Natuurkundige Carlo Rovelli: ‘Tijd gaat niet overal even snel’

‘Het zal natuurlijk nog wel even duren, maar we weten dat de Melkweg ooit met het Andromedastelsel zal botsen,’ zegt de Italiaanse natuurkundige Carlo Rovelli. Wanneer dit gebeurt, legt hij uit, zal de tijd tussen de oerknal en deze botsing voor de twee sterrenstelsels verschillen. ‘De sterrenstelsels hebben een andere leeftijd. Voor ons is het heelal bijna 14 miljard jaar oud. Maar dat is voor het Andromedastelsel heel anders.’ Welk van de twee leeftijden is dan de werkelijke leeftijd van het heelal, vraagt Rovelli hardop, waarna hij zelf antwoordt: ‘Geen van beide, natuurlijk. Wanneer we spreken over de leeftijd van het heelal, hebben we het over een gemiddelde, zoiets als het gewicht van een gemiddelde Fransman.’

Dit klinkt tegenstrijdig, maar dat geldt net zozeer voor veel andere zaken die de moderne wetenschap beweert, denkt Rovelli. Hij bouwde als theoretisch natuurkundige een indrukwekkende carrière op in Frankrijk, de Verenigde Staten en Canada. Daarnaast schreef hij een reeks toegankelijke boeken over zijn vakgebied, waaronder Het mysterie van de tijd (2018), waarin hij aan de hand van de moderne wetenschap en de filosofie laat zien dat de tijd anders werkt dan we vaak denken.

‘Laten we beginnen met tijd in historisch perspectief te plaatsen,’ zegt Rovelli. ‘Aristoteles zag wat wij tijd noemen als een opeenvolging van gebeurtenissen. Onze ervaring van tijd komt voort uit het feit dat we die opeenvolging kunnen ervaren. Dat is een goede manier om over tijd na te denken. Isaac Newton voegde hier een andere manier van denken aan toe, die ook nuttig bleek. Hij suggereerde dat er iets is wat we tijd kunnen noemen, zelfs als er niets gebeurt. Er is dus een universele tijd. Net zoals dat ruimte volgens hem meer is dan de dingen om ons heen; de Newtoniaanse ruimte kan leeg zijn.’

Daarna volgde een inzicht van Einstein dat het denken over tijd wéér op zijn kop zette, vertelt Rovelli. Einstein realiseerde zich dat de Newtoniaanse tijd en ruimte aspecten zijn van een zwaartekrachtveld, en dat zwaartekracht het verstrijken van de tijd kan vertragen of versnellen. Ruimte en tijd bestaan dus niet in absolute zin. ‘Een gevolg daarvan is dat er niet zoiets bestaat als een universele klok. Een klok loopt op tafel sneller dan op de vloer. En als je de klok naar een bergtop verplaatst, zal die weer iets sneller lopen. Het heeft geen zin om je af te vragen hoe laat het nu is op een planeet vier lichtjaren hiervandaan. Ons “heden” strekt zich niet uit over het hele universum. Het hangt af van waar je je bevindt. Het is net zoiets als generaties definiëren. Dat lijkt makkelijk, tot je moet zeggen tot welke generatie een specifiek persoon behoort.’

Einsteins idee dat tijd niet absoluut is, klinkt voor veel mensen tegen-intuïtief. Waarom is dat?
‘Toen Newton bedacht dat er een absolute ruimte en tijd bestond, werkte dat goed voor ons dagelijks leven; het sloot aan bij onze intuïtie. Maar deze ideeën werkten niet perfect. Op een gegeven moment gingen ze de mist in. We ervaren tijd als uniek, wereldwijd en voor iedereen hetzelfde. En we nemen aan dat tijd in het heelal net zo werkt. Maar dat is niet het geval. We extrapoleren kennis die we op basis van onze eigen, beperkte ervaring hebben opgedaan ten onrechte naar buiten onze eigen omgeving.

Het idee dat tijd bestaat in absolute zin is slechts een benadering van de werkelijkheid; het legt iets uit over hoe we vanuit ons beperkte perspectief tijd ervaren. Zodra we beter kijken, ontdekken we dat tijd op verschillende plaatsen met verschillende snelheden verstrijkt, dat er geen universeel heden is en dat de richting van de tijd ook niet universeel is. Het is een beetje zoals boven en onder: deze ideeën bestaan wel, maar altijd in relatie tot iets anders. Je houdt je hand boven of onder de tafel. Maar wanneer je in de ruimte bent, ver weg van elke nabijgelegen massa, worden “boven” en “onder” betekenisloze concepten.’

Tekst loopt door onder afbeelding

Wat zegt de natuurwetenschap over het verstrijken van de tijd?
‘Dat de tijd verstrijkt is verbonden met het feit dat het verleden verschilt van de toekomst. Dit is voor ons heel duidelijk, maar de werkelijke bron van dit verschil is subtiel en ligt niet voor de hand. In de natuurwetten die de werking van de wereld omschrijven, ontbreekt het verschil tussen verleden en toekomst of tussen herinnering en hoop. De pijl van de tijd maakt eenvoudigweg geen deel uit van de fundamentele grammatica van de wereld.

Er is slechts één natuurwet die zo’n pijl veronderstelt. Dat is de wet van Clausius, bedacht door de natuurkundige Rudolf Clausius in de negentiende eeuw. Deze wet stelt dat warmte altijd van warm naar koud gaat en nooit andersom. Warmte komt neer op entropie: ze is een vorm van kinetische energie waarbij atomen en moleculen steeds sneller, complexer en chaotischer gaan bewegen. Entropie beweegt dus altijd in dezelfde richting en neemt nooit af. Het fundamenteel nieuwe inzicht dat hieruit volgde is dat niet energie de wereld aandrijft, maar entropie. Chaos dus. Deze wet wordt ook wel “de tweede wet van de thermodynamica” genoemd: in geïsoleerde systemen kan entropie toenemen, maar niet afnemen. Alleen is dit geen exacte wet, maar een statistische. Ze is meestal waar. We leven nu eenmaal in een wereld waar de entropie hoger is in één richting. Wat wij het verstrijken van de tijd noemen is in feite niet meer dan het gevolg van een ongelijke verdeling van entropie. De richting waarin de entropie toeneemt, noemen we de toekomst.’

Kan de tijd ook stoppen?
‘Er wordt wel eens gezegd dat als de entropie compleet is, het universum een warmtedood sterft. We weten niet of dat echt zal gebeuren, waarschijnlijk niet. Maar stel dat het universum inderdaad een entropie-evenwicht zou bereiken. Dan zouden er geen tijdgerelateerde fenomenen meer zijn en zou de tijd dus geen specifieke pijl of richting meer aangeven. In zo’n evenwichtsuniversum zouden we ons het verleden niet kunnen herinneren, zouden we geen hoeveelheden kunnen meten en zouden we niet kunnen denken. Want dit zijn allemaal verschijnselen waarvoor de entropie moet toenemen, wat dan onmogelijk zou zijn.’

Maar wat is tijd dan precies?
‘Tijd is een generieke naam die we gebruiken voor een verzameling gerelateerde aspecten van de natuur. En die kunnen verschillende gedaantes aannemen. Wat wij tijd noemen, bestaat niet voor atomen. Wij hebben een geheugen en verwachtingen, atomen niet. Als we aan tijd denken, denken we vaak aan het feit dat we ons het verleden herinneren en dat we verwachtingen hebben over de toekomst. Dit is tijd voor óns. Sommige aspecten van tijd zijn universeler dan andere. Om tijd te begrijpen, moeten we de verschillende lagen ervan ontwarren. Sommige zijn aspecten van de natuur, andere zijn gerelateerd aan de specifieke manier waarop onze hersenen functioneren. Sommige aspecten zijn objectief, andere meer relatief. De hoeveelheid tijd die je ervaart of die een klok meet, hangt bijvoorbeeld af van waar je bent. De wereld kan worden beschouwd als een netwerk van relatieve kwantumgebeurtenissen. Dit betekent niet dat tijd denkbeeldig is, alleen dat hij ingewikkelder werkt dan we doorgaans aannemen.’

Dus we zijn weer terug bij Aristoteles?
‘Aristoteles’ definitie van de tijd als een opeenvolging van momenten blijft inderdaad geldig, omdat we zijn gaan inzien dat die van Newton slechts een benadering was. De middeleeuwse filosoof Augustinus was een van de eersten die begreep dat veel aspecten van tijd afhankelijk zijn van onszelf, van onze manier van denken, van het feit dat we herinneringen hebben. Ook de twintigste-eeuwse filosoof Edmund Husserl droeg dit idee uit. We vormen tijd in ons hoofd, zei Husserl, en hij gebruikte een beeld uit de muziek dat te verduidelijken. Wanneer we naar muziek luisteren, houden we terwijl we een nieuwe noot horen de vorige noot een tijdje in ons bewustzijn. Hetzelfde gebeurt met de volgende, waarbij de eerste steeds verder in het verleden verdwijnt en er zo een spoor van voorbije noten ontstaat. Dat spoor is de tijd, zei hij.

Ook Immanuel Kant dacht in die richting. Hij probeerde een filosofische orde te scheppen in het vreemde, nieuwe tijdsconcept dat Newton had geïntroduceerd en kwam tot de conclusie dat we ons op onszelf moeten richten om de wereld te begrijpen. In zijn Kritiek van de zuivere rede schreef hij dat ruimte en tijd geen objectieve eigenschappen zijn, maar criteria waarmee mensen de werkelijkheid waarnemen en ordenen. Hij zag ruimte als een manier om orde te scheppen in de wereld om ons heen en tijd als een manier om hetzelfde te doen in ons innerlijk. Uiteindelijk ging hij hierin een beetje te ver. Er valt immers veel te zeggen over tijd dat niets met ons te maken heeft.’

En toch willen we graag dat tijd meer is dan onze eigen projectie.
‘Dat komt omdat we zijn opgegroeid met een zeer beperkte ervaring en onze intuïtie erop baseren. Neem de aarde. Die lijkt groot, maar is in werkelijkheid zo goed als niets in het universum. De tijd die het licht nodig heeft om rond deze aarde te reizen is zo kort dat we het nauwelijks opmerken. Dit wekt de valse indruk dat we direct met iedereen overal kunnen communiceren. We kunnen immers gemakkelijk een vriend in Sydney bellen. De stap naar de aanname dat er een onmiddellijk heden in het hele universum is, is dan klein. Maar dat is niet waar. Als we een vriend op een nabijgelegen ster hadden, zou een kort praatje jaren duren. We zouden ons snel gaan vervelen en het gesprek beëindigen.’

Maar we hebben geen vriend op een verre planeet. Maakt het voor ons dagelijks bestaan hier op aarde dan uit wat tijd precies is?
Glimlachend: ‘Het spreekt voor zich dat we kunnen leven zonder dit soort vragen te stellen, net zoals we kunnen leven zonder muziek, zonder literatuur, zonder liefde, zonder schoonheid en zonder vriendschap.’