Science

Tijd en Ruimte: Minder vatbaar dan we denken?

By July 1, 2019 No Comments

Mensenlevens worden sterk gestructureerd door tijd en ruimte. Je bent vaak bezig met waar je bent, en hoe laat het is. Met waar je was in het verleden, of waar je zal zijn in de toekomst. Dit lijkt allemaal heel logisch, maar wat nou als het allemaal niet zo logisch is, en tijd zich misschien anders vormgeeft dan we denken?

Mensenlevens worden sterk gestructureerd door tijd en ruimte. Je bent vaak bezig met waar je bent, en hoe laat het is. Met waar je was in het verleden, of waar je zal zijn in de toekomst. Dit lijkt allemaal heel logisch, maar wat nou als het allemaal niet zo logisch is, en tijd zich misschien anders vormgeeft dan we denken?

Illustratie: Rogier Alleblas

Tijd en ruimte zijn gekke dingen. Ze zijn zowel vanzelfsprekend als ongrijpbaar. Ze zijn door de mens bedachte concepten, die onze levens structureren en vorm geven. Wíj hebben bedacht dat zestig seconden een minuut is, en dat zestig minuten een uur is. Wíj hebben bedacht wat een dag is, wat een jaar is en wat een eeuw is. We spreken over ons verleden, ons heden en onze toekomst. Velen stellen zich dit waarschijnlijk ook voor als een lineaire lijn. Degenen die in reïncarnatie geloven zullen het zich misschien voorstellen als een cirkel. Maar wat nu als tijd heel anders in elkaar zit dan wij aannemen? Wat als tijd driedimensionaal is, bijvoorbeeld vormgegeven als een kubus? Wat als tijd iets is wat wij ons niet eens kunnen voorstellen? Misschien snappen we niet wat tijd nu écht is, en is het daarom een soms moeilijk te bevatten begrip.

Enkele maanden geleden keek ik met vrienden de derde Harry Potter-film (de gevangene van Azkaban) waarna we in een discussie verwikkeld raakten over het bestaan van verschillende tijdlijnen. In die film reist een van de hoofdpersonen, Hermelien, terug in de tijd. In het verleden bestaat nog steeds de originele tijdlijn, maar ondertussen schrijft Hermelien ook een nieuwe tijdlijn. Verleden en heden leken in de film door elkaar te lopen, en eigenlijk konden wij allemaal niet echt goed bevatten hoe dat dan precies zou werken.

Harry Potter is niet de enige film waarin tijdreizen of reizen door de ruimte een grote rol speelt. Zo heb je bijvoorbeeld ook Back to the Future, About Time, X-Men: Days of Future Past, Stargate, en Interstellar. De laatste twee hebben zelfs een wetenschappelijk fundament. Namelijk het reizen door ruimte en tijd door middel van een wormgat.

Het idee van een wormgat kwam voor het eerst op in 1916 bij de Oostenrijkse natuurkundige Ludwig Flamm (Redd, 2017). Hij beschreef een ‘wit gat’, dat theoretisch het tegenovergestelde is van een zwart gat. De ingang van zowel het witte gat, als het zwarte gat, zouden verbonden kunnen zijn door een ruimte-tijdkanaal. In 1935 breidden Albert Einstein en de natuurkundige Nathan Rosen dit idee uit. Zij veronderstelden het bestaan van ‘bruggen’ door de ruimte en onderbouwden dit idee door middel van de relativiteitstheorie. Deze bruggen zouden twee punten in ruimte-tijd met elkaar verbinden, wat theoretisch dus een korte weg zou creëren die reistijd verkleint en afstand relatief maakt. Deze shortcuts worden dan ook wel Einstein-Rosen-bruggen, of wormgaten, genoemd. Je kan je hierbij het universum voorstellen als een appel met een worm erop. In plaats van dat de worm om de appel heen gaat, gaat hij er dwars doorheen. De naam ‘wormgat’ komt hiervandaan. Toch is er nooit enig bewijs gevonden voor het bestaan van wormgaten, maar volgens relativisten zouden ze in theorie kunnen bestaan.

“Theoretisch zou dit dus een korte weg creëren die reistijd verkleint en afstand relatief maakt”

Als wormgaten wel zouden bestaan, betekent dat nog niet per se dat we door middel van deze wormgaten ook zouden kunnen tijdreizen. De Einstein-Rosen-bruggen zouden onstabiel zijn en snel in elkaar storten, wat ze onbruikbaar zou maken voor tijdreizen. Recent ontdekten de Britse onderzoekers Thouless, Haldane en Kosterlitz het bestaan van zogenoemde ‘exotische materie’ (2016). Exotische materie bevat chemische verbindingen die bijvoorbeeld stromen alleen over hun oppervlak kunnen geleiden (normaal gebruiken ze hun hele massa). Calmthout (2016) schrijft hierover in de Volkskrant: ‘Dit is de wiskundige theorie van vormen, waarbij alleen de cruciale eigenschappen als oppervlakken en gaten tellen. Een bol is daarin gelijk aan een kubus: beide objecten met alleen een oppervlak. Een donut met een gat is op die manier identiek aan een theekopje. Een van de cruciale inzichten in het vak is dat de ene topologische vorm niet zonder geweld in een andere is om te zetten. Een materie-eigenschap met topologische kenmerken is daardoor vaak extreem stabiel.’ Dit betekent dat als een wormgat exotische materie bevat, dit zo stabiel wordt dat die in theorie gebruikt kan worden als methode om informatie of reizigers door de ruimte te sturen. Verschillende wetenschappers stellen dat wormgaten niet alleen verschillende gebieden in het universum met elkaar verbinden, maar ook verschillende universums. Zo zou tijdreizen mogelijk gemaakt kunnen worden, als de mond van een wormgat op een specifieke manier geplaatst wordt. Kortom, reizen door wormgaten is dus in theorie nog steeds mogelijk, maar dan zullen we wormgaten eerst moeten vinden, en ze dan ook nog eens met geavanceerde technologie moeten stabiliseren.

Dan weer even terug naar het voorkomen van wormgaten en de relativiteit van tijd en ruimte in films. In Interstellar reist de hoofdpersoon, Cooper, met een paar andere astronauten door een wormgat naar een andere planeet. Wanneer Cooper eindelijk terugkeert naar aarde is er daar 74 jaar verstreken, terwijl er voor hem niet veel tijd gepasseerd is. De zwaartekracht op deze andere planeet was veel groter dan bij ons, wat resulteerde in een vertraging van de tijd. Zo stond een uur op deze desbetreffende planeet gelijk aan zeven jaar op aarde. Deze film illustreert dan ook duidelijk hoe relatief ruimte en tijd eigenlijk zijn, en hoe ervaring van tijd op een andere plek in het universum zo kan verschillen (Wikipedia, z.d.).

Image via Pixabay

Wat hier nog meer mee in verband staat is wat de tweelingparadox genoemd wordt. Eerst geef ik daarvoor een korte uitleg over de speciale relativiteitstheorie van Einstein, die hiermee in verband staat. Volgens de speciale relativiteitstheorie merk je niet dat je beweegt als je dit doet met een constante snelheid en dus niet versnelt of vertraagt (dit wordt ook wel eenparige beweging genoemd). Ook geldt voor de speciale relativiteitstheorie dat bij deze eenparige beweging de snelheid van het licht een constante is (deze snelheid verandert dus niet, ook al gaat om de snelheid van een vliegtuig ten opzichte van de snelheid van een auto, als de beweging maar eenparig is). Voor de tweelingparadox betekent dit het volgende. Elke tweeling ziet de andere tweeling als ‘in beweging.’ Omdat tijd voor de waarnemer langzamer lijkt te gaan bij hetgeen wat in beweging is (ook wel tijddilatie genoemd), zal de ene tweeling de andere tweeling als jonger inschatten. Ze zien de ander immers allebei als ‘in beweging’ (Tickle, 2015). Deze paradox is echter wel op te lossen, maar de desbetreffende natuurkundige uitleg is verder niet relevant voor dit artikel. Het gaat erom dat tijd en ruimte verschillende vormen aan kunnen nemen en op velerlei manieren waargenomen kunnen worden.

Duidelijk is het in ieder geval dat er nog veel is wat we niet weten over ruimte en tijd. Neem Cooper in Interstellar, die denkt dat er op aarde evenveel tijd is verstreken als voor hem in de ruimte, maar dan zijn nu tachtigjarige dochter aantreft. Of neem de tweelingparadox, waarin beiden van de tweeling in de veronderstelling zijn dat de ander jonger zal zijn bij terugkomst. Tijd blijkt soms anders te zijn dan wij ervaren.

“Tijd zoals wij het kennen is verweven in ons hele leven”

Ook zit tijd zoals wij het kennen verweven in ons hele leven. We maken afspraken op bepaalde tijden, houden agenda’s bij en dragen horloges om onze tijd te bewaken. We maken ons zorgen over hoeveel tijd we nog hebben en referen in ons dagelijks leven constant naar de tijd. Wat nu als we minder bezig zouden zijn met het verleden en de toekomst, maar meer met het nu? Want wat is tijd daaromheen nu eigenlijk, behalve compleet vormgegeven door onze zelfbedachte namen die we erop hebben geplakt? Misschien zouden we moeten proberen anders te gaan nadenken over tijd, om los te komen van de ingeburgerde ideeën die we er momenteel over hebben. Maar misschien kunnen we dat niet eens. We theoretiseren er dan wel op los over het bestaan van wormgaten, en de mogelijkheid van tijd- en ruimtereizen, maar misschien is het échte begrip van tijd wel te moeilijk voor ons. Misschien moeten we niet alles proberen te begrijpen, maar gewoon leven. <<

Bronnen

– Calmthout, M. (2016). Nobelprijs voor natuurkunde naar ontdekkers exotische materie. Opgehaald op 24 april 2019 van https://www.volkskrant.nl/nieuws-achtergrond/nobelprijs-voor-natuurkunde-naar-ontdekkers-exotische-materie~bfe840bd/.
– Interstellar. (z.d.). In Wikipedia. Opgehaald op 23 april 2019 van https://nl.wikipedia.org/wiki/Interstellar/.
– Perkowitz, S. (2013). Opgehaald op 23 april 2019 van https://www.britannica.com/science/twin-paradox/.
– Redd, N. T. (2017). What is a Wormhole? Opgehaald op 23 april 2019 van https://www.space.com/20881-wormholes.html.
– Tickle, G. (2015). A Simple Explanation of Special Relativity and the Time Paradox. Opgehaald op 24 april 2019 van https://laughingsquid.com/a-simple-explanation-of-special-relativity-and-the-twin-paradox/.

Tijd en ruimte zijn gekke dingen. Ze zijn zowel vanzelfsprekend als ongrijpbaar. Ze zijn door de mens bedachte concepten, die onze levens structureren en vorm geven. Wíj hebben bedacht dat zestig seconden een minuut is, en dat zestig minuten een uur is. Wíj hebben bedacht wat een dag is, wat een jaar is en wat een eeuw is. We spreken over ons verleden, ons heden en onze toekomst. Velen stellen zich dit waarschijnlijk ook voor als een lineaire lijn. Degenen die in reïncarnatie geloven zullen het zich misschien voorstellen als een cirkel. Maar wat nu als tijd heel anders in elkaar zit dan wij aannemen? Wat als tijd driedimensionaal is, bijvoorbeeld vormgegeven als een kubus? Wat als tijd iets is wat wij ons niet eens kunnen voorstellen? Misschien snappen we niet wat tijd nu écht is, en is het daarom een soms moeilijk te bevatten begrip.

Enkele maanden geleden keek ik met vrienden de derde Harry Potter-film (de gevangene van Azkaban) waarna we in een discussie verwikkeld raakten over het bestaan van verschillende tijdlijnen. In die film reist een van de hoofdpersonen, Hermelien, terug in de tijd. In het verleden bestaat nog steeds de originele tijdlijn, maar ondertussen schrijft Hermelien ook een nieuwe tijdlijn. Verleden en heden leken in de film door elkaar te lopen, en eigenlijk konden wij allemaal niet echt goed bevatten hoe dat dan precies zou werken.

Harry Potter is niet de enige film waarin tijdreizen of reizen door de ruimte een grote rol speelt. Zo heb je bijvoorbeeld ook Back to the Future, About Time, X-Men: Days of Future Past, Stargate, en Interstellar. De laatste twee hebben zelfs een wetenschappelijk fundament. Namelijk het reizen door ruimte en tijd door middel van een wormgat.

Het idee van een wormgat kwam voor het eerst op in 1916 bij de Oostenrijkse natuurkundige Ludwig Flamm (Redd, 2017). Hij beschreef een ‘wit gat’, dat theoretisch het tegenovergestelde is van een zwart gat. De ingang van zowel het witte gat, als het zwarte gat, zouden verbonden kunnen zijn door een ruimte-tijdkanaal. In 1935 breidden Albert Einstein en de natuurkundige Nathan Rosen dit idee uit. Zij veronderstelden het bestaan van ‘bruggen’ door de ruimte en onderbouwden dit idee door middel van de relativiteitstheorie. Deze bruggen zouden twee punten in ruimte-tijd met elkaar verbinden, wat theoretisch dus een korte weg zou creëren die reistijd verkleint en afstand relatief maakt. Deze shortcuts worden dan ook wel Einstein-Rosen-bruggen, of wormgaten, genoemd. Je kan je hierbij het universum voorstellen als een appel met een worm erop. In plaats van dat de worm om de appel heen gaat, gaat hij er dwars doorheen. De naam ‘wormgat’ komt hiervandaan. Toch is er nooit enig bewijs gevonden voor het bestaan van wormgaten, maar volgens relativisten zouden ze in theorie kunnen bestaan.

“Theoretisch zou dit dus een korte weg creëren die reistijd verkleint en afstand relatief maakt”

Als wormgaten wel zouden bestaan, betekent dat nog niet per se dat we door middel van deze wormgaten ook zouden kunnen tijdreizen. De Einstein-Rosen-bruggen zouden onstabiel zijn en snel in elkaar storten, wat ze onbruikbaar zou maken voor tijdreizen. Recent ontdekten de Britse onderzoekers Thouless, Haldane en Kosterlitz het bestaan van zogenoemde ‘exotische materie’ (2016). Exotische materie bevat chemische verbindingen die bijvoorbeeld stromen alleen over hun oppervlak kunnen geleiden (normaal gebruiken ze hun hele massa). Calmthout (2016) schrijft hierover in de Volkskrant: ‘Dit is de wiskundige theorie van vormen, waarbij alleen de cruciale eigenschappen als oppervlakken en gaten tellen. Een bol is daarin gelijk aan een kubus: beide objecten met alleen een oppervlak. Een donut met een gat is op die manier identiek aan een theekopje. Een van de cruciale inzichten in het vak is dat de ene topologische vorm niet zonder geweld in een andere is om te zetten. Een materie-eigenschap met topologische kenmerken is daardoor vaak extreem stabiel.’ Dit betekent dat als een wormgat exotische materie bevat, dit zo stabiel wordt dat die in theorie gebruikt kan worden als methode om informatie of reizigers door de ruimte te sturen. Verschillende wetenschappers stellen dat wormgaten niet alleen verschillende gebieden in het universum met elkaar verbinden, maar ook verschillende universums. Zo zou tijdreizen mogelijk gemaakt kunnen worden, als de mond van een wormgat op een specifieke manier geplaatst wordt. Kortom, reizen door wormgaten is dus in theorie nog steeds mogelijk, maar dan zullen we wormgaten eerst moeten vinden, en ze dan ook nog eens met geavanceerde technologie moeten stabiliseren.

Dan weer even terug naar het voorkomen van wormgaten en de relativiteit van tijd en ruimte in films. In Interstellar reist de hoofdpersoon, Cooper, met een paar andere astronauten door een wormgat naar een andere planeet. Wanneer Cooper eindelijk terugkeert naar aarde is er daar 74 jaar verstreken, terwijl er voor hem niet veel tijd gepasseerd is. De zwaartekracht op deze andere planeet was veel groter dan bij ons, wat resulteerde in een vertraging van de tijd. Zo stond een uur op deze desbetreffende planeet gelijk aan zeven jaar op aarde. Deze film illustreert dan ook duidelijk hoe relatief ruimte en tijd eigenlijk zijn, en hoe ervaring van tijd op een andere plek in het universum zo kan verschillen (Wikipedia, z.d.).

Image via Pixabay

Wat hier nog meer mee in verband staat is wat de tweelingparadox genoemd wordt. Eerst geef ik daarvoor een korte uitleg over de speciale relativiteitstheorie van Einstein, die hiermee in verband staat. Volgens de speciale relativiteitstheorie merk je niet dat je beweegt als je dit doet met een constante snelheid en dus niet versnelt of vertraagt (dit wordt ook wel eenparige beweging genoemd). Ook geldt voor de speciale relativiteitstheorie dat bij deze eenparige beweging de snelheid van het licht een constante is (deze snelheid verandert dus niet, ook al gaat om de snelheid van een vliegtuig ten opzichte van de snelheid van een auto, als de beweging maar eenparig is). Voor de tweelingparadox betekent dit het volgende. Elke tweeling ziet de andere tweeling als ‘in beweging.’ Omdat tijd voor de waarnemer langzamer lijkt te gaan bij hetgeen wat in beweging is (ook wel tijddilatie genoemd), zal de ene tweeling de andere tweeling als jonger inschatten. Ze zien de ander immers allebei als ‘in beweging’ (Tickle, 2015). Deze paradox is echter wel op te lossen, maar de desbetreffende natuurkundige uitleg is verder niet relevant voor dit artikel. Het gaat erom dat tijd en ruimte verschillende vormen aan kunnen nemen en op velerlei manieren waargenomen kunnen worden.

Duidelijk is het in ieder geval dat er nog veel is wat we niet weten over ruimte en tijd. Neem Cooper in Interstellar, die denkt dat er op aarde evenveel tijd is verstreken als voor hem in de ruimte, maar dan zijn nu tachtigjarige dochter aantreft. Of neem de tweelingparadox, waarin beiden van de tweeling in de veronderstelling zijn dat de ander jonger zal zijn bij terugkomst. Tijd blijkt soms anders te zijn dan wij ervaren.

“Tijd zoals wij het kennen is verweven in ons hele leven”

Ook zit tijd zoals wij het kennen verweven in ons hele leven. We maken afspraken op bepaalde tijden, houden agenda’s bij en dragen horloges om onze tijd te bewaken. We maken ons zorgen over hoeveel tijd we nog hebben en referen in ons dagelijks leven constant naar de tijd. Wat nu als we minder bezig zouden zijn met het verleden en de toekomst, maar meer met het nu? Want wat is tijd daaromheen nu eigenlijk, behalve compleet vormgegeven door onze zelfbedachte namen die we erop hebben geplakt? Misschien zouden we moeten proberen anders te gaan nadenken over tijd, om los te komen van de ingeburgerde ideeën die we er momenteel over hebben. Maar misschien kunnen we dat niet eens. We theoretiseren er dan wel op los over het bestaan van wormgaten, en de mogelijkheid van tijd- en ruimtereizen, maar misschien is het échte begrip van tijd wel te moeilijk voor ons. Misschien moeten we niet alles proberen te begrijpen, maar gewoon leven. <<

Bronnen

– Calmthout, M. (2016). Nobelprijs voor natuurkunde naar ontdekkers exotische materie. Opgehaald op 24 april 2019 van https://www.volkskrant.nl/nieuws-achtergrond/nobelprijs-voor-natuurkunde-naar-ontdekkers-exotische-materie~bfe840bd/.
– Interstellar. (z.d.). In Wikipedia. Opgehaald op 23 april 2019 van https://nl.wikipedia.org/wiki/Interstellar/.
– Perkowitz, S. (2013). Opgehaald op 23 april 2019 van https://www.britannica.com/science/twin-paradox/.
– Redd, N. T. (2017). What is a Wormhole? Opgehaald op 23 april 2019 van https://www.space.com/20881-wormholes.html.
– Tickle, G. (2015). A Simple Explanation of Special Relativity and the Time Paradox. Opgehaald op 24 april 2019 van https://laughingsquid.com/a-simple-explanation-of-special-relativity-and-the-twin-paradox/.
Julia Zegeling

Author Julia Zegeling

More posts by Julia Zegeling