Tijd als emergente eigenschap van het klassiek-fysische universum

Er is met logische zekerheid altijd al iets geweest. Tijd kan maar bestaan als er iets is: een noodzakelijke voorwaarde. Is ze ook een voldoende: als er iets is, is er dan ook altijd tijd? Vereist tijd mogelijk ook verandering, of maakt tijd juist verandering mogelijk? Tijd of de Tijd: louter fenomenologisch of huist er ontologie achter het fenomeen?

De kloktijd

De momentane horizon van het proces van presentstelling: het ‘nu’ – een fysiologisch-mentaal gebeuren – vormt als moment van ogenblikkelijkheid de basis van de constructie van de fysische, kosmische kloktijd: de tijd als opeenvolging van momenten der dingen die veranderen. Het is die constructie van de fysische tijd die binnen de exacte wetenschap gehanteerd wordt in de registratie van de toestand van systemen, zowel klassieke (newtoniaanse en relativistische) als kwantummechanische. Het is trouwens de kwantummechanica met haar onzekerheidsrelaties – de term onbepaaldheidsrelaties is preferabel – die de fundamentele limiet levert voor de nauwkeurigheid of de scherpte van het moment – het fysische nu – mocht het technologisch ooit zover komen. (In welke mate dat fysische 'nu' overeenkomt met het door ons beleefde ‘nu’, is een ander verhaal).

Maar waarom dat onderscheid tussen het klassiek fysische en het kwantummechanische benadrukken met betrekking tot tijd? Een registratie in de loop van de tijd wordt ook wel eens een tijdsmeting genoemd, en de gevoeligheid voor metingen in het algemeen is anders voor beide vernoemde domeinen.

Een klassiek systeem zal – per definitie – ongevoelig blijven voor operaties: een algemene benaming voor metingen op en interacties met het systeem, in de zin dat ze de systeemtoestand en de eigenschappen ervan niet beïnvloeden. Men kan dan ook zonder probleem pragmatisch spreken van een systeem als een geheel van objecten met welbepaalde eigenschappen, al dan niet veranderlijk in de tijd. Ook die (klok)tijd als ‘operatie’ zal immers de systeemtoestand niet veranderen en valt dus binnen het klassieke schema. De term operatie is daarbij zelfs wat hoog gegrepen, want de kloktijd registreert alleen maar, hij wordt niet gemeten. De tijd onttrekt zich hier m.a.w. aan de wezenlijke actie van perceptie en presenteert uiteindelijk slechts perceptie in de loop van de kloktijd. Een presentatie m.a.w. Van een operatie is geen sprake. Tijd fungeert hier louter als temporeel canvas, zij het niet langer newtoniaans statisch maar relativistisch plastisch – niet overal loopt de tijd even snel. In ieder geval neemt tijd een uitzonderlijke plaats in binnen de klassieke experimentele activiteit. Sommigen menen daarom dat tijd meer is dan louter parameter of dynamisch canvas en dan ook refereert aan iets wezenlijk ontologisch binnen onze werkelijkheid: ‘de tijd’ als entiteit onder één of andere vorm. Echter, waarom zou men iets dat zich onttrekt aan elke epistemologie, ontologie toekennen? Mag men in plaats van de richting van de metafysica in te slaan, en met Ockhams scheermes bij de hand, niet eerder stellen dat de dingen nu eenmaal veranderen en de tijd daarvan louter fenomenologisch uitdrukking is, zonder dat hij daarvoor een metafysich-ontologische rol toebedeeld hoeft te krijgen in de constructie van de werkelijkheid? Uiteindelijk onttrekt tijd zich aan cognitie; tijd is louter een horizon waarbinnen objecten zich presenteren en waardoor men moeilijk nog over tijd als object of entiteit kan spreken. Onze psyche speelt ons daarbij wel eens gemakkelijk parten. We zijn ons allemaal bewust van tijd, maar het zou niet de eerste keer zijn dat ons bewustzijn ons op het verkeerde ontologische been zet en ons cognitief doet vervallen in goedklinkende zinledigheid. Zoals Husserl stelde, is bewustzijn altijd intentioneel in de zin dat het zich altijd van iets bewust is en altijd inhoud geeft, of iets nu echt inhoud heeft of niet. De neerslag daarvan treffen we aan in de taal. Verzelfstandigde (naam)woorden, bijvoorbeeld, dragen die intentie, maar bijvoorbeeld ‘Het Niets’ kan onmogelijk het geval zijn in de realiteit. Wittgenstein o.a. waarschuwde ons voor de valkuilen van de taal die ons nogal snel het pad doet inslaan richting metafysica. Bewustzijn en taal: ‘partners in cognitive crime’. Ook Einstein liet zich verleiden tot ontologie van de tijd: de bloktijd, met zijn notie van het illusoire onderscheid tussen verleden, heden en toekomst. Ik noem het fantasie. Het leent zich anderzijds wel goed tot degelijke fictie (‘Outlander’ op Neflix kan ik best smaken).

Daarom: tijd als louter kwaliteit van het klassieke domein lijkt me de eenvoudigste, meest economische verklaring, meer bepaald van een universum geregeerd door entropie (1). Dat de entropie van ons universum onvermijdelijk toeneemt, is niet het gevolg van een wezenlijke tijd-asymmetrie in de basisnatuurwetten – die is er immers niet – maar van een tijd-assymetrie in de randvoorwaarden van het heelal zelf. Ons universum vertrok immers vanuit een statistisch gezien extreem onwaarschijnlijke situatie (de oerknal) met zeer lage entropie, waardoor we vrijwel altijd zullen eindigen in een veel waarschijnlijker situatie in een steeds sneller uitzettend universum (2). Wat zich ‘in de loop van de tijd’ heeft afgespeeld en zal afspelen is dan ook één lang proces van verandering, van overgang naar globaal steeds minder statistisch onwaarschijnlijke situaties. Tijd precedeert dan ook niet entropie, maar omgekeerd. De ‘richting van de tijd’ is niets meer dan de richting van toenemende entropie.

Tijd als emergente eigenschap

Als tijd een eigenschap is van onze klassieke wereld, hoe zit het dan met tijd op kwantumniveau? Is die daar aanwezig of emergeert hij mogelijk slechts in de overgang doorheen decoherentie naar het klassieke niveau? Zoals watergolven emergeren naar het manifeste niveau met hun eigen klassiek-fysische wetten door het spel van water en wind, zonder link met het microscopische – watermoleculen hebben immers geen golvend karakter (3). Of, wie weet, emergeert bewustzijn mogelijk door de interactie tussen miljarden hersenneuronen waarvan geen enkele zelfs ook maar een vleugje bewustzijn draagt (4).

Is tijd dan simpelweg niet aanwezig in het kwantumdomein? In ieder geval en het dient best nog eens gezegd: in kwantummechanische systemen lopen in het algemeen de dingen anders. Onze waarnemingen beïnvloeden de systeemtoestand nu wel degelijk – vandaar de naam operaties – en prepareren die in een welbepaalde waarneembare toestand vanuit een 'diepere', nooit eenduidige toestand die formeel kan beschouwd worden als een combinatie van mogelijkheden: een superpositie, elk met verschillende waarschijnlijkheden. Een kwantummechanisch systeem presenteert zich binnen de perceptie m.a.w. dan ook niet als een object met te registreren eigenschappen. Dergelijke objectiviteit is daar niet het geval.

Tijd komt natuurlijk wel voor in de kwantummechanica: de tijdsparameter die men aantreft in de basisvergelijkingen en begrippen van de kwantumtheorie, zoals de Schrödingervergelijking en de golffunctie, is gewoon de klassieke kloktijd. We meten nu eenmaal vanuit het klassieke domein. Echter, ook nu weer is die tijd weer louter registratie, een canvas, en beïnvloedt dan ook niet de toestand, in dit geval van het kwantumsysteem. Niet verwonderlijk dat de toestand van een systeem, wanneer die gekend is op een bepaald ogenblik, dan ook gekend zal zijn op elk ander ogenblik, zolang de tijdsevolutie niet verstoord wordt door een meting (een operatie). De registratie via die kloktijd kan en mag echter niet in het kwantumdomein geprojecteerd en gedacht worden. Daar tikt hij immers niet. Zo zijn bijvoorbeeld het veronderstelde doorbreken van lokaliteit en Einsteins 'spooky action faster than light' (entanglement) een gevolg van het toepassen van het klassieke paradigma – met klassieke causaliteit als grote boosdoener ‘out of place and time’– op het kwantummechanische gebeuren.

Kan men tijd dan niet definiëren op het kwantumniveau met behulp van een zogenaamde kwantumtijdoperator als tijdsobservabele? De Stone-von Neumann-stelling toonde aan dat dat niet mogelijk is omwille van de daaruit volgende onrealistische eisen aan de energie-operator (de zogenaamde Hamiltoniaan). We zitten dus m.a.w. vast aan de kloktijd. Maar ook daar stelt zich een probleem: dingen veranderen natuurlijk wel, ook op kwantumniveau, maar dat dat eenduidig gebeurt in één bepaalde richting, lijkt niet het geval. Voorbeelden van het tegendeel (‘de pijl van de tijd’ werkend in twee richtingen) werden al geconstateerd wanneer kleine hoeveelheden entropie in het spel zijn. In welke mate is het dan nog zinvol spreken over tijd als concept in het kwantumdomein? Laat tijd zoals wij hem kennen zich dan nog anders verklaren dan als emergent verschijnsel?

Tot slot kan nog opgemerkt worden dat het ontbreken van een tijds- en dus zijnshorizon het kwantumdomein voor ons Gestaltloos maakt. Van een verstaan kan moeilijk sprake zijn (zoals Feynman stelde). Het doet ook denken aan wat Heidegger schreef: "De mens kan slechts spreken over het zijn voor zover het zijn verschijnt en begrepen wordt binnen de grenzen van de tijdelijkheid." Toch impliceert dat niet onvermijdelijk een louter cognitief relativisme, noch een louter formalisme of een fysisch behaviorisme met betrekking tot het kwantumgebeuren. Maar ook dat is weer een ander verhaal.

(1) Entropie is in wezen een klassiek-fysische statistische grootheid, al spreekt men op kwantumschaal ook wel eens over entropie met betrekking tot de zogenaamde onbepaaldheidsrelaties: de von Neumann-entropie. Grotere entropie is nu eenmaal een maat voor grotere ‘onzekerheid’ en dus voor grotere onwetendheid en dus grotere informatieinhoud.

2) De entropie van het heelal was minimaal vergeleken met de entropie ervan gedurende zijn verdere evolutie, maar het was op dat ogenblik ook maximaal: meer kon er toen niet bij in dat kleine oerheelal. Die orde was dus niet toevallig, ze was noodzakelijk. Pas met de uizetting van het heelal explodeerde ook de maximale mogelijke hoeveelheid entropie van het universum, veel sneller trouwens dan de effectieve toename van entropie. Het heelal biedt dus nog ruimte en tijd genoeg voor orde, leven en creativiteit.

(3) Niet te verwarren met het kwantummechanische golfkarakter.

(4) Binnen de context van het ‘hard problem’ uit de Theory of Mind. Voor sommigen (Chalmers o.a.) situeert zich daar een debunking van het fysicalisme en zelfs van het materialisme. Anderen, zoals Dennett, noemen het een schijnprobleem dat zich vanzelf zal oplossen naarmate onze kennis toeneemt van de werking van ons brein (in een reductie tot de zogenaamde ‘small problems’).