Wat te lezen: Korte antwoorden op grote vragen is het nieuwste boek van Stephen Hawking

2024 Auteur: Malcolm Clapton | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 04:06

Een fragment uit het werk van de grote wetenschapper over de vraag of tijdreizen mogelijk is.

Nauw verwant aan tijdreizen is het vermogen om snel van het ene punt in de ruimte naar het andere te gaan. Zoals ik al eerder zei, toonde Einstein aan dat er een oneindig krachtige jetstuwkracht nodig zou zijn om een ruimtevaartuig te versnellen tot bijna de lichtsnelheid. Dus de enige manier om binnen een redelijke tijd van het ene deel van de Melkweg naar het andere te gaan, is door de ruimte-tijd zo te kunnen vouwen dat er een buisje of "wormgat" ontstaat. Het kan twee delen van de Melkweg met elkaar verbinden en fungeren als de kortste weg ertussen; je kunt heen en weer vliegen en toch al je vrienden levend vangen. Dergelijke "wormgaten" werden serieus beschouwd als een kans die beschikbaar was voor de beschaving van de toekomst. Als het je lukt om binnen een paar weken van het ene deel van de Melkweg naar het andere te gaan, dan kun je door een ander "gat" terugkeren - tegelijkertijd voordat je op pad gaat. Ook zal niets je ervan weerhouden vooruit te reizen en terug te keren naar het verleden door één "wormgat" als beide uiteinden ervan ten opzichte van elkaar bewegen.

We kunnen zeggen dat om een "wormgat" te creëren, het nodig is om de ruimte-tijd te buigen in de tegenovergestelde richting van die waarin de gewone materie het buigt. Gewone materie buigt ruimte-tijd naar zich toe, net als het aardoppervlak. Maar het creëren van een "wormgat" vereist materie die ruimte-tijd in de tegenovergestelde richting buigt, zoals het oppervlak van een zadel. Hetzelfde geldt voor elke andere kromming van de ruimtetijd om naar het verleden te reizen, tenzij het universum zo gekromd is dat het al over tijdreizen beschikt. Alleen in dit geval heb je materie nodig met negatieve massa en negatieve energiedichtheid.

Energie is als geld. Als u een positief saldo op de bank heeft staan, kunt u het geld op elke gewenste manier gebruiken. Volgens de klassieke wetten, die tot voor kort als onveranderlijk werden beschouwd, is rood staan echter niet toegestaan bij het gebruik van energie.

Klassieke wetten maken het ons onmogelijk om het universum te buigen zodat tijdreizen mogelijk wordt. Maar de klassieke wetten worden weerlegd door de kwantumtheorie - de tweede na de algemene relativiteitstheorie, de grote intellectuele revolutie in ons begrip van het heelal. De kwantumtheorie is flexibeler en staat in sommige gevallen rood staan toe. Maar de bank moet wel aardig voor ons zijn. Met andere woorden, de kwantumtheorie staat op sommige plaatsen een negatieve energiedichtheid toe, als je op andere een positieve dichtheid levert.

De kwantumtheorie staat negatieve energiedichtheid toe omdat deze gebaseerd is op het principe van onzekerheid. En hij stelt dat sommige kenmerken, zoals de positie en snelheid van een deeltje, niet tegelijkertijd exact gemeten waarden kunnen hebben. Hoe nauwkeuriger de positie van het deeltje wordt bepaald, hoe groter de onzekerheid over zijn snelheid en vice versa. Het onzekerheidsprincipe is ook van toepassing op velden - bijvoorbeeld op een elektromagnetisch of zwaartekrachtveld. Hij stelt dat deze velden geen nulwaarde kunnen hebben, zelfs niet als we denken dat er lege ruimte is. Het feit is dat als hun waarden gelijk zijn aan nul, dit betekent dat ze een goed gedefinieerde positie moeten hebben, gelijk aan nul, en een goed gedefinieerde snelheid, gelijk aan nul. En dit is in strijd met het onzekerheidsbeginsel. Dit betekent dat de velden een minimale fluctuatie moeten hebben. Men kan zich de zogenaamde vacuümfluctuaties voorstellen in de vorm van paren van deeltjes en antideeltjes die plotseling ontstaan, scheiden, dan weer samensmelten en vernietigen, elkaar vernietigend.

Dergelijke paren deeltjes - antideeltjes worden als virtueel beschouwd, omdat ze niet direct kunnen worden gedetecteerd met een deeltjesdetector. Maar er is wel een indirect effect waar te nemen. Hiervoor wordt het zogenaamde Casimir-effect gebruikt. Probeer je twee evenwijdige metalen platen voor te stellen die op korte afstand van elkaar staan. De platen fungeren als spiegels voor virtuele deeltjes en antideeltjes. Dit betekent dat de ruimte tussen de platen eruitziet als een orgelpijp, alleen zendt hij lichtgolven uit met een bepaalde resonantiefrequentie. Als gevolg hiervan blijkt dat er een bepaalde hoeveelheid kwantumfluctuaties optreedt tussen de platen, anders dan wat erachter gebeurt, waar deze fluctuaties elke golflengte kunnen hebben. Door het verschil in het aantal virtuele deeltjes tussen de platen en buiten, staan de platen aan de ene kant meer onder druk dan aan de andere kant. Er ontstaat een kleine kracht die de platen dichter bij elkaar brengt. Deze kracht kan experimenteel worden gemeten. Virtuele deeltjes bestaan dus in werkelijkheid en hebben een reëel effect.

Doordat er minder virtuele deeltjes, oftewel kwantumfluctuaties in een vacuüm, tussen de platen zitten, is de energiedichtheid hier ook lager dan in de omringende ruimte. Maar de energiedichtheid van de lege ruimte op grote afstand van de platen moet gelijk zijn aan nul. Anders zal de ruimte-tijd gekromd zijn en zal het heelal niet helemaal plat zijn. Dit betekent dat de energiedichtheid in het gebied tussen de platen negatief moet zijn.

Experimenteel bewezen afbuiging van licht geeft aan dat ruimtetijd gekromd is, en het Casimir-effect bevestigt dat kromming negatief kan zijn. En het lijkt misschien dat naarmate wetenschap en technologie zich ontwikkelen, we in staat zullen zijn om "wormgaten" te creëren of ruimte en tijd op een andere manier te buigen om in het verleden te kunnen reizen. Maar in dit geval rijzen er onvermijdelijk een aantal vragen en problemen.

Bijvoorbeeld: als tijdreizen in de toekomst mogelijk wordt, waarom is dan niemand uit de toekomst naar ons teruggekeerd en ons verteld hoe we dat moeten doen.

Zelfs als er goede redenen zijn om ons in het ongewisse te laten, is het inherent moeilijk voor mensen om te geloven dat niemand wil komen opdagen om ons arme achterlijke boeren het geheim van tijdreizen te onthullen. Natuurlijk beweren sommigen dat gasten uit de toekomst ons al bezoeken - ze vliegen op UFO's, en regeringen zijn betrokken bij een gigantische samenzwering om deze feiten te verdoezelen om de wetenschappelijke kennis te gebruiken die de gasten met zich meedragen. Ik kan maar één ding zeggen: als overheden iets verzwijgen, kunnen ze nog steeds geen gebruik maken van de nuttige informatie die ze van buitenaardse wezens krijgen. Ik ben erg sceptisch over "samenzweringstheorie" en ik vind meer plausibele "rommeltheorie". UFO-meldingen kunnen niet exclusief gerelateerd zijn aan buitenaardse wezens omdat ze onderling tegenstrijdig zijn. Maar als we toegeven dat sommige van deze waarnemingen slechts fouten of hallucinaties zijn, is het dan niet logischer om toe te geven dat ze dat zijn, dan te geloven dat we worden bezocht door gasten uit de toekomst of uit een ander deel van de Melkweg? Als deze gasten echt de aarde willen koloniseren of ons willen waarschuwen voor een of ander gevaar, dan zijn ze buitengewoon ineffectief.

Er is een manier om het idee van tijdreizen te verzoenen met het feit dat we nog nooit gasten uit de toekomst hebben ontmoet. We kunnen stellen dat een dergelijk reizen pas in de toekomst mogelijk zal worden. De ruimtetijd van ons verleden ligt vast omdat we het hebben waargenomen en zagen dat het niet genoeg gekromd was om terug in de tijd te kunnen reizen. En de toekomst is open, dus ooit zullen we leren ruimte-tijd te buigen en de kans krijgen om in de tijd te reizen. Maar aangezien we de ruimte-tijd pas in de toekomst kunnen buigen, zullen we er niet van terug kunnen keren naar ons heden of zelfs eerder.

Zo'n foto zou wel eens kunnen verklaren waarom we geen toestroom van toeristen uit de toekomst meemaken. Maar het laat nog ruimte voor veel paradoxen. Stel dat er een mogelijkheid is om in een ruimteschip te vliegen en terug te keren voor het begin van de vlucht. Wat belet je om een raket op de lanceerplaats tot ontploffing te brengen en daarmee de mogelijkheid van een dergelijke vlucht voor jezelf uit te sluiten? Er zijn andere, niet minder paradoxale versies: bijvoorbeeld teruggaan in de tijd en je ouders vermoorden voordat je werd geboren. Hiervoor zijn twee mogelijke oplossingen.

Eén ding zou ik een consistente historische benadering willen noemen. In dit geval kan men een consistente oplossing vinden voor de fysieke vergelijkingen - ook al is de ruimtetijd zo gekromd dat het mogelijk is om naar het verleden te reizen. Vanuit dit oogpunt kun je een raket niet voorbereiden om naar het verleden te reizen als je er niet naar bent teruggekeerd en het lanceerplatform niet hebt kunnen opblazen. Dit is een sequentieel beeld, maar het zegt dat we volledig vastbesloten zijn: we zijn niet in staat om onze gedachten te veranderen. Dit is teveel voor de vrije wil.

Een andere oplossing noem ik de alternatieve geschiedenisbenadering. Het werd verdedigd door de natuurkundige David Deutsch, en werd waarschijnlijk bedoeld door de makers van Back to the Future. Met deze benadering zal er in één alternatieve geschiedenis geen terugkeer uit de toekomst zijn vóór de lancering van de raket en dienovereenkomstig zal er geen mogelijkheid zijn om deze te laten ontploffen. Maar wanneer de reiziger terugkeert uit de toekomst, bevindt hij zich in een andere alternatieve geschiedenis. Daarin levert de mensheid ongelooflijke inspanningen om een ruimteschip te bouwen, maar voordat ze vanuit een ander deel van de Melkweg vertrekken, verschijnt een soortgelijk schip en vernietigt het gebouwde.

David Deutsch geeft de voorkeur aan een alternatieve historische benadering van het concept van pluraliteit van geschiedenissen, dat werd voorgesteld door de natuurkundige Richard Feynman. Zijn idee is dat, volgens de kwantumtheorie, het universum geen unieke en unieke geschiedenis heeft.

Er zijn alle mogelijke verhalen in het heelal, elk met zijn eigen mate van waarschijnlijkheid.

Er moet een mogelijkheid zijn van een verhaal waarin er een stabiele vrede in het Midden-Oosten is, maar de kans op zo'n verhaal is hoogstwaarschijnlijk laag.

In sommige verhalen wordt de ruimtetijd vervormd, zodat objecten zoals raketten kunnen terugkeren naar hun verleden. Maar elk verhaal is integraal en zelfvoorzienend en beschrijft niet alleen de gekromde ruimte-tijd, maar ook alle objecten erin. Daarom kan de raket, die terugkeert, niet in een andere alternatieve geschiedenis komen. Het blijft in hetzelfde verhaal, dat zelfconsistent moet zijn. En ik ben, in tegenstelling tot Deutsch, van mening dat het idee van een veelvoud aan verhalen werkt in het voordeel van een consistente historische in plaats van een alternatieve historische benadering.

Blijkbaar zijn we niet in staat om het consistente historische beeld los te laten. Dit kan echter niet de problemen van determinisme en vrije wil aanpakken als er een zeer kleine kans is op verhalen waarin de ruimtetijd gekromd is, zodat tijdreizen buiten de macroscopische schaal mogelijk is. Ik noem dit de chronologische veiligheidshypothese: de wetten van de fysica zijn ontworpen om tijdreizen op macroscopisch niveau te voorkomen.

Het lijkt erop dat als de ruimte-tijd bijna genoeg gekromd is om in het verleden te reizen, virtuele deeltjes bijna echte deeltjes kunnen worden die langs gesloten banen bewegen. De dichtheid van virtuele deeltjes en hun energie nemen aanzienlijk toe, waardoor de kans op dergelijke verhalen erg klein is. Hoewel dit lijkt op de activiteiten van een chronologische beschermingsinstantie die de wereld voor historici wil behouden. Maar het thema van de kromming van ruimte en tijd staat nog in de kinderschoenen. Volgens een verenigende vorm van snaartheorie die bekend staat als M-theorie, waarvan we hoge verwachtingen hebben dat de algemene relativiteitstheorie en de kwantumtheorie worden verenigd, zou ruimtetijd elf dimensies moeten hebben, niet de vier die we ervaren.

Het komt erop neer dat zeven van deze elf dimensies zijn opgerold in zo'n kleine ruimte dat we het niet opmerken. Aan de andere kant zijn de overige vier dimensies praktisch vlak en vertegenwoordigen ze wat we ruimte-tijd noemen. Als dit plaatje klopt, dan zou het mogelijk moeten zijn om op de een of andere manier de vier platte dimensies te verbinden met de overige zeven sterk gekromde of vervormde dimensies. Wat hiervan zal komen, weten we nog niet. Maar de kansen zijn spannend.

Ter afsluiting zeg ik het volgende.

Onze moderne concepten sluiten de mogelijkheid van snelle ruimtevaart en terugkeer naar het verleden niet uit. Dit kan enorme logische problemen veroorzaken, dus laten we hopen dat er een soort chronologische veiligheidswet is die zal voorkomen dat mensen teruggaan in de tijd en hun ouders vermoorden.

Maar fans van sciencefiction hoeven niet boos te zijn. M-theorie geeft hoop.

Het laatste werk van de wereldberoemde natuurkundige Stephen Hawking, een boek-testament, waarin hij de belangrijkste onderwerpen die voor iedereen van belang zijn samenvat en uitspreekt.

Zal de mensheid overleven? Moeten we zo actief zijn in de ruimte? Is er een God? Dit zijn slechts enkele van de vragen die in zijn laatste boek worden beantwoord door een van de grootste geesten in de geschiedenis.