Tijdreizen voor gewone stervelingen? Heel lastig

Volgens de wetenschappelijke theorie is reizen in de tijd mogelijk. In de praktijk ligt het iets ingewikkelder.

Gepubliceerd 30 dec. 2020 12:59 CET
Tijdreizen fascineert wetenschappers en schrijvers al minstens 125 jaar. Het concept voelt vooral intrigerend nu, wanneer ...

Tijdreizen fascineert wetenschappers en schrijvers al minstens 125 jaar. Het concept voelt vooral intrigerend nu, wanneer fysiek reizen beperkt is. Hier toont een foto-illustratie van het Robot Restaurant in Tokio het idee van een snelle reis door de tijd.

Foto van Photo Illustration by Matthew Pillsbury, Edwynn Houk Gallery

Ik zit thuis, want we moeten allemaal binnen blijven. Voorlopig zit het er niet in dat we per vliegtuig naar een of andere coole bestemming kunnen afreizen. Maar hoe zit het met reizen in de tijd? En dan bedoel ik niet tijdreizen op de saaie manier, waarbij we seconde na seconde naar de toekomst kruipen... Stel dat je naar believen door de tijd heen en weer kon zoeven en met een druk op de knop van je sterk verbeterde DeLorean voorwaarts naar de toekomst of terug in de geschiedenis kon reizen, zoals in de film Back to the Future?

Tijdreizen is al zeker 125 jaar een veelbesproken fantasie. Het was H.G. Wells die in 1895 zijn baanbrekende roman De tijdmachine schreef, en natuurkundigen en filosofen hebben sindsdien heel wat serieuze studies aan het idee gewijd.

Maar wat het onderzoek naar de mogelijkheid van tijdreizen echt op gang heeft gebracht, was een idee dat aan het einde van de negentiende eeuw opkwam: dat tijd kon worden gezien als een dimensie, net als ruimte. Dus als we zonder problemen door de ruimte kunnen reizen, waarom dan niet door de tijd?

At the end of the 19th century, scientists thought of time as a dimension like space, where travelers can go anywhere they want. This photo illustration of Tokyu Plaza in Tokyo’s Omotesando Harajuku evokes the feeling of visiting endless destinations.

Foto van Photo Illustration by Matthew Pillsbury, Edwynn Houk Gallery

“In de ruimte kun je gaan en staan waar je wilt, dus misschien zou je dat ook in de tijd kunnen doen,” zegt Nikk Effingham, filosoof aan de University of Birmingham in het Verenigd Koninkrijk. “Vanuit die gedachte is de stap naar tijdmachines niet zo groot.”

(Waarom zijn mensen geobsedeerd met tijdreizen? Succesauteur James Gleick heeft wel een idee.)

Concurrerende theorieën

Wells was schrijver, geen natuurkundige, maar de natuurkunde zou niet achterblijven. In 1905 publiceerde Albert Einstein een eerste reeks artikelen over zijn speciale relativiteitstheorie. Daarin stelde hij dat ruimte en tijd rekbaar zijn; metingen van zowel tijd als ruimte berusten op de relatieve snelheid van degenen die de meting verricht.

Enkele jaren later toonde de Duitse wiskundige Hermann Minkowski aan dat ruimte en tijd volgens de theorie van Einstein gezien konden worden als twee dimensies van één enkele, vierdimensionele entiteit die de ‘ruimtetijd’ wordt genoemd. In 1915 presenteerde Einstein het tweede deel van zijn hypothese, de algemene relativiteitstheorie. Daarin werd de zwaartekracht niet langer als een krachtenveld gezien, maar als een kromming of vervorming van de ruimtetijd.

Wat betreft tijdreizen is de speciale relativiteitstheorie al genoeg om het idee vleugels te geven. Door deze theorie werd duidelijk “dat tijd veel meer op ruimte lijkt dan we voorheen dachten,” zegt Clifford Johnson, natuurkundige aan de University of Southern California. “Dus misschien kunnen we alles wat we met de ruimte doen ook met de tijd doen.”

Nou ja, bijna alles dan. De speciale relativiteitstheorie biedt geen mogelijkheden om terug in de tijd te reizen, maar wel om voorwaarts te reizen, en wel op een gecontroleerde manier. Op basis van de speciale relativiteitstheorie kan een tweeling zelfs twee verschillende leeftijden hebben, een situatie die passend met de term ‘tweelingparadox’ wordt aangeduid.

Stel dat je in je ruimteschip op zeer hoge snelheid (in de buurt van de snelheid van het licht) naar het sterrensysteem Alpha Centauri reist, terwijl jouw tweelingzus op aarde achterblijft. Als je terugkeert, blijkt dat je veel jonger bent dan je zus. Dat klinkt op z’n minst bizar, maar na meer dan eeuw theoretisch onderzoek is het toch écht waar.

“Het is op grond van de speciale relativiteitstheorie absoluut aantoonbaar dat de astronaut die zo’n reis maakt, mits hij bijna met de snelheid van het licht reist, veel jonger zal zijn dan zijn tweelingzus,” zegt Janna Levin, natuurkundige aan het Barnard College in New York. Interessant is ook dat de tijd voor beide tweelingen op dezelfde manier lijkt te verstrijken; pas als ze elkaar weerzien, blijkt dat ze verschillende leeftijden hebben.

Misschien waren beide proefpersonen in de twintig toen de reis begon. Als je terugkomt, ben je slechts een paar jaar ouder dan toen je vertrok, terwijl je tweelingzus misschien al grootmoeder is. “Als astronaut is mijn ervaring van het verstrijken van de tijd volstrekt normaal. Mijn klokken tikken in het normale tempo, ik verouder op de normale manier en de films die ik bekijk, worden op de normale snelheid vertoond,” zegt Levin. “Ik ben niet verder in de toekomst dan normaal. Maar ik ben wel verder in de toekomst van mijn tweelingzus gereisd.”

(Studie naar veroudering leert van ervaringen in de ruimtevaart.)

In het domein van de algemene relativiteitstheorie wordt het nóg interessanter. Op basis van deze theorie zal een zeer zwaar object de ruimtetijd vervormen en krommen. Je hebt waarschijnlijk wel eens illustraties of video’s gezien waarin dit effect wordt uitgebeeld met een bal op een strak gespannen vel rubber, dat door het gewicht van de bal wordt vervormd. Zoals het reizen op bijna de lichtsnelheid het verstrijken van de tijd beïnvloedt, zo zal ook de nabijheid van een zeer zwaar object (een zwart gat bijvoorbeeld) de ervaring van het verstrijken van de tijd beïnvloeden. (Op dit verschijnsel is ook de plot van de film Interstellar (2014) gebaseerd, waarin het personage dat door Matthew McConaughey wordt gespeeld, enige tijd in de buurt van een zwart gat doorbrengt en bij terugkeer ontdekt dat zijn jonge dochter een oude vrouw is geworden.)

To get around the “grandfather paradox,” some scientists theorize there could be multiple timelines. In these images of Nakagin Capsule Tower in Tokyo, Japan, time seems to pass at different rates.

Foto van Photo Illustration by Matthew Pillsbury, Edwynn Houk Gallery

Maar zwarte gaten zijn nog maar het begin. Natuurkundigen hebben hun gedachten ook laten gaan over de gevolgen van een nóg exotischer structuur, een zogenaamde ‘wormhole’. Als ze al bestaan, zouden wormholes een directe verbinding kunnen vormen tussen twee verschillende locaties in de ruimtetijd. Een astronaut die in het jaar 3000 een wormhole in het sterrenstelsel Andromeda binnengaat, zou er aan de andere kant in het jaar 2000 in onze eigen Melkweg weer uit te voorschijn kunnen komen. Maar er is één probleem: hoewel we inmiddels overweldigend bewijzen hebben voor het bestaan van zwarte gaten (astronomen hebber er vorig jaar zelfs eentje gefotografeerd), zijn wormholes gebaseerd op pure speculatie.

“Je kunt je wel voorstellen dat je een brug tussen twee verschillende regio’s in de ruimtetijd bouwt,” zegt Levin, “maar daarvoor zou je een hoeveelheid energie en massa nodig hebben die in werkelijkheid eigenlijk niet bestaat, zaken als anti-energie.” Volgens haar is het “wiskundig voorstelbaar” dat er structuren als wormholes bestaan, maar misschien maken ze geen deel uit van de fysieke werkelijkheid.

Dan is er nog de verontrustende vraag wat er gebeurt met ons idee van oorzaak en gevolg als we terug in de tijd zouden reizen. De beroemdste van deze dilemma’s is de zogenaamde ‘grootvader-paradox’. Stel dat je terug in de tijd reist, naar een moment waarop je grootvader nog een jongeman was. Je doodt hem (misschien per ongeluk...), wat betekent dat jouw vader of moeder en dus ook jijzelf nooit geboren zullen worden. Dat betekent dat je nooit terug in de tijd zult reizen om daar jouw grootvader te doden.

Meerdere tijdlijnen?

In de loop der jaren hebben natuurkundigen en filosofen verschillende oplossingen voor de grootvader-paradox aangedragen. Een van de mogelijkheden is dat de paradox simpelweg aantoont dat tijdreizen onmogelijk is, oftewel dat de natuurwetten op een of andere manier verhinderen dat we terug in de tijd reizen. Dat was ook de opvatting van wijlen Stephen Hawking, de natuurkundige die deze wetmatigheid met de term ‘chronologiebeschermingsvermoeden’gaf. (Bedenk wel dat hij nooit de precieze natuurkunde achter deze regel heeft uitgewerkt.)

Maar er zijn ook andere, fascinerende, mogelijkheden. Misschien is het wél mogelijk om terug in de tijd te reizen, maar kunnen tijdreizigers het verleden desondanks niet veranderen, hoe hard ze dat ook proberen. Effingham, wiens boekTime Travel: Probability and Impossibility eerder dit jaar is verschenen, verwoordt het als volgt: “Je schiet misschien de verkeerde persoon dood of je kunt van gedachten veranderen. Misschien schiet je iemand dood van wie je aanneemt dat hij je grootvader is, waarna blijkt dat je grootmoeder een affaire met de melkboer heeft gehad en dat die man jouw grootvader is, wat jij dus niet wist.”

Dat betekent ook dat de veelbesproken fantasie waarin Hitler nog vóór het uitbreken van de Tweede Wereldoorlog wordt gedood, nergens op slaat. “Dat is onmogelijk, want het is nooit gebeurd,” zegt Fabio Costa, theoretisch natuurkundige aan de University of Queensland in Brisbane, Australië. “Het is zelfs geen vraag. We weten hoe de geschiedenis zich heeft ontvouwd. Je kunt dat niet overdoen.”

Als je het verleden niet kunt veranderen, zal een tijdreiziger volgens Effingham waarschijnlijk helemaal niets kunnen doen. Het idee dat je bestaat in een tijd waarin je nooit hebt bestaan, is dan een tegenstrijdigheid. “Het maakt voor het universum niet uit of je nu Hitler wilt vermoorden of dat je één atoom van positie A naar positie B wilt verschuiven,” zegt Effingham.

Maar niet alle opties zijn daarmee verdwenen. De scenario’s waarover Effingham en Costa speculeren, berusten op één enkel universum en één enkele tijdlijn. Maar sommige natuurkundigen stellen zich voor dat ons universum slechts één van vele universums is. In dat geval zouden tijdreizigers die het verleden bezoeken, misschien kunnen doen wat ze willen, wat nieuw licht zou werpen op de grootvader-paradox.

(Volgens wetenschappers heeft de Oerknal mogelijk een groot aantal universums voortgebracht.)

“Misschien heb je om een of andere manier besloten om terug in de tijd te reizen om deze misdaad te begaan [de moord op je grootvader], waarna de werkelijkheid zich ‘vertakt’ in twee verschillende realiteiten,” zegt Levin. Het resultaat zou zijn dat je “je verleden niet echt verandert, hoewel dat wel zo lijkt; je creëert alleen een nieuwe geschiedenis.” (Op dit idee van meerdere parallelle tijdlijnen is ook de filmtrilogie Back to the Future gebaseerd. Daarentegen berust de film 12 Monkeys, waarin het personage dat door Bruce Willis wordt gespeeld meerdere keren door de tijd reist, op één enkele tijdlijn.)

Werk aan de winkel

Waar iedereen het over eens lijkt te zijn, is het feit dat niemand op afzienbare tijd zal beginnen aan de bouw van een DeLorean-achtige tijdmachine of de constructie van een wormhole. In plaats daarvan richten natuurkundigen zich op het vervolmaken van het werk dat een eeuw geleden door Einstein is begonnen.

Na ruim honderd jaar heeft namelijk nog niemand een oplossing kunnen vinden voor de grote tegenstrijdigheden die er bestaan tussen zijn algemene relativiteitstheorie en die andere pilaar van de twintigste-eeuwse natuurkunde: de kwantummechanica. Sommige fysici menen dat de basisprincipes van de tijd pas beter begrepen kunnen worden als er eindelijk een ‘unificatietheorie’ (een ‘theorie van alles’) is ontworpen op basis van de kwantumzwaartekracht. Volgens Levin ziet het er in elk geval naar uit “dat we veel verder moeten denken dan alleen over algemene relativiteit om het fenomeen tijd te kunnen begrijpen.”

Intussen zal het niet verbazen dat we net als H.G. Wells blijven dagdromen over de vrijheid die we zouden hebben als we net zo eenvoudig door de tijd als door de ruimte zouden kunnen reizen. “In alles wat we doen, ligt de tijd besloten,” zegt Johnson. “Het overheerst onze blik op de werkelijkheid. Dus als je met de tijd zou kunnen knoeien... Het verbaast me niets dat we daar zo gefascineerd door zijn en erover fantaseren.”

Wetenschapsjournalist Dan Falk woont in Toronto, Canada. Hij schreef onder andere de boeken The Science of Shakespeare en In Search of Time. Volg hem op Twitter.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com.

Lees verder

0:48

Stephen Hawking in memoriam: Is tijdreizen mogelijk?

Stephen Hawking praat over het onweerstaanbare idee van reizen door de tijd.
Lees meer