Fysicus bedenkt wiskundig correcte manier om een tijdmachine te bouwen

Door de tijd reizen is niet langer onmogelijk. Twee fysici bedachten een nieuwe, wiskundig correcte manier om een tijdmachine te bouwen. Zij beschreven die machine deze week in het vakblad Classical and Quantum Gravity.

Kunnen we de klok ooit nog terugdraaien? Wel als het aan de Canadese fysicus Benjamin Tippet ligt.

De werkelijkheid om ons heen is een kneedbaar goedje. Dat weten we al sinds Albert Einstein. Voortbordurend op het werk van zijn voortgangers, toonde hij definitef aan dat wij leven in een wereld met vier dimensies en niet drie. De drie vertrouwde dimensies van de ruimte (boven-onder, voor-achter en links-rechts) koppelde hij aan een enkele dimensie van tijd (eerder-later) en bouwde daarmee de ruimtetijd, het vierdimensionale grafiekpapier waarop alles om ons heen rust.

Met die ruimtetijd kun je handige dingen. Een zware massa kromt die ruimtetijd bijvoorbeeld, vergelijkbaar met de kuil die een bowlingbal in een opgespannen tafellaken veroorzaakt. Leg daar een knikker naast en geef die een zetje, en die knikker gaat rondjes draaien om de bowlingbal. Om exact dezelfde reden draait de maan om de aarde. Hij draait rondjes in de ruimtetijdput die onze planeet veroorzaakt.

Leestip: Meer lezen over speculaties ?Lees dan Robots, aliens en popcorn. Bestel in onze webshop.
LEESTIP Meer weten over tijdreizen en andere exotische sciencefictionwetenschap? Lees dan Robots, aliens en popcorn door New Scientist-redacteur George van Hal (€24,99). Bestel in onze webshop.

Reizen naar het verleden

Omdat ruimte en tijd onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn, kun je op die manier niet alleen de ruimte buigen, maar ook de tijd. Zo moet het zelfs mogelijk zijn om door de tijd te reizen. De eerste die zich dat realiseerde was de Oostenrijkse wiskundige en filosoof Kurt Gödel. Hij bewees in 1949 met behulp van de formules van Einsteins algemene relativiteitstheorie dat het mogelijk was om de ruimtetijd plaatselijk te vervormen totdat een zogeheten ‘gesloten tijdachtige kromme’ ontstaat.

Gelukkig is het concept dat achter die term schuilt een stuk gemakkelijker dan de ingewikkeld klinkende naam doet vermoeden. Een ‘gesloten tijdachtige kromme’ is namelijk niets meer dan een toestand waarin de ruimtetijd zo gekromd is dat je jezelf altijd weer tegenkomt als je eroverheen beweegt. Een gesloten tijdachtige kromme is dus ‘gesloten’ op dezelfde manier waarop een cirkel ook gesloten is. Met andere woorden: loop je erover, dan kom je uiteindelijk altijd op exact dezelfde plek én dezelfde tijd terecht als eerder. Wie een gesloten tijdachtige kromme volgt, komt daarmee dus uiteindelijk terecht in zijn eigen verleden.

Fysici beschouwen reizen naar het verleden een beetje als de heilige graal van het tijdreizen. Dat komt vooral omdat het in eerste oogopslag volkomen onmogelijk lijkt. Reizen naar de toekomst is aantoonbaar mogelijk, maar wie reist naar het verleden, kan ineens de volgorde van oorzaak en gevolg omdraaien. En wanneer dat kan, kun je heel maffe dingen uithalen. Zo zou je in het verleden bijvoorbeeld je eigen vader, of opa, kunnen omleggen – zodat je nooit geboren wordt. Maar als dat lukt kun je dan überhaupt wel naar het verleden reizen om die moord te plegen? Dat is de crux van de beroemde grootvaderparadox. En het is slechts één van de vele gekke tijdreisparadoxen die mogelijk zijn wanneer je naar het verleden kunt reizen.

Een tijdmachine bouwen

Hoewel tijdreizen naar het verleden dus op zijn minst twijfelachtig is, zijn de gesloten tijdachtige krommen van Gödel wel degelijk wiskundig correcte oplossingen van de algemene relativiteitstheorie. Fysicus Benjamin Tippet, verbonden aan de Canadese University of British Columbia en astronoom David Tsjang van de Amerikaanse University of Maryland, vroegen zich vervolgens af of het dan ook theoretisch mogelijk was om een tijdmachine te bouwen die zo’n kromme kan volgen. Ze zochten daarbij naar iets dat zo dicht mogelijk aanschurkt tegen wat een sciencefictionliefhebber zich bij een tijdmachine voorstelt: een doos waarin een mens vooruit en achteruit door de tijd kan reizen. ‘H.G. Wells heeft de term tijdmachine populair gemaakt’, zei Tippet daarover in een persverklaring. ‘Sindsdien denken we dat een reiziger inderdaad een machine of speciale doos nodig heeft om door de tijd te kunnen reizen.’

Exact zo’n doos probeerden de fysici vervolgens op papier te toveren. Het resultaat van die denkoefening publiceerden zij deze week in het vakblad Classical and Quantum Gravity. Dat hoogst theoretische vakblad maakte in het verleden overigens al eerder uitstapjes naar sciencefictionachtige publicaties. Zo publiceerde theoretisch-fysicus Miguel Alcubierre daar in 1994 bijvoorbeeld een vakartikel waarin hij een theoretische mogelijkheid beschreef om de warp-motor uit de televisieserie Star Trek na te bouwen.

De fysici noemden hun tijdmachine TARDIS – vernoemd naar de blauwe politietelefooncel waarmee Doctor Who in de gelijknamige sciencefictionserie door de tijd reist.

Tippet en Tsjang bewijzen in hun artikel dat het wiskundig inderdaad mogelijk is om een fysieke tijdmachine te bouwen. ‘Mensen denken dat tijdreizen fictie is’, zegt Tippet. ‘We denken dat het niet kan omdat we het nooit doen. Maar wiskundig is het gewoon mogelijk.’

In dit geval berekenden de fysici dat je als tijdmachine een soort bel in de ruimtetijd kunt gebruiken. Als je in die bel zit, kun je veilig over de kromme bewegen. Die bel noemen de onderzoekers met een zeker gevoel voor humor een Traversable Achronal Retrogade Domain in Space-time. Inderdaad: TARDIS, precies dezelfde naam die de Britse sciencefictionserie Doctor Who hanteert als naam voor de tijdmachine (een blauwe politietelefooncel) van het hoofdpersonage.

Bewegende tijdreisbellen

Het leuke is dat Tippet en Tsjang zelfs berekend hebben hoe het eruit ziet wanneer mensen met een doorzichtige TARDIS naar het verleden zouden reizen. Iemand buiten die bel – in het verleden –  ziet dan ineens, schijnbaar uit het niets, twee doorzichtige bellen verschijnen. Beide bellen bewegen eerst uit elkaar, remmen vervolgens af en bewegen dan langzaam weer naar elkaar toe totdat ze samensmelten. In beide bellen is de tijdreiziger zichtbaar. Als in de bel ook een klok hangt, tikken de wijzers in de ene bel vooruit, en in de andere terug. Een bizar proces dat je volgens de fysici goed kunt vergelijken met wat er gebeurt wanneer in de ruimte uit het niets een deeltje en een bijbehorend anti-deeltje ontstaan.

Het blijkt echter nog niet gemakkelijk om de voorgestelde tijdmachine ook in de praktijk te bouwen. Om de ruimtetijd zodanig te buigen dat je de bel en het bijbehorende gekromde pad door de tijd kunt maken, heb je namelijk exotische materie nodig – materie met een negatieve zwaartekracht, bijvoorbeeld. Het bestaan van dergelijke materie is echter hoogst speculatief. Of we dus ooit inderdaad een tijdreisbel kunnen bouwen, is voorlopig absoluut nog niet zeker. Tot die tijd lijkt het vakartikel van Tippet vooral geschikt als gedachte-experiment die de meest exotische wiskundige uithoeken van Einsteins relativiteitstheorie verkent. En het is leuk als romantisch idee waar sciencefictionliefhebbers over de hele wereld eens lekker bij weg kunnen dromen, natuurlijk.

Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief. 

Lees verder:

 

Over de auteur

George van Hal

George van Hal is wetenschapsjournalist en coördinerend redacteur bij New Scientist. George studeerde sterrenkunde, is zelfverklaard sciencefiction- en filmfanaat, en schreef daarover het boek Robots, aliens en popcorn. George zit op Google+ en Twitter. Meer informatie over George en zijn artikelen is te vinden op zijn website.



15 Reacties

  • John

    | Beantwoorden

    Heb weleens vaker mijn twijfels bij de geloofwaardigheid van de informatie op deze site.

    Als tijdreizen mogelijk zou zijn, waarom is er dan nooit iemand uit de toekomst gekomen om de ellende die we nu hebben op te lossen?

    Twee mogelijkheden
    1. Tijdreizen kan
    2. De mens is in de toekomst een nog egoïstischer, asociaal wezen dan we nu al zijn.
    Lekkere toekomst hebben we dan …

    • Bas

      | Beantwoorden

      Misschien helpt het om het artikel te lezen om dergelijke twijfels weg te nemen.

    • Roger

      | Beantwoorden

      Ergens anders las ik ooit dat men nooit verder terug naar het verleden kan gaan dan het moment waarop de allereerste tijdmachine effectief gerealiseerd is, wat zou verklaren dat we nog geen tijdreizigers hebben gezien. Nog ergens anders (mijn geheugen is niet je dat meer) las ik dat je bij een reis naar het verleden wel zou kunnen observeren maar niet interageren. Voor mijzelf tot slot blijf ik overtuigd dat je de tijd (die ik met een sinus van 1 Hz vergelijk) wel kan uitrekken of inkrimpen door een sterk gravitatieveld of door een reis met relativistische snelheden. Start je vandaag zo een reis dan kan je bij terugkeer bijvoorbeeld vaststellen dat je klok 10 mei 2018 aanduidt en de klok op aarde 10 mei 2058. Je bent 40 jaar “naar de toekomst gereisd”. Start je daarentegen vandaag een experiment waar je de aarde in een sterk gravitatieveld steekt terwijl je zelf eerst naar een plaats dichtbij in de ruimte met weinig gravitatie bent verhuisd, dan stel je na het experiment bvb vast dat je klok 10 mei 2058 aanduidt en de aardse klok 10 mei 2018. Ben je dan 40 jaar naar het verleden gereisd? Neen, je bent nog steeds in de toekomst terechtgekomen want je vertrok op 9 mei 2017, alleen reisde je veel sneller naar de toekomst dan je kennissen die op aarde bleven.

  • Lob Naj

    | Beantwoorden

    Als je met voldoend grote snelheid naar het westen vliegt ,wordt het steeds vroeger .Toch reis je niet terug in de tijd,want als je weer bij je uitgangspunt terug bent is het toch later geworden . Dat is omdat je de datumgrens gepasseerd bent. Ik vraag me af of je bij de reis in dit artikel ook een soort datumgrens tegenkomt .

  • rofer

    | Beantwoorden

    stel je kan wel terug in de tijd ,met als doel een actie uit te voeren die een hoop narigheid ,welke in deze tijd historisch bekend is, te voorkomen,je hebt immers de
    kennis van te gebeuren catastrofe (je komt uit de toekomst immers), stel dat je dus 1000 jr terug kan. Maar dan begint in praktijk eigenlijk het moeilijkste. Hoe kijkt men tegen jou aan met de mededeling ;Hitler en Stalin gaan voor een hoop slacht offers zorgen!. Wie gaat jou geloven? ,van wie kan je hulp verwachten ,je benodigd
    materiaal (je hebt immer niets bij je waarsch.) Je oorspronkelijke humane doel zal
    erg weerbarstig worden ,een netwerk organiseren enz. Dus ergo, de verledenreis
    is gelukt ,maar dan stuit je nog op het punt , je zorgen en kennis in praktijk te brengen. Actie nemen is dan bijna net zo moeilijk ,als de reis naar het verleden ,die je er voor gemaakt hebt.

  • Loes

    | Beantwoorden

    Wat een ongelooflijk simpele voorstelling van zaken blijkt er uit de reacties. Heeft nu iemand dit artikel wel ècht gelezen???

  • David

    | Beantwoorden

    Tja, wiskunde… Je kunt een vergelijking opstellen die het verband geeft tussen de lengte van een kaars en het aantal branduren. Volgens die formule wordt de lengte van de kaars na verloop van tijd negatief. Wiskundig correct, ook dat nog……

  • G. Logtenberg

    | Beantwoorden

    In mijn tentamenscriptie over esthetica en kleurenkunde stond aan het begin genoteerd: Kwaliteit staat voor kwantiteit in diversiteit geeft aan de capaciteit …

    Op de laatste bladzijde stond: … een condensator!
    (ik kreeg een zesje als cijfer)

  • Dan Visser

    | Beantwoorden

    Algemene Relativiteit gaat uit van een fundamenteel Big Bang-heelal. Daarin gaat de tijd voortdurend vooruit. Sneller vooruit gaan dan achterblijvers (met bijna de lichtsnelheid) laat je minder oud worden dan die achterblijvers. Kom je weer terug in waar je vertrokken bent dan is de omgeving ouder geworden. Je bent dan ten opzichte van de achterblijvers in de toekomst van die ouderen aanwezig.
    Maar als je niet van een fundamenteel Big Bang-heelal uitgaat, omdat je hebt afgeleid dat die voortkomt uit een roterend hologram-heelal, dan is terug-reizen in de tijd ‘een reizen tegen de rotatie van het hologram-heelal in’. Op die manier kun je elk moment van het ene naar het andere Big Bang-heelal gaan in het verleden en de toekomst, onder voorwaarde dat je dat in een verfijning van ruimte en tijd doet. Daar is besturing van kwantum-zwaartekracht voor nodig! Dat doe je door gebruik te maken van de sub-kwantum-schaal. Helaas wordt die schaal ‘ten onrechte’ geweerd uit de bestaande fysica en kosmologie. Maar daar heb ik me niets van aangetrokken. Wie wil lezen over mijn bewijsvoering, leest erover op mijn website, waar ook een verwijzing staat naar mijn artikelen in het vixra-archief. Eventueel kan men ook mijn boekje bestellen (info op mijn website).
    Met vriendelijke groet,
    Dan Visser, onafhankelijk kosmoloog en schilderijkunstenaar.

  • Fred

    | Beantwoorden

    Die grootvader-paradox lijkt me een schijnprobleem. Indien je als een kopie van wat je nu bent ergens in het verleden opduikt, heb je daar geen (groot)vader en kan je die dus ook niet vermoorden.
    Waarschijnlijker lijkt mij dat je daar wel een grootvader zult hebben, maar dat is dan een andere dan de actuele en ben jij ook iemand anders. Ofwel is het dezelfde en ben jij (samen met de rest van het heelal) gewoon enkele jaren jonger.

  • fransamsterdam

    | Beantwoorden

    Als je vooruit reist in de tijd, ben je op elk willekeurig moment aanwezig, concreter gezegd: De massa en de energie die je vertegenwoordigt maakt op elk willekeurig moment deel uit van het universum.
    Als je achteruit in de tijd zou reizen, verdwijn je (in ieder geval een tijdje) uit de toekomst en bestaat de materie waaruit je bent opgebouwd opeens dubbel.
    Zulk een gerommel met massa en energie, daar houdt ons universum volgens mij niet zo van.

  • Theo Prinse

    | Beantwoorden

    Tijd is een subjectieve ervaring van het in een laboratorium opstelling verplaatsen van materie tegen de achtergrond van referentie materie die echter ook weer aan beweging onderhevig is.
    De foute stelling van Einstein dat er niets sneller gaat dan het foton licht is oorzaak van alle achteruit en vooruit tijdreizen speculatie en alleen in een foute wiskundige benadering suggestief als mogelijk te suggereren.
    Na het tot dusver bekende allerkleinste deeltje zoals het neutrino e.d. zijn er oneindige reeksen van steeds kleinere deeltjes. Gravitonen zijn zulke deeltjes en dragen waarschijnlijk snelheden miljarden keer de lichtsnelheid.
    Gravitonen bevinden zich met miljarden binnen de lege ruimte van een elektron en met veelvouden ervan buiten elektronen.
    Als de superluminale snelheden van gravitonen overgebracht kunnen worden op een ruimteschip kan dit schip in 10 jaar naar het uiteinde van het tot dusver bekende heelal reizen.
    Als gravitonen gefilmd kunnen worden zoals een infrarood camera het silhouette van de warm geworden luchtmoleculen rond een dampend hert in de kille nacht dat rustig is weggelopen dan kan men misschien in de camera beelden van de graviton camera terug in het verleden kijken naar objecten, personen die daar all lang weg zijn.

  • S.R. Duintjer Tebbens

    | Beantwoorden

    Wellicht ook interessant om het boek “Zo bouw je een tijdmachine” te (her)lezen van Paul Davies (Het spectrum, 1e druk 2002), resp. “How to Build a Time Machine” (Penguin Books). Het is onderhoudend geschreven, maar wel serieus.

  • rebellio cross

    | Beantwoorden

    Als een ruimtetijdput veroorzaakt wordt door een planeet en daardoor het door ons genoemde verschijnsel ‘zwaartekracht’ ontstaat. Dan kunnen we alleen de zwaartekracht beïnvloeden als we de tijd kunnen beinvloeden? Hoverbords en de vliegende schepen uit SF films zijn alleen mogelijk als we ruimtetijd kunnen beinvloeden? Maar dan is een monorail al beinvloeden van ruimtetijd en eigenlijk alles wat bestaat en massa heeft. Of is dat te simple gedacht?

  • Alex

    | Beantwoorden

    Het kenmerkende van zulke theorieën is dat ze weer een andere absurditeit veronderstellen, in dit geval negatieve zwaartekracht.

Plaats een reactie