Weekendcollege | Tijd voor de oerknal?

Een bijdrage van Miriam Rasch van Studium Generale Utrecht over een lezing van professor Renate Loll.

big bangTijd is fundamenteel voor het bestaan van ons universum – dat was de conclusie van de lezing over tijd in de theoretische fysica, door professor Renate Loll. Tijd kun je benaderen als een kwantitatief gegeven en op die manier speelt het een rol in alle natuurkundige processen. Een formulering van natuurwetten kan niet zonder de notie van tijd, waarin veranderingen zich afspelen. Ook in experimenten die natuurwetten onderzoeken en proberen te bewijzen is ‘tijd’ altijd aanwezig als het referentiekader waarbinnen de natuurkunde werkt. Maar tijd is ook als kwalitatief fenomeen, een ding op zichzelf te bestuderen.

‘Was er tijd voor de oerknal?’ De titel van Lolls lezing verwijst naar de vraag of tijd emergent is, een soort bijverschijnsel in het universum dat tegelijk met het heelal is ontstaan. Of is het iets fundamenteels, iets wat noodzakelijk is voor het bestaan van alles?

Newton, Einstein, Terry Pratchett
Loll geeft een ultrakorte geschiedenis van het natuurkundige denken over tijd. Voor Newton bestond de wereld uit ruimte, tijd en zwaartekracht als drie losse eenheden. Tijd was in zijn wereldbeeld universeel en onveranderlijk. Dan komt Einstein met de relativiteitstheorie. Tijd is niet meer een statisch ding, maar afhankelijk van de positie van de waarnemer. Ruimte, tijd en zwaartekracht zijn één, ze gaan samen in de gekromde ruimtetijd. Tijd functioneert als vierde dimensie: een punt in de ruimte (drie dimensies) gaat gepaard met een punt in de tijd.

De relativiteitstheorie van Einstein laat zien dat het heelal uitdijt. Dat is een beweging in de tijd, die je ook terug kunt volgen. Het is mogelijk terug te denken tot aan het begin van het uitdijende heelal. De ruimte wordt dan almaar kleiner en kleiner. Uiteindelijk kom je uit op een punt waarin alle materie is samengebald. Renate Loll citeert fantasyschrijver Terry Pratchett: ‘In the beginning there was nothing, which exploded.’

Op dit punt, dat tegelijk alles en niets is, gebeurt echter iets vreemds. De condities daar zijn zo extreem, er is zoveel energie en materie samengebald, dat de theorie niet meer van toepassing is. Met andere woorden: Einsteins theorie voorspelt de ‘Big Bang’, maar kan wat er gebeurt in die Big Bang niet beschrijven. Een andere verklaring van wat zich in die extreme omstandigheden afspeelt is nodig. En dat is waar de kwantumtheorie zijn intrede doet.

Kwantumzwaartekracht
Einsteins theorie beschrijft zeer adequaat wat er gebeurt op de grote schaal van de natuur en kosmos. Op kleine schaal, zoals het ‘single point’ waarin alles is samengebald, laat de theorie het afweten. De natuurkunde moet dus op zoek naar een theorie die net als de gekromde ruimtetijd klopt op macroniveau, maar óók op het microniveau van de allerkleinste deeltjes.

Zwaartekracht is de sleutel. Op de schaal van de deeltjes (de Planckschaal) werkt de zwaartekracht niet op de manier zoals we die kennen. De zwaartekracht is zo zwak, dat die eigenlijk wordt ‘overruled’ door andere processen. Niettemin blijft zwaartekracht een niet te negeren invloed behouden. Die moet beschreven worden in een theorie van kwantumzwaartekracht (quantum gravity). Natuurkundigen zoeken die andere vorm van zwaartekracht in de lege ruimte tussen deeltjes. Zelfs die lege ruimte heeft nog een eigenschap: namelijk zwaartekrachtgolven. Is dat dan het niets, the nothing which exploded? Bestaat er wel zoiets als ‘het niets’?

Tijd voor de oerknal
Een vraag die in de lezing ruimschoots aan de orde kwam is: hoe onderzoek je zoiets? Het meeste, aldus Renate Loll, wordt gedaan door krachtige computers. Met behulp van computers kun je opgestelde hypothetische modellen doorrekenen, om erachter te komen of ze stand houden op alle niveaus, micro en macro. En wat blijkt? Om een model te formuleren dat geldig blijft, niet alleen in het universum zoals we het kennen, maar ook op het ‘single point’ waar alles wellicht ooit is begonnen, heb je hoe dan ook het gegeven tijd nodig. Zonder tijd (samenhangend met causaliteit) stort alles in elkaar. Zonder ruimte functioneert alles daarentegen prima. Het antwoord op de vraag of er tijd was voor de oerknal is dus: ja. Maar waaruit bestaat die tijd dan? Hoe werkt ze en waar komt ze vandaan? Zullen we ooit kunnen begrijpen wat tijd vóór de oerknal – tijd zonder ruimte dus – betekent, of gaat dat ons denkvermogen te boven? Dat zijn fundamentele vragen die de komende jaren onderzocht moeten worden.

Kijk de lezing (Engelstalig) hier terug: Was there a “Time” before the Big Bang?

  1. 2

    Ik had het graag gedaan — maar ik kan die silverlight meuk niet bekijken zonder achter een Windows machine te gaan zitten. En er zijn grenzen.

  2. 3

    Zelfde als 2. Verder had ik had niet eerder gereageerd omdat ik negatieve reacties alleen plaats als ze echt belangrijk zijn.

    De kwestie is al eens eerder ter sprake gekomen in deze serie: waarom een verslag van een reeds gepopulariseerde versie van onderzoek schrijven. Het is daarmee twee keer ‘versleuteld’ met daarmee een grote kans dat het niet meer klopt. Dat het ook nog eens geen natuurkundige is die dit nogal diep-fysische vraagstuk verslaat, helpt evenmin.

    Van een formulering als “Zonder tijd (samenhangend met causaliteit) stort alles in elkaar. Zonder ruimte functioneert alles daarentegen prima.” begrijp ik helemaal niets, en ik zit nog wel op natuurkunde. Ik neem aan de auteur ook niet. Wat is dan de toevoegde waarde van zo’n stukje? Liever gewoon het college zelf kijken.

  3. 4

    Ah, het leger der azijnpissers is ook weer aanwezig. Ik ben op sargasso: check.

    Man, man, wat een religieuze stijfkoppigheid gaat toch weer schuil achter zo’n opmerking over een ‘Windowsmachine’. Wat zijn we weer lekker progressief.

  4. 5

    Dat is de verkeerde reactie, #4. Een betere zou zijn te concluderen dat een platform als Studium Generale dat het schijnbaar tot expliciet doel heeft om content wijds beschikbaar te maken hier een rare steek laat vallen als het kiest voor een multimedia formaat dat tot gevolg heeft dat ze in de praktijk haar publiek via de technische route zo ver als mogelijk beperkt.

    Het is namelijk ook niet eens alleen “silverlight” maar nog specifieker “silverlight 3”, waarvoor niet eens een (stabiele, en de onstabiele werkt niet voor mij) implementatie voor mijn platform bestaat. Combineer met het gegeven dat onder de usual suspects die dit soort zaken willen zien — zoals 2 en 3 dus– Windows vaak geen platform van keus is en zie hier het resultaat: 0 commentaren.

    Gelukkig vond Studium Generale die ik er vorige week al een net mailtje over heb gestuurd dit zelf ook wel, hoewel ik niet verwacht dat het tot verandering zal leiden. Je demonstreert hier uiteindelijk wel aardig het meest fundamentele verschil tussen de academische en non-academische wereld: in die eerste geldt kritiek niet automatisch als negatief daar waar het gebruikt kan worden om dingen te verbeteren.

    Sinds YouTube werkt flash op alles tot aan polshorloges toe maar als één of andere random ICT nerd ergens in de kelders van de UU seksueel opgewonden raakt van bijvoorbeeld aparte slides en video — go wild. Dat het dan ook nog eens de versie moet zijn die het minst beschikbaar is mag toch echt wel wat commentaar krijgen echter.

  5. 6

    @Rene: wat betreft het inperken van je publiek door gebruikmaking van een beperkt bruikbaar stuk software ga ik met je mee, ik stoor me alleen aan de
    1) gepikeerde reactie van een lezer die wat beter in de materie zit en niet wenst rekening te houden met een inleiding door iemand die het gewoon probeert het zo goed mogelijk samen te vatten.

    ik bedoel dat je kritiek ook wat sportiever kunt formuleren, ik ben niet tegen kritiek op zich.

    2) religieuze geest van een Mac/Linux gebruiker die die zich er niet fysiek toe kan zetten om een ander platform te gebruiken. Dus los van het feit dat dit [natuurlijk] onpractisch is. Dit is net zo’n domme houding als muzikaal tegen een andere stroming zijn. (punkers vs discos) Het is allemaal zo puberaal.

  6. 7

    @6 Ik heb het geprobeerd, maar leuker kon ik het niet maken. Als er mensen zijn die dit stuk een heel inzichtelijk vonden, neem ik mijn woorden terug, maar tot dan blijf ik het nut ervan betwijfelen.

  7. 8

    @6: Maar die “religieuze geest” ontkende ik dus reeds in het beschrijven van het praktische probleem.

    Het platform dat ik dagelijks tot beschikking heb, nodig heb en gebruik is Linux. Met deze open kopie van Firefox op 1 workspace en een groot aantal specifieke applicaties op anderen. En het niet eens kunnen gebruiken van Windows voor mijn dagelijkse noden draagt over naar het niet voorhanden hebben van een Windows installatie zonder daar extra moeite voor te doen, ook niet in de privé-situatie.

    Als ik achter een Windows machine zit is dat als zo’n pragmatisch iets zoals waar jij op lijkt te staan maar een filmpje als dit kijken is een privé/hobby iets. En het is simpelweg niet mijn hobby om Windows installaties te babysitten, met Microsoft updates, licentie-voorwaarden, gemekker van virusscanners en wat al niet. Er is daarmee gewoon geen logische reden voor mij om Windows te kopen of gebruiken.

    Het enige gedoe dat het me brengt is zoals in dit geval het gebruik van heel specifiek limiterende Microsoft-technologie die steeds maar plaats vindt omdat Microsoft het zo makkelijk maakt om mensen zich daarvan onbewust te laten zijn (zie je hoe enorm onreligieus ik dat niet formuleer als “omdat Microsoft het zo moeilijk maakt iets anders te doen”?). En als specifieke reactie op een specifieke vraag van #1 is dat dan helemaal niet vreemd om even te vermelden.

  8. 10

    Wat wel weer leuk is: allerlei unificatiemodellen van fundamentele krachten en tot en met aan 12-dimensies toe zijn geen denkprobleem. Visualisaties genoeg. Maar twee heel simpele zandkorreltjes (tijd en graviteit) maken iedereen radeloos.

  9. 11

    Over het al dan niet bestaan van de “tijd” schreef ik reeds ‘eerder’ elders voordat de bovenstaand lezing omder mijn aandacht gebracht werd. Die Tijdbeweging nogmaals: *Er is alleen het eeuwig NU van het durend moment: XX schreef echter “tijdelijk” op: “Voor de bing bang was er geen ruimte maar wel tijd.”… dat is m.i. juist omgekeerd: Voorzover er wél sprake is van een “Big Bang” (die — zoals ik eerder meldde — niet bestaat, maar wél een ademend, dus pulserend, kloppend Heelal, zelfs vele meerdere van dergelijke Allen) dus ingeval van dit thans gepostuleerde *BigBang-Heelal* (wat niet bestaat) was er hoogstens sprake van een/de Ruimte, die de “tijd” inzich bevat, dus géén schijnbaar gescheiden, want vergankelijke = losse (afzonderlijke) eenheden van Ruimte én Tijd, maar zoals Einstein al aantoonde: slechts één gehele Tijdruimte, en thans ook bekend met meerdere opgerolde dimensies. Quantummechanisch rest er ook slechts (enkel ;) een puur wiskundige *matrix*-ruimte, alle dus steeds deze: Ruimtewerelden. Alle TIJD is subjectiviTEIT in bewust ondervonden beleving van beweging welke echter in die matrix hervatbaar is (~: dAb +>