Het tijdreizen voorbij

Eerst kon het niet, reizen in de tijd. Toen misschien wel. En volgens de laatste inzichten toch weer niet. Serieuze fysici breken zich het hoofd over mogelijkheden om naar het verleden af te reizen....

ZEG LATER niet dat u niet gewaarschuwd bent voor weddenschappen over de mogelijkheid van reizen in de tijd. Even nog niet doen, is het dringende advies, wat u er verder ook van denkt.

Stel namelijk eens dat u onverhoopt een uitdager tegenover u hebt getroffen uit de verre toekomst. Iemand die ergens in het jaar 2300-en-nog-wat in Physical Review Letters het definitieve bewijs heeft gelezen dat het écht kan. Iemand die een tijdmachine heeft gebouwd en nu met zijn voorkennis probeert rijk te worden in het verleden, dat uiteraard nog van niks weet. Of heet zoiets dan nakennis?

De wereldberoemde Britse theoretisch fysicus Stephen Hawking waarschuwt al jaren tegen dat soort weddenschappen. Hij heeft sinds de publicatie van zijn mega-bestseller A brief history of Time (1988, hier uitgekomen als Het Heelal) al zeker twee keer zijn mening veranderd over de principiële mogelijkheid van tijdreizen.

Zijn waarschuwing tegen futuristische weddenschappen over tijdreizen staat ook weer in zijn nieuwste, gereviseerde editie, die The Universe in a Nutshell heet. Ditmaal denkt hij dat tijdreizen uiteindelijk toch niet zal blijken te kunnen. Omdat het een combinatie van tegenstrijdige voorwaarden vereist. Maar hou hem ten goede.

Hawking heeft opnieuw lang en diep nagedacht over tijdreizen. Aanvankelijk geloofde hij er niet in. Om min of meer klassieke redenen, die meer met logica en causaliteit te maken hadden dan met harde natuurkunde. Als tijdreizen kan, vatte hij zijn bezwaren destijds toegankelijk samen, waar blijven dan de toeristen uit de toekomst?

Begin jaren negentig deed Hawkings collega-theoreticus en vriend Kip Thorne van Caltech in Pasadena echter een aantal intrigerende ontdekkingen. De vergelijkingen van Albert Einsteins Algemene Relativiteitstheorie, die aangeven hoe ruimte, tijd en zwaartekracht met elkaar samenhangen, bleken tijdreizen niet categorisch uit te sluiten. Thorne vond wiskundige oplossingen die een zogenoemd 'gesloten tijdpad' gaven: na verloop van tijd komt dat weer op hetzelfde punt uit in de ruimte-tijd.

Hawking ging om, temeer omdat het ontbreken van tijdtoeristen intussen ook een schijnprobleem bleek. Alle denkbare tijdmachines namelijk, kunnen hooguit terug naar de eerste fractie van een seconde nadat ze zijn gecreëerd. Honderd jaar na de ontdekking van de tijdmachine kan de reiziger dus nog steeds niet meer dan een eeuw terug in de tijd. De Middeleeuwen of de Steentijd zijn en blijven buiten handbereik.

Daarmee is een groot deel van de sciencefiction, van H. G. Wells' The Time Machine (1898) tot Michael Crichtons Timeline (1999), afgeserveerd. Maar er blijven lastige kwesties, waarvan de grootvaderparadox misschien wel de bekendste is.

Stel, tijdmachines zijn al een paar eeuwen in gebruik, routine haast, en een tijdtoerist arriveert op het moment dat zijn grootvader op vrijersvoeten is. Voor diens ogen wurgt die tijdreiziger zijn al even verliefde grootmoeder. Zodat zijn vader nooit verwekt wordt. En dus hijzelf ook niet. Maar wie heeft dan om te beginnen zijn grootmoeder vermoord?

Ook voor zulke paradoxen, waarvan Albert Einstein ooit eigenhandig de eerste versies opperde, draaien moderne theoretisch natuurkundigen hun hand niet meer om, zegt de eveneens Britse fysicus en schrijver Paul Davies. Vorige week verscheen van hem How to build a Time Machine, een populair werkje dat veel tijdreiswerk tot nog toe handzaam samenvat.

Volgens Davies zijn er twee oplossingen voor onmogelijke situaties als de grootvaderparadox. De eerste is dat een tijdreiziger alleen dingen kan doen die zijn bestaan niet kunnen uitwissen.

Dat is niet eens zozeer een kwestie van inperking van de vrije wil, alswel het gevolg van wat theoretici een randvoorwaarde noemen. Zoals snaren niet met elke denkbare toon kunnen trillen, en niet willekeurig veel knikkers in een pennendoos passen, zo passen sommige scenario's domweg niet in de structuur van ruimte en tijd.

De tweede uitweg is wat exotischer en in elk geval niet gemakkelijk te verifiëren of zelfs maar uit te rekenen: de moordenaar belandt door zijn ingreep in een andere toekomst dan waar hij vandaan kwam. Een toekomst, waarin de vrouw die hij ooit vermoordde hoe dan ook niet zijn grootmoeder was geworden. Waarmee de demarcatielijn tussen fysica en sciencefiction alweer behoorlijk begint te vervagen.

Toch zijn natuurkundigen er inmiddels stevig van overtuigd dat tijdreizen in principe onder hun jurisdictie valt. Sterker, schrijft Davies in zijn nieuwe werkje, van de hoofdbrekens die het idee van tijdreizen oplevert, zou wel eens iets heel moois kunnen groeien. 'Uit extreme scenario's kunnen we veel leren over onze theorieën van de werkelijkheid', zegt hij.

In de eenvoudigste variant staat tijdreizen gek genoeg al bijna een eeuw in de leerboeken der natuurkunde en is de realiteit ervan al tot vervelens toe in het laboratorium bewezen.

Dat is allemaal een kwestie van relativiteitstheorie, was getekend Albert Einstein. Einstein liet als eerste zien dat de klok van een bewegende waarnemer langzamer loopt dan die van een stilstaande. En dat dus de thuisblijvende helft van een tweeling eerder oud zal zijn dan de helft die een grote en snelle ruimtereis onderneemt. Een atoomklok die rond de wereld vliegt, loopt meetbaar trager dan een die beneden blijft. En identieke radioactieve deeltjes vervallen in stilstand echt sneller dan wanneer ze met bijna de lichtsnelheid in een versneller rondzoeven.

Voor Davies en Hawking levert deze tweelingkwestie de basis voor de best voorstelbare tijdmachine. Daarvoor halen ze, net als Kip Thorne in de jaren negentig al, een ander exotisch verschijnsel uit de Algemene Relativiteitstheorie van stal: het wormgat.

Wormgaten zijn defecten in de vierdimensionale ruimte-tijd, waardoor een soort slurfvormige afsteekjes ontstaan tussen ogenschijnlijk ver verwijderde plekken en momenten. Of ze werkelijk bestaan, weet niemand, maar het is in elk geval in theorie denkbaar dat het ene uiteinde van zo'n slurf een tijdlang met hoge snelheid in een ruimteschip mee op reis wordt genomen. Bij terugkeer op aarde loopt de klok van het thuisgebleven eind dan merkbaar voor op het eind dat heeft rondgevlogen.

Door vervolgens in het wormgat te duiken zou iemand dus naar een verleden kunnen reizen, of juist naar de toekomst: instappen om 12.00 uur en uitstappen om 10.00 uur. Om het wormgat ver genoeg open te houden, was weliswaar nóg iets exotisch nodig: negatieve energie. Maar daarin voorzag al enige tijd een inzicht van de vorig jaar overleden Nederlandse natuurkundige prof. dr. Henrik Casimir, die aangaf dat lege ruimte in principe barst van precies evenveel positieve als negatieve energie. Die zouden te scheiden moeten zijn, beweert bijvoorbeeld Davies al jaren.

Tijdreizen kán, in elk geval op papier, was zo een aantal jaren de consensus. Maar zeker Hawking, en met hem inmiddels een ruime meerderheid van theoretici, lijkt alweer om en ditmaal met hardere argumenten dan ooit. Waarschijnlijk, denkt hij, verzet Moeder Natuur zich in hoogsteigen persoon met ongekende heftigheid tegen tijd reizen.

Dat verzet zit in de structuur van ruimte en tijd zelf. Ruimte en tijd zijn volgens de recente inzichten geen glad vierdimensionaal basismateriaal, maar een ziedende kluwen van meerdimensionale bubbels. Zulk quantumschuim vormt in theorie spontaan minuscule wormgaten. Als daardoor gesloten tijdcirkels kunnen lopen, is er echter een probleem: er kan een bron van oneindig veel energie uit helemaal niets ontstaan. Elke tijdreiziger wordt, met andere woorden, in een flits van verzengende straling geflambeerd. Aan moord op zijn grootmoeder komt-ie niet eens toe. Althans, rekent Hawking voor, de kans dat hem dat lukt is één maal tien tot de macht tien tot de macht zestig. Nul, voor elke gewone sterveling.

Valt daarmee definitief het doek voor tijd reizen? Geen mens die het echt weet. Ook de jongste argumenten tegen tijdtoerisme berusten nog ruimschoots op theorieën waarvan niet duidelijk is of ze zowel gravitatie als quantumgedrag van deeltjes goed beschrijven. Pas als die twee verenigd zijn in wat quantumgravitatie wordt genoemd, kan voorzichtig worden onderzocht of er misschien ook nog wat te reizen valt in de tijd.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden