd in onze beleving van de werkelijkheid. “Als je die volgorde overboord gooit, verdwijnt bijvoorbeeld ook de vrije wil”, zegt hij. “Je kunt geen vrije wil hebben naar het verleden toe.”

3. Keer simpelweg de richting van de tijd om

Je herinnert je wel je verleden, maar niet je toekomst. Dat klinkt nogal wiedes, maar waarom is dat eigenlijk zo? Waarom stroomt de tijd in maar één richting: vooruit, naar de toekomst?

Sla er de meeste natuurwetten op na en je staat voor een raadsel. Als je een bal naar een vriend gooit, dat opneemt en de film vervolgens achteruit afspeelt, zie je niets geks. Je ziet dan een filmpje van je vriend die een bal naar je gooit. Een filmpje waarop alles verder klopt – van de baan van de bal tot de invloed van de zwaartekracht. Tijd is in de natuurwetten perfect omkeerbaar.

Daarop is eigenlijk maar één uitzondering: de natuurwet die stelt dat een ei breekt en nooit spontaan heel wordt, en dat melk oplost in koffie, maar dat je in je koffie nooit spontaan een wolkje melk ziet ontstaan.

Die wet is de tweede hoofdwet van de thermodynamica, de natuurkundige warmteleer. Sterspeler in die theorie is de zogeheten entropie, een maat van wanorde. Keurig geordende systemen, zoals een ongebroken ei, hebben lage entropie. Meer chaotische systemen – kapotte eierschalen die dobberen in een kleffe mengelmoes van eiwit en -geel, bijvoorbeeld – hebben hogere entropie. De tweede hoofdwet stelt dat entropie altijd moet toenemen: eieren breken, melk lost op.

Neem van zo’n proces een filmpje op en keer de tijd om en wat je ziet is onzin. Een plasje met eierschalen dat omhoog springt en spontaan een ei vormt. De thermodynamica, concluderen natuurkundigen daarom, is het enige dat de tijd een richting geeft.

We leven in een heelal dat kort na de oerknal loeiheet was, en weinig entropie had. Het is dus nogal wiedes dat de entropie toeneemt. Dat de klok vooruit tikt en niet terug.

Maar stel nu eens dat je in een heelal woont dat ooit begon in een toestand van heel hóge entropie? Wijst de pijl van de tijd dan de andere kant op? Ja, lijken experimenten te suggereren. Neem bijvoorbeeld het werk van Kaonan Micadei van de Federale universiteit van ABC in Brazilië. Hij bouwde een opstelling waarbij een heel koud voorwerp een warm voorwerp nog verder opwarmt – een voorbeeld van een proces waarbij de entropie afneemt in plaats van toe.

In de echte wereld zou zoiets niet mogen. Daar warmt een warm voorwerp altijd een koud voorwerp op. Zonder twijfel een bizar en spectaculair resultaat, dus, maar betekent dat ook echt dat we de klok hebben laten terugtikken?

“Het kan zo zijn dat dit soort experimenten alleen laten zien dat entropietoename toch niet bepaalt welke kant de pijl van de tijd op wijst’” zegt fysicus Vlatko Vedral. Maar het kan ook best dat, in dit geïsoleerde experiment, de klok wél daadwerkelijk de andere kant op tikt.

Vedral vermoedt dat de werkelijkheid veel vreemder is dan we denken. We zouden zonder het te weten allang in een heelal kunnen leven waarin de rivier van de tijd de andere kant opstroomt. “Niemand weet nog hoe je dat moet controleren”, zegt hij.

Volgens fysicus Carlo Beenakker kun je de tijd in filosofische zin best beschrijven als onze ‘beleving’ van de tweede hoofdwet. Maar, benadrukt hij, dat we tijd maar in één richting ervaren, betekent niet dat dat ook bepaalt hoe het heelal daadwerkelijk in elkaar steekt. “Het is zelfs mogelijk dat de tijd eígenlijk helemaal niet bestaat.”

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met De Morgen?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van De Morgen rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234