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.
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.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
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.
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:
- Tijdreizen door wormgaten
- Tijdreizen in Hollywood
- Kun je sneller vliegen dan het licht?
- Waarom we sciencefiction serieus moeten nemen
- De top 15 uitgekomen voorspellingen uit sciencefictionfilms
- De 13 meest gemaakte fouten in Hollywood