Waar is de tijd gebleven?

Tijdelijk | interview | Komende nacht gaat de wintertijd in. De klok wordt een uur teruggezet. Maar kan dat wel, kunnen we de richting van de tijd omdraaien? Wat is tijd eigenlijk? Natuurkundige Dennis Dieks legt uit.

Tijd kan vliegen, de tijd kan stil blijven staan. Sommige mensen hebben zeeën van tijd, anderen komen tijd te kort. De tijd schrijdt ook voort: het verleden keert niet weer, de toekomst is nog ongewis. En tussen die twee ligt het nu, ook al zo'n ongrijpbaar begrip. Nu is het moment waarop alles gebeurt? Maar bestaat het nu wel? En wat is tijd?

Kerkvader Augustinus wist het wel. Totdat ik aan iemand moet uitleggen wat tijd is, schreef hij. Dat doen natuurkundigen dan ook niet. In de natuurkunde lijkt de tijd niet meer dan een rekeneenheid. Een variabele die je in grafieken kunt uitzetten of waarin je veranderingen kunt uitdrukken. Tijd, las de Amerikaanse fysicus John Archibald Wheeler op een herentoilet, is de wijze waarop de natuur voorkomt dat alles tegelijk gebeurt.

Sir Isaac Newton was de eerste die de tijd een modern wetenschappelijk jasje gaf. Toen hij in 1687 de klassieke mechanica formuleerde, gaf hij de tijd een aparte status. "Zelfs als het toneel helemaal leeg was, als alle bewegende deeltjes verdwenen waren, dan nog tikte bij Newton de tijd", zegt Dennis Dieks, emeritus hoogleraar grondslagen van de natuurwetenschappen aan de Universiteit Utrecht.

Tijd was bij Newton een absolute klok, die geheel onafhankelijk van welk proces dan ook de seconden wegtikte. Maar wat stelde hij zich daarbij voor? Dieks: "Moeilijk te zeggen, maar Newton heeft de tijd wel vergeleken met een rivier. Met een stroming waarin alles wordt meegevoerd. Dat is dus het beeld dat iedereen intuïtief heeft. Tijd is dynamisch, tijd gaat voort. Maar dat is niet het beeld van de moderne natuurkunde. In de wetenschappelijke tijd zit die voortgang niet."

Dat kan ook niet anders, legt hij uit. Met de tijd geef je aan hoe iets verandert. Snelheid is bijvoorbeeld het aantal meters dat per seconde wordt afgelegd. "Maar als de tijd zelf stroomt, dan heb je het over secondes die per seconde voorbijgaan. Dat is een tautologie. Sommige mensen hebben geprobeerd die moeilijkheid te verhelpen door een andere tijd te introduceren. Maar dan verplaats je het probleem alleen maar."

Nee, sorry, zegt hij. In de klassieke natuurkunde heeft de tijd geen dynamiek. Er zijn op de tijdlijn ook geen voorkeurspunten; het 'nu' bestaat niet. "In de natuurkunde ligt de hele wereld uitgestrekt op ruitjespapier. Er is een as voor de tijd. Er zijn assen voor de ruimte, en daar kun je onze levens op uittekenen. Onze levenslijn loopt op dat papier, van de wieg tot het graf. Maar er zit geen beweging in."

Maar de tijd heeft toch wel een richting? Het verleden is iets anders dan de toekomst. Dat kun je niet omdraaien. Je kunt een gebroken ei toch niet meer helen?

"Nee, de tijd heeft geen richting. Er zit wel een asymmetrie in. Van een brandende sigaret blijft een hoopje as over, gebouwen vervallen, bloemen verwelken. Dat kun je niet omdraaien. Een ingestorte schoorsteen komt niet spontaan overeind. Althans, in onze wereld niet. Onze ervaring is dat de wanorde toeneemt. Je kunt lokaal wel wat orde aanbrengen, maar over het geheel gaan we van orde naar wanorde. Dat wordt uitgedrukt in de Tweede Hoofdwet uit de warmteleer."

In onze wereld? Is die hoofdwet dan niet algemeen geldig?

"Nee, die wet beschrijft wat er hier gebeurt. De meer fundamentele wetten uit de natuurkunde staan toe dat het andersom gaat. Dat een hoopje as weer een sigaret wordt bijvoorbeeld. Die wetten zijn wel symmetrisch. En de beste verklaring voor het feit dat bij ons de sigaretten altijd opbranden, is eigenlijk dat het nou eenmaal zo is. Om het iets wetenschappelijker te zeggen: kennelijk leven wij in een universum dat bij zijn begin, de oerknal, uitzonderlijk geordend was en zich alleen maar richting wanorde kan begeven."

Dat is niet echt een bevredigende verklaring.

"We moeten beseffen dat die wetten niet alles zeggen. Ze geven alleen aan wat er kan gebeuren. Wat er uiteindelijk gebeurt, onze wereld dus, is slechts één oplossing van die vergelijkingen."

Het had dus ook anders kunnen uitpakken? We hadden ook in een wereld kunnen leven waarin geklutste eieren weer heel kunnen worden?

"In zo'n wereld zouden wij niet kunnen leven. Kijk, in ons universum zit die asymmetrie wel. Bij ons gaat de oorzaak altijd aan het gevolg vooraf. Stel dat het anders was. Dan zouden we bijvoorbeeld nooit meer een bad kunnen nemen. Wij weten dat een warm bad langzaam afkoelt. Daar vertrouwen we op. Maar de wetten staan een universum toe waarin een koud bad een paar tellen later gloeiend heet kan zijn. Een verklaring voor de asymmetrie in ons universum zou kunnen zijn dat er heel veel universa zijn, allemaal met een eigen oplossing voor de natuurwetten, en dat wij leven in een universum dat bij ons past. Dat heet het antropisch principe, maar ik moet zeggen: het is heel speculatief."

Het gaat ook tegen de intuïtie in. Het lijkt wel of de natuurkunde het alledaagse idee van tijd heeft weggemoffeld en zich verschuilt in formules.

"Ik zou het iets anders formuleren. Natuurkundigen moffelen niks weg, ze brengen een dieper niveau aan. Natuurkundigen vinden dat de wijze waarop zij de wereld beschrijven, het meest fundamenteel is.

"Dat is altijd zo geweest. Puur intuïtief denk je dat de zon om de aarde draait - zo neem je het immers iedere dag waar. De natuurkunde heeft geleerd dat het logischer is om de zon in het centrum te plaatsen. Of neem deze tafel waar ik aan zit. Ik zie het blad als een vast, massief oppervlak. Maar volgens de fysica is het één grote leegte, met hier en daar een atoomkern. Met het krachtenspel tussen die atomen verklaart de natuurkunde waardoor wij het tafelblad als een geheel zien.

"Zo gaat het met de tijd ook. Wij nemen de tijd waar als een klein momentje dat telkens opschuift, maar dat opschuiven zit volgens de fysica niet in de tijd zelf. Het zit vermoedelijk in ons brein. Daar maken we van al die momentjes een stroming. Trouwens, de laatste tien jaar beginnen fysici te speculeren over het idee dat de tijd zelf geen fundamenteel begrip is. Tijd is volgens die inzichten, net als de ruimte overigens, slechts een oppervlaktefenomeen. Een uiting van iets diepers.

"Er zouden bouwstenen bestaan waaruit ruimte en tijd worden opgebouwd. Vraag me niet wat dat zou moeten zijn, want dan verval ik toch weer in dagelijkse concepten. Dat geldt voor veel moderne natuurkunde. Wiskundig is er wel mee te werken, maar het is vaak lastig te begrijpen wat al die begrippen inhouden."

Iemand als Albert Einstein worstelde daar ook mee. Hij wilde niet accepteren dat er een leemte zat tussen de dagelijkse en de wetenschappelijke kijk op de werkelijkheid.

"Daar noem je iemand. We hebben het tot nu toe over tijd in de klassieke natuurkunde gehad. Honderd jaar geleden heeft Einstein ook veel ideeën daaruit onderuit gehaald. In zijn speciale relativiteitstheorie uit 1905 laat hij bijvoorbeeld zien dat gelijktijdigheid niet bestaat.

"Wij voeren nu wel een telefoongesprek maar jouw 'nu' is niet mijn 'nu'."

Dat begrijp ik niet. We kunnen onze klokken toch gelijkzetten?

"Neem die sonde die vorige week crashte op Mars. De Europese ruimtevaartorganisatie had vooraf aangegeven wanneer deze Schiaparelli de atmosfeer van Mars zou binnendringen, hoe laat hij zijn parachute zou uitklappen en op welk tijdstip de ruimtesonde zou landen. Zodat wij het allemaal konden volgen alsof we er zelf bij waren. Op het moment zelf.

"Maar dat is een illusie. Wij stonden niet direct in contact met de lander - het radiosignaal deed er tien minuten over om de aarde te bereiken. Wij moesten daarom definiëren hoe wij de tijd op aarde verbonden met de tijd op Mars. Einstein liet zien dat die definitie niet eenduidig is. Gelijktijdigheid is een subjectief begrip.

"Tien jaar later ging hij nog een stapje verder. In zijn algemene relativiteitstheorie worden tijd en ruimte beïnvloed door aanwezige massa's. Het ruitjespapier waarop de wereldlijnen staan, is flexibel geworden. Je kunt het papier oprollen waardoor die lijnen gesloten kringen worden.

"Op die manier kun je terugkeren naar je eigen verleden."

Ik dacht altijd dat tijdreizen uitgesloten was, omdat je er paradoxen mee creëert. Zoals teruggaan naar het verleden en je eigen grootvader vermoorden.

"Dat is zo, maar opnieuw: de wetten van de algemene relativiteitstheorie sluiten tijdreizen niet uit. Maar dat wil nog niet zeggen dat die mogelijkheid in ons universum is gerealiseerd. Want als de mens ooit een tijdmachine weet te bouwen, dan is de vraag: waar zijn ze dan?

"Je zou verwachten dat die mensen uit de toekomst nog eens grote historische gebeurtenissen willen bekijken. De slag bij Waterloo, de moord op Julius Caesar. Toch melden de oude Romeinen nergens dat er vreemde mannetjes in hun stad rondliepen."

Maar tijdreizen kan dus wel.

"Op papier wel ja. Onder speciale omstandigheden, met enorme roterende zwarte gaten bijvoorbeeld, kan het. Zulke objecten hebben we in ons universum niet gezien. Misschien bestaan ze in een verre uithoek van het heelal. Je kunt je ook voorstellen dat tijdreizen op een beperkte schaal mogelijk is. Dat men over duizend jaar misschien een maand terug kan in de tijd. Dat zou verklaren waarom wij daar niets van merken."

En wat heeft Einstein veranderd aan ons idee van de tijd zelf?

"Tijd en ruimte staan bij Einstein niet meer apart, maar vormen samen de ruimtetijd. Toch is er een onderscheid tussen de twee. Het is hogere meetkunde, maar het komt er op neer dat de tijd ergens een minteken heeft. Het onderscheid zit niet in de assen van de ruimtetijd, maar in de geometrie die bepaalt welke dingen kunnen gebeuren. Tijd is anders dan ruimte."

Waar blijkt dat uit?

"Onze levens zijn bijvoorbeeld tijdachtig. Nogmaals, de tijd stroomt ook bij Einstein niet, maar onze levenslijnen lopen van tijdpunt naar tijdpunt. Dat is iets anders dan van A naar B in de ruimte.

"Vraag me niet naar de diepere achtergrond van dat verschil."

Wij nemen de tijd waar als een klein momentje dat telkens opschuift, maar dat opschuiven zit volgens de fysica vermoedelijk in ons brein. Foto Frank Rumpenhorst, AP, montage Trouw

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden