Bestaat tijd? Het perspectief van een natuurkundige

Tijd is zeker een zeer complex onderwerp in fysica, en er zijn mensen die geloven dat tijd eigenlijk niet bestaat. Een veel gebruikt argument is dat Einstein heeft bewezen dat alles relatief is, dus tijd is niet relevant. In het best verkochte boek Het geheim, zeggen de auteurs: "Tijd is slechts een illusie." Klopt dit echt? Is tijd slechts een verzinsel van onze verbeelding?

Onder natuurkundigen lijdt het geen twijfel dat tijd echt, echt bestaat. Het is een meetbaar, waarneembaar fenomeen. Natuurkundigen zijn gewoon een beetje verdeeld over wat dit bestaan ​​veroorzaakt en wat het betekent om te zeggen dat het bestaat. Deze vraag grenst inderdaad aan het domein van de metafysica en ontologie (de filosofie van het bestaan) als net zoals het doet op de strikt empirische vragen over tijd die de natuurkunde goed is toegerust om aan te pakken.

De uitdrukking "de pijl van de tijd" werd in 1927 bedacht door Sir Arthur Eddington en werd gepopulariseerd in zijn boek uit 1928

1. Het wordt levendig herkend door bewustzijn.
2. Er wordt ook op aangedrongen door ons redeneervermogen, dat ons vertelt dat een omkering van de pijl de buitenwereld onzinnig zou maken.
3. Het komt niet voor in de natuurwetenschappen behalve in de studie van de organisatie van een aantal individuen. Hier geeft de pijl de richting aan van de geleidelijke toename van het willekeurige element.

De eerste twee punten zijn zeker interessant, maar het is het derde punt dat de fysica van de tijdpijl weergeeft. De onderscheidende factor van de tijdpijl is dat deze in de richting van toenemende wijst entropie, volgens de Tweede wet van de thermodynamica. Dingen in ons universum vervallen als een cursus van natuurlijke, op tijd gebaseerde processen... maar ze komen niet spontaan weer aan de orde zonder veel werk.

Er zit echter een dieper niveau in wat Eddington in punt drie zegt, en dat is: "Het verschijnt niet in de natuurwetenschappen behalve ..." Wat betekent dat? Tijd is overal in de natuurkunde!

Hoewel dit zeker waar is, is het merkwaardige dat de natuurwetten "tijd omkeerbaar" zijn, dat wil zeggen om te zeggen dat de wetten zelf eruit zien alsof ze perfect zouden werken als het universum zou worden gespeeld omgekeerde. Vanuit fysisch oogpunt is er geen echte reden waarom de pijl van de tijd noodzakelijkerwijs vooruit zou moeten gaan.

De meest voorkomende verklaring is dat in het verre verleden het universum een ​​hoge graad van orde (of lage entropie) had. Vanwege deze 'randvoorwaarde' zijn de natuurwetten zodanig dat de entropie voortdurend toeneemt. (Dit is het basisargument in Sean Carrolls boek uit 2010 Van eeuwigheid tot hier: The Quest for the Ultimate Theory of Time, hoewel hij verder gaat met het suggereren van mogelijke verklaringen waarom het universum met zoveel orde is begonnen.)

Een veel voorkomende misvatting die wordt verspreid door een onduidelijke discussie over de aard van relativiteit en andere fysica met betrekking tot tijd, is dat tijd in feite helemaal niet bestaat. Dit komt over op een aantal gebieden die gewoonlijk worden geclassificeerd als pseudowetenschap of zelfs mystiek, maar ik zou graag een bepaalde verschijning in dit artikel willen bespreken.

In het best verkochte zelfhulpboek (en video) Het geheim, stelden de auteurs het idee voor dat natuurkundigen hebben bewezen dat tijd niet bestaat. Bekijk enkele van de volgende regels uit de sectie 'Hoe lang duurt het?' in het hoofdstuk "Hoe het geheim te gebruiken" uit het boek:

'Tijd is slechts een illusie. Einstein vertelde ons dat. "

'Wat kwantumfysici en Einstein ons vertellen, is dat alles tegelijkertijd gebeurt.'

'Er is geen tijd voor het heelal en er is geen maat voor het heelal.'

Alle drie de bovenstaande verklaringen zijn categorisch onjuist, volgens meest natuurkundigen (vooral Einstein!). Tijd is eigenlijk een integraal onderdeel van het universum. Zoals eerder vermeld, is het zeer lineaire concept van tijd verbonden met het concept van de tweede wet van Thermodynamica, die door veel natuurkundigen wordt gezien als een van de belangrijkste wetten in het geheel fysica! Zonder tijd als een echte eigenschap van het universum, wordt de tweede wet zinloos.

Wat waar is, is dat Einstein door middel van zijn bewijs bewees relativiteitstheoriewas die tijd op zichzelf geen absolute hoeveelheid. Tijd en ruimte zijn veeleer op een heel precieze manier verenigd om ruimtetijd te vormen, en deze ruimtetijd is een absolute maatstaf die kan worden gebruikt - nogmaals, op een zeer nauwkeurige, wiskundige manier - om te bepalen hoe verschillende fysieke processen op verschillende locaties met elkaar in wisselwerking staan andere.

Dit doet het niet betekent echter dat alles tegelijkertijd gebeurt. Einstein was er zelfs van overtuigd - gebaseerd op het bewijs van zijn vergelijkingen (zoals E = mc²) - dat geen enkele informatie sneller kan reizen dan de lichtsnelheid. Elk punt in de ruimtetijd is beperkt in de manier waarop het kan communiceren met andere regio's in de ruimtetijd. Het idee dat alles tegelijk gebeurt, is precies in tegenspraak met de resultaten die Einstein heeft ontwikkeld.

Deze en andere fysische fouten in Het geheim zijn volkomen begrijpelijk omdat het feit is dat dit zeer complexe onderwerpen zijn, en ze worden niet noodzakelijkerwijs volledig begrepen door natuurkundigen. Maar alleen omdat natuurkundigen niet per se een volledig begrip hebben van een concept zoals tijd, niet betekent dat het juist is om te zeggen dat ze de tijd niet begrijpen, of dat ze het hele concept hebben afgeschreven als onwerkelijk. Ze hebben het zeker niet.

Een andere complicatie bij het begrijpen van tijd wordt aangetoond door Lee Smolin's boek uit 2013 Time Reborn: From the Crisis in Physics to the Future of the Universe, waarin hij stelt dat de wetenschap (zoals de mystici beweren) de tijd als een illusie behandelt. In plaats daarvan denkt hij dat we tijd als een fundamenteel reële grootheid moeten behandelen en, als we het als zodanig serieus nemen, zullen we natuurkundige wetten ontdekken die in de loop van de tijd evolueren. Het valt nog te bezien of deze oproep daadwerkelijk zal leiden tot nieuwe inzichten in de grondslagen van de natuurkunde.

Bewerkt door Anne Marie Helmenstine, Ph.D.