De aard van tijd, een concept dat fundamenteel is voor het menselijk leven maar nog steeds dubbelzinnig is in wetenschappelijke taal, wordt onderzocht in de eerste aflevering van de nieuwe podcastserie, Great Mysteries of Physics.
De eerste aflevering van de nieuwe podcast, Grote mysteries van de natuurkunde, duikt in de complexe aard van tijd. Onderzoekers stellen traditionele noties van tijd als absoluut ter discussie en bespreken theorieën die suggereren dat tijd relatief is en verweven is met ruimte, een concept dat in tegenspraak is met onze subjectieve ervaring. De discrepantie kan worden toegeschreven aan toenemende entropie in het universum, maar waarom het universum begon met lage entropie blijft een mysterie. Om dit op te lossen, stellen experts voor aanvullend onderzoek voor, waaronder het elimineren van tijd uit wetenschappelijke vergelijkingen en het onderzoeken van de thermodynamica van klokken.
Zonder het besef van tijd, dat ons van de wieg tot het graf brengt, zou ons leven geen zin hebben. Maar op het meest fundamentele niveau weten natuurkundigen niet zeker of de tijd die we ervaren wel bestaat.
Dat is het onderwerp van de eerste aflevering van onze nieuwe podcastserie, Great Mysteries of Physics. Georganiseerd door mij, Miriam Frankel, wetenschapsredacteur bij The Conversation, en ondersteund door FQxI, het Foundational Questions Institute, praten we met drie onderzoekers over de aard van tijd.
Wetenschappers hebben lang aangenomen dat tijd absoluut en universeel is – hetzelfde voor iedereen, overal, en onafhankelijk van ons bestaat. Het wordt nog steeds op deze manier behandeld in de kwantummechanica, die de microkosmos van atomen en deeltjes regelt. Maar de relativiteitstheorieën van Albert Einstein, toegepast op de natuur op grote schaal, toonden aan dat tijd relatief is, niet absoluut – het kan bijvoorbeeld versnellen of vertragen, afhankelijk van hoe snel je reist. Tijd is ook verweven met ruimte in “ruimte-tijd”.
Dankzij de theorieën van Einstein konden wetenschappers het universum op een nieuwe manier voorstellen: als een statisch, vierdimensionaal blok, met drie ruimtelijke dimensies (hoogte, breedte en diepte) en tijd als de vierde. Dit blok bevat alle ruimte en tijd tegelijk – en de tijd stroomt niet. Er is nu niets bijzonders aan het blok – wat voor de ene waarnemer het heden lijkt, is voor de andere slechts het verleden.
Maar als dit waar is, waarom is onze ervaring van tijd die overgaat van het verleden naar de toekomst dan zo krachtig? Eén antwoord is dat entropie, een maatstaf voor wanorde, altijd toeneemt in het universum. Als je de cijfers bekijkt, legt Sean Carroll, een natuurkundige aan de Johns Hopkins University in de VS, uit dat het vroege universum een zeer lage entropie had. “[The universe] het was heel, heel georganiseerd en niet-willekeurig en sindsdien is het een beetje ontspannend en meer willekeurig en meer ongeorganiseerd.” Dit zal waarschijnlijk een pijl van tijd creëren voor menselijke waarnemers.
We weten echter niet waarom het universum begon met zo’n lage entropie. Carroll suggereert dat het kan zijn omdat we deel uitmaken van een multiversum dat veel verschillende universums bevat. In zo’n wereld zouden sommige universums, statistisch gezien, moeten beginnen met een lage entropie.
Emily Adlam, een filosoof in de natuurkunde aan het Rotman Institute of Philosophy aan de University of Western Ontario in Canada, gelooft daarentegen dat het mysterie waarom ons universum begon met lage entropie een probleem is dat uiteindelijk voortkomt uit het feit dat de natuurkunde zit vol aannames over de tijd.
“Persoonlijk sta ik aan de kant die zegt dat de tijd niet stroomt”, legt hij uit. “Dit is een soort illusie die voortkomt uit de manier waarop we toevallig in de wereld zijn ingebed.” Haar overtuiging is dat op het meest fundamentele niveau alles tegelijk gebeurt – ook al lijkt het niet zo.
Adlam betoogt dat de beste manier om tijd te begrijpen zou zijn om het volledig uit onze natuurtheorieën te verwijderen – uit de vergelijkingen. Interessant is dat wanneer natuurkundigen de algemene relativiteitstheorie proberen te verenigen met de kwantummechanica in een “kwantumzwaartekracht”-theorie van alles, de tijd vaak uit de vergelijkingen verdwijnt.
De experimenten kunnen ook licht werpen op de aard van tijd door verschillende combinaties van kwantummechanica en algemene relativiteitstheorie te testen. Natalia Aris, ingenieur bij[{” attribute=””>University of Oxford, believes that studying the thermodynamics (the science of heat and work) of clocks may help. “By understanding clocks as machines, there are things that we can understand better about what the limits of timekeeping are,” she argues.
Host:
- Miriam Frankel, Podcast host, The Conversation
Interviewed:
- Emily Adlam, Postdoctoral Associate of the Philosophy of Physics, Western University
- Natalia Ares, Royal Society University Research Fellow, University of Oxford
- Sean Carroll, Homewood Professor of Natural Philosophy, Johns Hopkins University
This article was first published in The Conversation.
