Tijd en Ruimte: Minder vatbaar dan we denken?

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.

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.).

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.