Heeft ons universum een schaduwuniversum waarin de tijd achteruit loopt?

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.

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.