Tien feiten die je zou moeten kennen
Noordboek, 109 pagina’s
Een krachtige aardbeving doet de aarde wat sneller draaien en de getijdenwerkingen onder invloed van de maan zorgt ervoor dat de dag elke eeuw 0,0017 seconden langer duurt. Als een dag niet altijd even lang is, geldt dat ook voor de seconde. De aarde levert dus niet de meest nauwkeurige klok op en daarom hebben we de aarde vervangen door het atoom als tijdmaat. Dus nu is een seconde, let op, de duur van 9.192.631.770 perioden van de straling die overeenkomt met de overgang tussen de twee hyperfijne niveaus van de grondtoestand van het cesium-133-atoom. Het is maar dat u het weet, ik vertrouw er maar op dat dit klopt.
Stuart laat ons zien hoe de C-14 methode werkt en waarom je die kunt gebruiken om de ouderdom van bijvoorbeeld opgravingen te bepalen. En waarom we uranium in plaats van koolstof gebruiken om de ouderdom van het heelal te kunnen vaststellen. De tijd zoals wij die kennen, het uur nul begon met de oerknal.
De vertraging waarmee licht je ogen bereikt bedraagt een miljardste seconde per 30 cm afstand van de lichtbron. Alles wat we zien, waarnemen speelt zich dus in een verleden af. Telescopen stellen ons in staat in de tijd te reizen. Als aliens de aarde als één pixel in een foto willen vastleggen moet de spiegel in hun telescoop een doorsnede hebben van 1 km per lichtjaar dat die beschaving van ons verwijderd is.
De pijl van de tijd gaat altijd van het nu naar morgen, nooit achteruit. Van een gebied met een lage entropie naar een gebied met een hoge entropie, zoals de Tweede Wet van de Thermodynamica ons leert. Orde wordt altijd minder en daardoor wijst de pijl van de tijd naar de toekomst. Ook het heelal zal een maximale wanorde bereiken, er is dan geen energie meer, geen sterren, geen planeten, geen leven meer.
De entropie van het heelal was tijdens de oerknal, 13,8 miljard jaar geleden, een biljard keer zo klein als vandaag. Waarom dat zo is, begrijpen we (nog) niet.
Minkowski, leraar van Einstein, introduceerde het begrip ruimtetijd om aan te geven dat beide begrippen bij elkaar hoorden. Maar waar tijd zich slechts in één richting afspeelt, kun je je in de ruimte heel wat meer permitteren. Einstein leerde dat zwaartekracht niet aan objecten trok maar het resultaat was van gekromde ruimtetijd.
Bewegen door de ruimte is ook bewegen door de tijd. Als we een retourvlucht Londen-New York maken, zijn we 29 miljardste seconden naar de toekomst gereisd. We noemen dit tijddilatatie. Dus hoe sneller we ons kunnen voortbewegen, hoe sneller we in de toekomst kunnen reizen. Terug in de tijd reizen is vooralsnog niet mogelijk. De pijl van de tijd laat zich niet omkeren.
Er bestaat ook zoiets als gravitationele tijddilatatie. We weten nu dat zwaartekracht niet trekt maar een kwestie van kromming in de ruimte is. Ruimtetijd is in een gravitatieput sterker gekromd dan daarbuiten. Zo’n put doet zich voor onmiddellijk rond een zwaar lichaam in de ruimte. In die gekromde ruimtetijd doet licht er langer over dan daarbuiten. Onze voeten bevinden zich dieper in de gravitatieput dan ons hoofd. Dus voor onze enkels gaat er minder tijd voorbij dan voor onze ogen. Wie heel hoog woont, veroudert sneller dan iemand die op zeeniveau woont.
Een zwart gat ontstaat door voortdurende gravitationele samentrekking. Als een ster minder licht gaat produceren zal de zwaartekracht de ster doen imploderen. Hoe zwaarder een ster, hoe hoger je snelheid moet zijn om te kunnen ontsnappen aan de gravitationele put. Bij de zwaarste sterren blijft de zwaartekracht werken tot er een oneindig klein punt ontstaat met een oneindige dichtheid. Dat noemen we een singulariteit. Ruimte en tijd houden hier op te bestaan. Maar hoe is dit te begrijpen als je de kwantummechanica hierbij betrekt. Is kwantumgravitatie de oplossing om de algemene relativiteitstheorie in overeenstemming te brengen met de kwantummechanica? We weten het niet. Dus, of tijd werkelijk stopt in een zwart gat?
Een wormgat is een natuurkundig concept dat terug reizen in de tijd mogelijk zou maken. Maar je kunt nooit terugreizen naar een punt dat ligt voor het moment dat je een wormgat aan je raket bevestigde. Dus Hitler vermoorden zit er voorlopig niet in.
In dit verband kennen we de grootvaderparadox (je kunt een eerdere versie van jezelf niet doden), het zelfconsistentieprincipe van Novikov (waarom zou je de onschuldige baby Hitler willen vermoorden, ook nog in aanmerking genomen dat je er dan zelf niet zou zijn), de predestinatieparadox (de toekomst ligt vast en kun je niet tegenhouden. Anders is terugreizen in de tijd niet mogelijk. Anders gezegd: terugreizen in de tijd en vrije wil gaan niet samen) en tot slot de informatieparadox (Einstein steelt jouw boek met zijn theorie in 1900 en publiceert dat boek in 1915. Van wie is die theorie dan?)
Ruimtetijd is ontstaan bij de oerknal. We kunnen niet méér tijd maken, de toekomst bestaat dus al. En het verleden zal nooit verdwijnen. Dat alleen het nu reëel zou zijn kan dus niet kloppen. Ergens in de ruimtetijd worden we geboren en ergens in de ruimtetijd sterven we. We spreken hier van ‘blokuniversum’. Als ruimte en tijd zo met elkaar verweven zijn, waarom zou dat ineens veranderen als je “hier” vervangt door “nu”? Ruimte gaat niet voorbij en tijd ook niet. Het stromen van tijd is een product van onze verbeelding.
De toekomst bestaat al en ligt vast. Is dat noodlot? Het einde van de vrije wil? Stuart: “Zijn ruimte en tijd misschien emergente effecten die we alleen op grote schaal ervaren, maar die op een dieper niveau niet werkelijk bestaan? Een godachtige waarnemer, die de kosmos op een of andere manier van buiten af zou kunnen bekijken, zou een statisch, onveranderlijk en tijdloos universum zien. Tijd zou dan niet meer dan een illusie zijn voor degenen die vastzitten binnen het universum. Zit tijd misschien gewoon tussen de oren? De tijd zal het leren”.
Begrijpt u waarom ik dit een heerlijk boek vond? Stuart slaagt erin zware kost behapbaar te maken door enorme abstracties te vermijden en de meest ingewikkelde processen en fenomenen in klare taal uit te leggen. En niets is zo onbegrijpelijk als ‘tijd’, een begrip dat tegelijkertijd door iedereen volkomen logisch en normaal wordt gevonden.
Enno Nuy
Juli 2023