Bestaat de tijd echt?

Tijd is zeker een zeer complex onderwerp in de natuurkunde, en er zijn mensen die geloven dat tijd niet echt bestaat. Een veel voorkomend argument dat ze gebruiken is dat Einstein heeft bewezen dat alles relatief is, dus tijd is niet relevant. In het bestverkochte boek Het geheim, de auteurs zeggen: "Tijd is slechts een illusie." Is dit echt waar? Is tijd slechts een verzinsel van onze verbeelding?

Onder natuurkundigen bestaat er geen echte twijfel dat tijd echt echt bestaat. Het is een meetbaar, waarneembaar fenomeen. Natuurkundigen zijn gewoon een beetje verdeeld over wat dit bestaan ​​veroorzaakt en wat het betekent om te zeggen dat het bestaat. Inderdaad, deze vraag grenst evenveel aan het rijk van de metafysica en ontologie (de filosofie van het bestaan) als aan de strikt empirische vragen over tijd die de fysica goed is toegerust om.

De pijl van tijd en entropie

De uitdrukking "de pijl van de tijd" werd bedacht in 1927 door Sir Arthur Eddington en gepopulariseerd in zijn boek uit 1928 De aard van de fysieke wereld. Kort gezegd is de pijl van tijd het idee dat tijd slechts in één richting stroomt, in tegenstelling tot ruimtedimensies die geen voorkeursoriëntatie hebben. Eddington maakt drie specifieke punten met betrekking tot de pijl van tijd:

1. Het wordt levendig herkend door bewustzijn.
2. Het wordt evenzeer aangedrongen door ons redeneervermogen, dat ons vertelt dat een omkering van de pijl de buitenwereld onzinnig zou maken.
3. Het verschijnt niet in de natuurwetenschappen, behalve in de studie van de organisatie van een aantal individuen. Hier geeft de pijl de richting aan van progressieve toename van het willekeurige element.

De eerste twee punten zijn zeker interessant, maar het is het derde punt dat de fysica van de pijl van de tijd vastlegt. De onderscheidende factor van de pijl van tijd is dat deze in de richting van toenemende entropie wijst, volgens de tweede wet van de thermodynamica. Dingen in ons universum vervallen als een loop van natuurlijke, op tijd gebaseerde processen ... maar ze krijgen niet spontaan orde terug zonder veel werk.

Er is echter een dieper niveau in wat Eddington zegt in punt drie, en dat is dat "het niet in de natuurwetenschappen verschijnt, behalve ..." Wat betekent dat? Tijd is overal in de natuurkunde!

Hoewel dit zeker waar is, is het merkwaardige dat de wetten van de natuurkunde "tijdomkeerbaar" zijn, dat wil zeggen dat de wetten zelf eruit zien alsof ze perfect zouden werken als het universum omgekeerd zou worden gespeeld. Vanuit fysisch oogpunt is er geen echte reden waarom de pijl van tijd noodzakelijkerwijs vooruit zou moeten gaan.

De meest voorkomende verklaring is dat het heelal in het verre verleden een hoge graad van orde (of lage entropie) had. Vanwege deze "randvoorwaarde" zijn de natuurlijke wetten zodanig dat de entropie voortdurend toeneemt. (Dit is het basisargument uit het boek van Sean Carroll uit 2010 Van eeuwigheid tot hier: de zoektocht naar de ultieme theorie van tijd, hoewel hij verder gaat om mogelijke verklaringen te suggereren waarom het universum met zoveel orde is begonnen.)

Het geheim en tijd

Een veel voorkomende misvatting verspreid door een onduidelijke discussie over de aard van relativiteit en andere fysica met betrekking tot tijd is dat tijd in feite helemaal niet bestaat. Dit komt op een aantal gebieden voor die vaak worden geclassificeerd als pseudowetenschap of zelfs mystiek, maar ik wil in dit artikel op een bepaald uiterlijk ingaan.

In het best verkochte zelfhulpboek (en video) Het geheim, de auteurs brachten het idee naar voren dat fysici hebben bewezen dat tijd niet bestaat. Beschouw een paar van de volgende regels uit de sectie "Hoe lang duurt het?" in het hoofdstuk "Het geheim gebruiken" uit het boek:

"Tijd is slechts een illusie. Einstein heeft ons dat verteld."

"Wat kwantumfysici en Einstein ons vertellen is dat alles tegelijkertijd gebeurt."

"Er is geen tijd voor het universum en er is geen grootte voor het universum."

Alle drie de bovenstaande verklaringen zijn categorisch onjuist, volgens meest natuurkundigen (vooral Einstein!). Tijd is eigenlijk een integraal onderdeel van het universum. Zoals eerder vermeld, is het zeer lineaire concept van tijd verbonden met het concept van de tweede wet van de thermodynamica, die door veel fysici wordt gezien als een van de belangrijkste wetten in alle fysica! Zonder tijd als een echte eigenschap van het universum wordt de Tweede Wet betekenisloos.

Wat waar is, is dat Einstein door zijn relativiteitstheorie bewees dat tijd op zichzelf geen absolute hoeveelheid was. In plaats daarvan zijn tijd en ruimte op een zeer precieze manier verenigd om ruimte-tijd te vormen, en deze ruimte-tijd is een absolute maat die kan worden gebruikt - opnieuw, op een zeer precieze, wiskundige manier - om te bepalen hoe verschillende fysieke processen in verschillende locaties communiceren met elkaar.

Dit doet niet betekent dat alles tegelijkertijd gebeurt. In feite geloofde Einstein ervan overtuigd op basis van het bewijs van zijn vergelijkingen (zoals E = mc²) dat geen informatie sneller kan reizen dan de snelheid van het licht. Elk punt in ruimtetijd is beperkt in de manier waarop het kan communiceren met andere regio's van ruimtetijd. Het idee dat alles tegelijkertijd gebeurt, is precies in tegenspraak met de resultaten die Einstein heeft ontwikkeld.

Deze en andere fysische fouten in Het geheim zijn volkomen begrijpelijk omdat het feit dat dit zeer complexe onderwerpen zijn, en ze niet noodzakelijkerwijs volledig worden begrepen door fysici. Het feit dat natuurkundigen echter niet noodzakelijkerwijs een volledig begrip van een concept zoals tijd hebben, betekent niet dat het geldig is om te zeggen dat ze geen begrip van tijd hebben, of dat ze het hele concept als onwerkelijk hebben afgeschreven. Dat hebben ze zeker niet.

Tijd transformeren

Een andere complicatie in het begrip van tijd wordt aangetoond door het boek van Lee Smolin uit 2013 Time Reborn: From the Crisis in Physics to the Future of the Universe, waarin hij stelt dat de wetenschap (zoals de mystici beweren) tijd als een illusie behandelt. In plaats daarvan vindt hij dat we tijd als een fundamenteel reële hoeveelheid moeten behandelen en, als we het als zodanig serieus nemen, zullen we natuurwetten ontdekken die in de loop van de tijd evolueren. Het valt nog te bezien of dit beroep daadwerkelijk zal leiden tot nieuwe inzichten in de grondslagen van de fysica.

Uitgegeven door Anne Marie Helmenstine, Ph.D.