Zorgt de zwaartekracht er voor dat tijd een richting heeft?

Tijd heeft een richting. Je ziet theekopjes wel op de grond vallen en in honderd stukjes breken, maar je zal nooit het omgekeerde zien gebeuren, huizen die eerst schoon zijn worden steeds viezer, ze worden nooit vanzelf schoner, mensen worden steeds ouder, je zal ze nooit jonger zien worden, cosmetische ingrepen ten spijt. De grote vraag is natuurlijk waarom tijd een richting heeft, waarom het als een soort stromende rivier gaat van nu naar straks. Met de Tweede Hoofdwet van de Thermodynamica heeft men al geprobeerd een verklaring te geven, maar daarmee kom je niet verder dan te constateren dat in een gesloten systeem de hoeveelheid orde afneemt en wanorde toeneemt – anders gezegd: dat met het verstrijken van de tijd de entropie of mate van complexiteit toeneemt, het aantal mogelijke configuraties van een systeem. Het theekopje heeft een lage entropie, het kent één staat als theekopje, zodra het valt neemt de entropie toe en kent het wel honderd verschillende staten als losse scherven.

OK, als de orde afneemt en de wanorde of entropie toeneemt betekent dat dat het heelal helemaal in het begin, tijdens de oerknal waarmee het 13,8 miljard jaar geleden allemaal begon, de hoogste orde kende. Wat zorgt er nou precies voor dat er toen orde was en dat daarna de wanorde toenam? Flavio Mercati (Perimeter Institute for Theoretical Physics in Waterloo, Canada) en zijn collega’s denken dat zwaartekracht hierin een belangrijke rol speelt en daarover hebben ze in oktober een artikel gepubliceerd in het vakblad Physical Review Letters. De vraag waar ze mee beginnen is: waarom hebben systemen als het heelal, het theekopje, het huis, eerst een hoge orde en lage entropie? Op zichzelf lijkt zwaartekracht helemaal niets te maken hebben met een richting van tijd. Zwaartekracht zorgt er bijvoorbeeld voor dat de aarde om de zon draait, maar natuurkundig gezien zou er niets aan de hand zijn als de aarde de andere kant uit ging.

Zouden we scherven vanzelf een theekopje zien vormen dan zouden we vreemd opkijken, zou de aarde de andere kant opdraaien zou dat niet vreemd zijn. Mercati, Tim Kowlowski en Julian Barbour hebben een ’toy model’ gemaakt, een speelgoedmodel van het heelal, met daarin duizend deeltjes, willekeurig verdeeld in een virtuele ruimte. Uit hun berekeningen blijkt dat door de zwaartekracht de deeltjes op een gegeven moment onvermijdelijk in een compacte, aaneengeklitte toestand terecht komen, een systeem met lage complexiteit of entropie, daarna valt het uiteen en is er geen terugkeer meer naar die toestand mogelijk (zie afbeelding hieronder).

De richting van de tijd volgt uit deze toename van complexiteit als gevolg van de zwaartekracht, aldus het drietal. Eerst is er de oerknal met een lagere complexiteit, een plasma van heet gas, daarna ontstaan er sterrenstelsels, sterren, planeten, mensen met huizen vol theekopjes, allemaal vormen van hogere complexiteit. Hun ‘gravitational arrow of time’ zien Mercati, Kowlowski en Barbour niet als een vervanging van de Tweede Hoofdwet, meer als een aanvulling daarop. Dankzij de zwaartekracht kunnen dingen zoals sterren, planeten en theekopjes zich vormen, daarna vervallen deze telkens in systemen met hogere complexiteit en entropie. Bron: Cosmos Magazine.