Natuurkundigen gebruiken voor hun theorieën vaak de aanname dat de tijd niet achteruit kan bewegen. Maar dat blijkt geen juiste weerspiegeling van de quantumwerkelijkheid te zijn.
Sommige quantumsystemen kunnen twee zogeheten tijdpijlen hebben: één die zoals gewoonlijk vooruit loopt en een andere die achteruit beweegt. Dit betekent dat, op extreem kleine schalen, tijd in beide richtingen stroomt. De natuurkundigen die dit gedrag ontdekten, publiceerden hun berekeningen in het wetenschappelijke tijdschrift Scientific Reports.
Tweerichtingsverkeer
In de basisvergelijkingen van de quantumfysica – die het gedrag van een enkel deeltjes beschrijven – is er geen reden waarom tijd altijd vooruit zou moeten lopen. Met andere woorden, fundamentele quantumwetten hebben zogeheten tijdomkeersymmetrie. Maar voor grotere systemen, zoals verzamelingen van deeltjes, maken de wetten die natuurkundigen gebruiken om gedrag te voorspellen wel degelijk een onderscheid tussen het verleden en het heden.
‘AI is een veredelde rekenmachine’
Met AI spoort Ann Dooms vervalste schilderijen op, maakt ze onleesbare teksten doorzoekbaar en brengt ze de kwaliteit van eicellen in kaart.
‘Je beweegt van een situatie waarin je zeker tijdomkeersymmetrie hebt naar een eindresultaat waarin duidelijk geen tijdomkeersymmetrie is’, zegt natuurkundige Thomas Guff van de Universiteit van Surrey in het Verenigd Koninkrijk. ‘Ik was gewoon heel nieuwsgierig: bij welke specifieke stap [van een berekening] gebeurt dat? Waar dood je de symmetrie?’
Afgevallen aanname
Nu hebben Guff en zijn collega’s aangetoond dat de symmetrie kan blijven voortbestaan. Ze bestudeerden quantumsystemen die in contact staan met hun omgeving. Eerdere berekeningen hebben aangetoond dat er op den duur wat warmte uit zulke systemen zal ‘lekken’ naar de omgeving op een manier die niet ongedaan gemaakt kan worden. Bij deze gebeurtenis is een duidelijke ‘voor’ en ‘na’ aan te wijzen, oftewel een tijdpijl die van het ene naar het andere wijst.
Maar al deze berekeningen zijn gedaan in de veronderstelling dat enkel één tijdpijl is toegestaan, zegt natuurkundige en teamlid Andrea Rocco, ook verbonden aan de Universiteit van Surrey. ‘Als je de vraag stelt ‘Wat als ik de tijd omdraai?’, dan zijn de vergelijkingen die de beweging van je systeem beschrijven net iets anders dan de vergelijkingen die je in [een standaard]tekstboek vindt.’
De vergelijkingen die zijn team afleidde nadat ze de aanname over de enkele tijdpijl lieten vallen, staan toe dat er een tijdpijl is die achteruit beweegt én een die vooruit beweegt. De onderzoekers ontdekten dat dit geldt voor verschillende soorten systemen. Voorbeelden zijn systemen waarin willekeurig fluctuerende krachten een rol spelen en systemen die op een onvoorspelbare manier van toestand veranderen – zoals deeltjes die willekeurig bewegen. Hoewel de onderzoekers nog geen onomstotelijk wiskundig bewijs hebben opgesteld voor hun idee, geloven ze dat het bestaan van de tegengestelde tijdpijlen een algemeen fenomeen kan zijn.
Kosmische consequenties
Natuurkundige Gonzalo Ordonez van de Butler-universiteit in de Verenigde Staten vindt dat het onderzoek nieuw licht werpt op de tijdcontroverse. ‘Ik denk dat het een van de grootste problemen in de natuurkunde is. Nu suggereren de onderzoekers dat eerdere vergelijkingen die mensen schreven voor [tijd]omkeerbare processen een factor misten. Als ze deze factor eenmaal inbouwen, maken deze vergelijkingen geen onderscheid meer tussen de toekomst en het verleden’, zegt hij.
Werken met deze nieuwe vergelijkingen, die omkeerbaar zijn in de tijd, kan ook kosmische gevolgen hebben, zegt Ordonez. Ze maken bijvoorbeeld het idee geloofwaardiger dat er na de oerknal twee heelallen zijn ontstaan die elk in een tegengestelde tijdrichting evolueerden, zegt hij.
Rocco is ook geïnteresseerd in die ideeën, maar waarschuwt om niet teveel te willen halen uit het nieuwe werk. ‘We hebben misschien iets ontdekt dat zo fundamenteel is dat het steeds weer opduikt, maar we zijn nog ver verwijderd van een rigoureus begrip’, zegt hij.
