2 juni 2020

Heeft ons universum een schaduwuniversum waarin de tijd achteruit loopt?

Credit: Public Domain image.

Treur niet om mensen die je in het verleden zijn ontvallen. Op een eigenaardige manier hebben zij een hoop om naaruit te kijken! Dat bedoel ik niet op een meta-fysische of spirituele manier – volgens sommige natuurkundigen bestaan er universa waarin de tijd namelijk achteruit beweegt. Dat zou betekenen dat er alternatieve werelden bestaan waarvan de verre toekomst zich in ons verleden afspeelt!Dit wazige idee is al vaker voorgesteld, maar nu hebben de wetenschappers Sean Carroll en Alan Guth nieuwe aanwijzingen gevonden. Ze hebben namelijk aangetoond dat tijd tevoorschijn kan komen vanuit simpeler principes en dus een emergent verschijnsel is. Het werk van Carroll en Guth houd verband met een hardnekkig probleem binnen de natuurkunde: waarom wijst de tijd altijd dezelfde kant op? Het klopt dat wij alleen het verleden kunnen herinneren, maar voor de natuurwetten maakt het niet veel uit in welke richting de tijd loopt. Volgens die wetten kunnen alle fysieke processen zonder problemen “achteruit” bewegen. Op een diep, fundamenteel niveau hoeft een oorzaak niet persé vóór het effect plaats te vinden!In de afwezigheid van andere wetten om de richting van de tijd te bepalen, hebben natuurkundigen het begrip van entropie gepromoveerd tot achterliggende oorzaak van een tijdsrichting. Je zou entropie kunnen beschouwen als de mate van rommeligheid. Zodra de entropie groter wordt, gaat de tijd vooruit. Zo kun je bijvoorbeeld melk door je koffie roeren, maar je kunt het niet meer uit de koffie roeren. Op soortgelijke wijze kan een glas kapot vallen op de grond, maar vormen scherven nooit spontaan weer een glas.Als je uitzoomt naar het gehele universum, wordt de toekomt eveneens gedefinieerd als de richting van tijd waarin de entropie toeneemt. Door het bestuderen van vergelegen sterrenstelsels, kunnen we voorspellen hoe de kosmos zal evolueren. Of we kunnen de tijd terugdraaien tot de oerknal, toen het universum minder entropie gehad moet hebben. Maar als je probeert de tijd nog verder terug te draaien, dan wordt je opgezadeld met een kosmisch dilemma. Als de oerknal werkelijk het begin van de tijd was, dan kun je de tijd niet nog verder terugdraaien. Maar in dat geval: waarom heeft het heelal aan het begin zo’n lage entropie gehad? En als de oerknal niet het begin van de tijd is geweest, hetgeen door Guth vermoed wordt, hoe heeft een eeuwig universum dan een dusdanig lage entropie gekregen dat de tijd een enkele richting werd opgeduwd?In een nieuw model verkennen Guth en Carroll dat laatste idee. Ze gooien een eindige druppel met deeltjes, die allemaal een willekeurige richting op bewegen, in een oneindig universum. Wat blijkt nou? Na verloop van tijd zal spontaan een richting van tijd ontstaan! Als gevolg van de willekeurige begin-omstandigheden, zal de helft van de deeltjes naar buiten bewegen (waardoor de entropie toeneemt) en zal de andere helft juist naar binnen bewegen (waardoor de entropie afneemt).Uiteindelijk zullen de naar binnen bewegende deeltjes altijd weer (aan de andere kant) naar buiten bewegen, waardoor de deeltjeswolk zal groeien. Uiteindelijk zal de totale entropie blijven toenemen! Nu komt het belangrijke: als je de tijd omdraait door de startsnelheid van de deeltjes om te keren, zullen alle deeltjes uiteindelijk toch weer naar buiten bewegen. Als de entropie hoe dan ook zal toenemen, hoe weet je dan in welke richting de tijd zal lopen? Dat zou dus helemaal niet uit moeten maken.

Credit: THE EAGLE COLLABORATION

Guth en Carroll noemen dat “de tweekoppige pijl van de tijd“. Omdat het de natuurwetten niet uitmaakt, zal exact hetzelfde gebeuren in de andere tijdsrichting. Volgens dit model zal de tijd altijd een richting krijgen in een eeuwig en oneindig universum. Aangezien de entropie op die manier altijd kan blijven groeien, is het begin van de tijd simpelweg het punt waarop de entropie toevallig op z’n laagste punt was. Dit zou kunnen verklaren waarom de oerknal, het vroegste moment dat we kunnen waarnemen, zo’n lage entropie heeft gehad. Maar dat voelt een beetje als valsspelen: als de entropie oneindig kan zijn, dan kan alles in vergelijking daarmee een relatief lage entropie hebben. Het punt dat Guth en Caroll proberen te maken, is dat het onder dergelijke omstandigheden een heel natuurlijk gevolg is dat overal in het universum een richting van tijd zal ontstaan.Als dit model zou blijken te kloppen, en daartoe hebben Guth en Carroll nog heel wat werk te verrichten (hun model is nog niet in staat om een universum zoals het onze op realistische wijze te voorspellen), zou dit niet alleen implicaties hebben voor ons éigen universum. Volgens de inflatietheorie, die mede door Guth is opgesteld, zou onze kosmos slechts één van de velen kunnen zijn. Nieuwe mini-universums ontstaan constant spontaan vanuit het vacuüm.Dit zou betekenen dat de oerknal het moment was waarop ons universum “geboren” werd vanuit een eerder “moeder-universum” – nádat de richting van tijd al was vastgesteld. Parallele universa, die tegelijk met het onze zijn ontstaan, zouden zijn begonnen met een vergelijkbare entropie als het onze. Als we met wezens uit zo’n universum zouden kunnen praten, zouden we het erover eens zijn in welke richting het verleden en toekomst liggen. Maar vanuit ons perspectief zou in een universum dat ontstaan is vóórdat de richting van tijd was vastgesteld de tijd op z’n kop kunnen staan! Niemand zou dat opvallen, trouwens. Voor een wezen in zo’n universum zou de tijd nog altijd een richting hebben, maar vanuit hun perspectief hebben wij de verkeerde tijdsrichting en leven wij in het verleden! Niet dat we ooit met die wezens in contact zouden kunnen komen. Ze bevinden zich altijd in ons verleden en wij bevinden ons altijd in hun verleden, dus dat wordt op een heel fundamenteel niveau erg lastig.Overigens heeft dit nieuwe model zo z’n issues. De grondstaat, waarin alle deeltjes een willekeurige snelheid hebben, is nogal mistig – in de zin dat de uiteenlopende tijdsrichtingen nog niet duidelijk gedefinieerd zijn. Immers, de entropie zal op bepaalde punten groeien en op andere punten juist afnemen. Het begrijpen van de periode tussen de twee emergente “pijlen van tijd” is ontzettend lastig. “Het nevelige gedeelte in het midden zou een echt monster kunnen zijn“, aldus Andreas Albrecht, natuurkundige en criticus van het model. Het is een zwakte die Guth erkent en samen met de moeilijkheid om zaken als zwaartekracht te omvatten, hebben Guth en Carroll besloten om hun model nog niet te publiceren. Bron: New Scientist.

Comments

  1. Wat losse vragen:
    Is tijd ook relatief, net als snelheid?
    Is “ons” universum hebben we overal de zelfde tijd-richting, andere kunnen elke mogelijke
    richting hebben, oneindig veel dus?
    Zijn er universa met dezelfde tijd-richting als de onze of is dat onmogelijk omdat wij die
    richting al bezetten?
    Kan een universum met een andere tijd-richting dezelfde plaats innemen als het onze?

  2. Eeehh,,, ik pas 🙂

  3. Olaf van Kooten Olaf van Kooten zegt

    Ik doe een poging 😉

    Tijd is inderdaad relatief, net als snelheid.

    In principe zijn er maar 2 richtingen mogelijk: vooruit en achteruit.

    Andere universa kunnen zeker onze tijdsrichting hebben

    Goeie vraag 😛 – maar er wordt van antimaterie gezegd dat het materie is dat terug door de tijd reist. Voor fotonen staat de tijd dan weer stil, zoals bij alle deeltjes die precies met de lichtsnelheid bewegen.

    • Ik roep ook maar wat zegt

      Als fotonen stilstaan in de tijd, dus niet ouder of jonger worden, is het dan niet zo dat aan ons universum nooit een echt definitief einde zal komen? Of gaat de snelheid van fotonen in de verre toekomst afnemen zodat de tijd er wel vat op krijgt?

      • Fotonen staan niet echt stil in de tijd, het is de tijd om hun heen die stil staat/lijkt te staan omdat het foton op de lichtsnelheid reist. Buiten de belevingswereld van het foton gaat de tijd ook gewoon door, tijd is relatief.
        Stel je zit een film te kijken dan komt het beeld van je scherm naar je ogen. Eigenlijk komt er een hele reeks stilstaande beelden van je scherm naar je ogen toe. Beeldt je nou eens deze reeks stilstaande beelden in tussen je scherm en je ogen en beeldt je dan eens in dat je even snel met een van zo’n stilstaand beeld van je monitor naar je ogen reist. Omdat jullie even snel gaan zie je een stilstaand beeld en lijkt het alsof de tijd om je heen stil staat. Zo ervaart het foton het ook.

        • Ik roep ook maar wat zegt

          Nu ben ik natuurlijk een leek (hence the name 😜) maar is het niet zo dat wanneer ik met de snelheid van het licht zou reizen, dat ik dan niet ouder wordt tov alles om me heen? Maw dat de tijd dan voor mij dus echt stilstaat?
          Iets zegt me dat ik nog steeds op het verkeerde spoor zit, maar ik weet ook niet echt wat het goeie dan is

          • Elke natuurkundige zal zeggen “dat is een ongeldige vraag, omdat niets met massa de snelheid van het licht kan bereiken”.

            Oke, dan nemen we 99% van de lichtsnelheid. Tijdverschuiving speelt dan een rol. Hoe sneller je door de ruimte beweegt, hoe langzamer je door de tijd beweegt. Dus als je in een ruimteschip met 99% van de lichtsnelheid door het heelal crossed, dan zal een externe waarnemer stellen dat de klok in je ruimteschip veel te langzaam tikt. Het lullige is dat jij andersom precies het omgekeerde zal zeggen, dat er niks met je klok mis is maar dat die van de waarnemer te langzaam tikt (wat jou betreft kan je stellen dat jij “statisch” bent en de waarnemer met 99% van de lichtsnelheid langs komt scheuren). Maar goed, als je met je schip een trip maakt naar verre bestemming, en vervolgens weer terug vliegt naar de Aarde, is er voor jou inderdaad minder tijd verstreken. Je zal dus minder ouder zijn geworden dan die waarnemer.

            Zwaartekracht heeft hetzelfde effect. Bij extreem sterke zwaartekracht, zoals op het randje van een zwart gat, zal de tijd extreem vertragen tot zelfs stoppen (zoals waargenomen door een externe waarnemer). Jij merkt dat niet en voelt dat je als een spaghetti sliert het zwarte gat in duikt.

            Of met een simpeler voorbeeld, zit je in een vliegtuig, dan zal je horloge iets langzamer tikken vanwege de snelheid, en iets sneller vanwege de iets kleinere zwaartekracht.

            Dit is wel leuk, relativistic spaceship calculators;
            http://convertalot.com/relativistic_star_ship_calculator.html
            http://nathangeffen.webfactional.com/spacetravel/spacetravel.php

          • gert1904 gert1904 zegt

            “Of met een simpeler voorbeeld, zit je in een vliegtuig, dan zal je horloge iets langzamer tikken vanwege de snelheid, en iets sneller vanwege de iets kleinere zwaartekracht.”.

            Je doelt denk ik op het experiment van Hafale en Keating uit 1972. De kinematische tijdsdilatie is, precies volgens de voorspelling, positief of negatief. Dit is afhankelijk van de vliegrichting van het vliegtuig (westwaarts of oostwaarts). Zie:

            https://en.m.wikipedia.org/wiki/Hafele%E2%80%93Keating_experiment#Results

          • Dat experiment past er ook bij. Toen ik het schreef had ik de zgn twin-paradox (minder snel ouder worden) in gedachten en het GPS-systeem (tijdverschuiving door de snelheid -7ns en door de kleinere zwaartekracht +45ns, per saldo 38ns sneller tikkende klok).

            Persoonlijk ben ik van mening dat het hele gebeuren niets met tijdreizen te maken heeft 🙂 maar als ik op een vraag reply volg ik altijd de algemeen geaccepteerde versies

      • Olaf, ik heb een strikvraag voor je 🙂

        Fotonen die b.v. door water of glas reizen doen dat niet met de lichtsnelheid…..staat de tijd dan ineens niet meer stil voor zo’n foton?

        Groetjes, K.J.

    • Ja, duidelijk. Bedankt voor je antwoord

Laat een reactie achter op Ik roep ook maar wat Reactie annuleren

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: