
Een korte geschiedenis van de tijd.
Een boek met zo een titel moet wel mijn aandacht trekken en dat deed het ook, al kort na verschijnen, in 1988. De auteur is de wereldberoemde Stephen Hawking, professor in Cambridge, vooral bekend en herkenbaar omwille van zijn merkwaardige en opvallende fysieke verschijning: hij lijdt aan ALS en beweegt zich voort in een rolstoel. Bovendien heeft hij zijn stembanden verloren na een longontsteking, maar hij beweert dat hij met zijn stemcomputer nu zelfs beter kan communiceren dan voordien met zijn stem…
Het boekje, want het telt niet meer dan 198 pagina’s, is goed leesbaar ook voor ons senioren wegens vrij grote druk en ruime interlinie, met duidelijke illustraties, een glossarium waarin vele wetenschappelijke termen kort uitgelegd worden en een schets van drie grote figuren: Einstein, Galileo en Newton. Ook de taal is best begrijpelijk en vlot, het leest als een causerie voor een algemeen publiek. Dat wil evenwel niet zeggen dat het gemakkelijke lectuur is: je kan ook in een eenvoudige taal dingen zeggen die totaal onbegrijpelijk zijn. De moeilijkheid is hier telkens weer dat elke zin bouwt op al de vorige en je kan nu eenmaal niet al het vorige onthouden… Hawking doet er alles aan om u daarbij te helpen: herhalingen, illustraties, vergelijkingen, grapjes, maar het blijft een opgave. Vandaar dat het ook bij mij tot vandaag geduurd heeft voor ik de laatste, ietwat teleurstellende zin las.
Waarover gaat het? Over alles, letterlijk.
Het begint met een toelichting over ons wereldbeeld, van in de oudheid tot vandaag: de lange weg van de spectaculaire ontdekkingen van de vroegste beschavingen, onder meer over de vorm van de aarde en over de zon en de planeten, over het religieuze en intellectueel steriele middeleeuwse hiaat naar de herbevestiging van de menselijke autonomie in de grote ontdekkingen van de wetenschap: Copernicus, Keppler, Newton en de meer recente ontwikkelingen die een basis legden voor een beter begrip van hoe onze wereld ineen steekt.
Een tweede uiteenzetting gaat over de begrippen ruimte en tijd. Vetrekkend van Newtons wetten van de zwaartekracht en de invloed daarvan op de beweging, zowel van enorme massa’s zoals de zon en de planeten als kleine dingen zoals een pingpongballetje, leidt Hawking ons naar de ontdekking van de constante snelheid van het licht, iets wat in tegenspraak leek met de wetten van Newton, maar dat experimenteel werd vastgesteld in 1887. Het duurde tot 1905 voor er een oplossing kwam voor dit probleem: Einstein stelde toen dat men moet vetrekken van die constante en absolute snelheid van het licht; meteen was duidelijk dat in dat geval het begrip tijd dan niet meer absoluut was, want met twee absolute waarden kloppen de vergelijkingen niet meer. De formule E=mc² zegt dat energie gelijk is aan het kwadraat van massa maal de snelheid van het licht en niets kan zich sneller voortbewegen dan het licht. Dus niet de tijd, maar het licht is een absolute waarde. Dat betekent dat de tijd relatief wordt en dat is heel moeilijk om begrijpen: is de tijd niet voor iedereen gelijk, overal ter wereld en daarbuiten? Steunt onze hele beschaving niet precies daarop, zoals we hier ook al enkele dagen geleden stelden?
We staan er niet bij stil, maar zelfs als we gewoon naar de sterren kijken, moeten we de tijd daarin betrekken. Het zonnelicht bereikt ons pas na acht minuten, als de zon zou uitdoven zouden we dat pas acht minuten later merken; het licht van verre melkwegstelsels vertrok daar tientallen miljoenen jaren geleden, het zou dus wel eens kunnen dat wat wij nu ‘zien’ daar al heel lang niet meer is en dat er daar nu iets helemaal anders ‘is’ dat men hier pas over tien miljoen jaar zullen zien… Plots is alles anders dan het lijkt, wat voor ons nu is, kan plots al heel lang geleden zijn en wat nu echt is, ver weg, zal pas later ‘bestaan’. Alles is relatief…
Die ‘speciale’ relativiteitstheorie is wat Einstein beroemd maakte, als was en is het niet voor iedereen duidelijk wat die theorie is; je hebt juist een heel vage beschrijving ervan gelezen in de voorgaande paragraaf… In een interview vroeg een journalist aan een prominent geleerde of het juist was dat slechts drie personen de relativiteitstheorie begrepen; daarop antwoordde die bedachtzaam: ik ben aan het nadenken wie de derde zou kunnen zijn…
Er zaten nog gaten in die theorie, vooral omdat ze niet helemaal klopte met Newtons wetten over de zwaartekracht. In 1915 stelde Einstein dan de algemene relativiteitstheorie voor, waarbij de zwaartekracht mee in rekening werd gebracht. Dat betekent bijvoorbeeld dat ook het licht onderworpen is aan zwaartekracht en afgebogen wordt in de nabijheid van een ster, zoals de zon. Uiteindelijk stelt de algemene relativiteitstheorie dat de niet alleen de tijd ‘veranderlijk’ of relatief is, maar ook de ruimte. In het geheel ruimte-tijd zorgt de zwaartekracht ervoor dat de ruimte niet meer rechtlijnig is, maar gebogen.
Een van de voorspellingen van de nieuwe theorie was dat er minimale tijdsverschillen zouden zijn naargelang de plaats en de snelheid van de waarnemer. Ze werden voor het eerst vastgesteld toe men twee identieke zeer nauwkeurige klokken plaatste, de ene bovenop een hoge watertoren, de andere aan op de grond, en ja hoor: er was een verschil, de klok op de grond liep gewoon trager dan die op de toren; reden: de zwaartekracht, die krachtiger is dichter bij de aarde. Zo ook bij een volgend experiment, waarbij men de tijd mat in een vliegtuig dat zich zeer snel om de aarde bewoog en dat vergeleek met de tijd die ondertussen op aarde verlopen was; reden: de snelle beweging van de klok. Indien we ons zouden voortbewegen met de snelheid van het licht (en pas dan), zou het verschil met de ‘gewone’ tijd pas serieus opvallen. Een tijdreiziger zou na eeuwen (voor ons) terugkomen van een reis die (voor hem) slechts dagen zou geduurd hebben; zijn ‘aardse klok’ zou gewoon heel langzaam zijn gaan tellen, zoals in SF-verhalen. De gevolgen van een voortbeweging van een aards, menselijk lichaam aan dergelijke snelheden zien we daarbij even over het hoofd, net zoals de onvoorstelbare obstakels om die snelheid te bereiken, zoals de kracht, de energie vereist om massa met die snelheid te verplaatsten.
Het binnenbrengen van het element tijd in de beschrijving van het universum als ruimte-tijd had spectaculaire gevolgen. De ster die we zien staat dus wellicht helemaal niet op de plaats waar wij ze zien, of liever: stond daar niet tien miljoen jaar geleden, maar een heel stuk daarvandaan, omdat haar licht door verscheidene ander hemellichamen verbogen werd voor het ons bereikte…
Het trager lopen van klokken naargelang van de afstand van de aarde heeft concrete gevolgen voor onze GPS: als we geen rekening zouden houden met Einsteins relativiteitstheorie, zouden we ettelijke kilometers naast onze bestemming uitkomen.
Met Einstein kwam er een einde aan het model van het universum dat sinds de oudheid dienst had gedaan. Ineens was het zichtbare universum niet meer wat we zagen, het was een soort geschiedenis geworden, waarvan wij enkel de sporen zien. Wat er nu echt is, kunnen we maar begrijpen als we rekening houden met de tijd en de zwaartekracht en de snelheid van het licht. En dan begon het duidelijk te worden dat het universum niet altijd geweest was zoals het nu is.
Het derde hoofdstuk heeft het over de geschiedenis van het heelal. Rond 1750 ontdekte men een manier om de afstand van de sterren te meten, gebaseerd op de snelheid waarmee ze lijken ‘te bewegen’: hoe sneller de beweging, des te dichter staan ze bij ons. Toen men zo de afstand van duizenden nabije sterren mat, stelde men vast dat ze in een spiraalvormige schijf lijken te liggen: de melkweg. In 1924 pas stelde Hubble vast dat er nog meer dergelijke sterrenstelsels bestaan; hij berekende er alvast negen, op basis van hun helderheid. Met onze moderne telescopen hebben we intussen ontdekt dat er zowat honderd duizend miljoen zichtbare galaxies zijn, elk bestaande uit honderd duizend miljoen sterren… Plots was de aarde niet meer het centrum van de wereld, maar een kleine planeet, draaiend rond een bescheiden ster, de zon, die zich bevind in een spiraal die heel langzaam draait, slechts één keer rond het centrum in vele honderden miljoenen jaren. Toen men naast de afstand van de sterren en de melkwegen ook hun snelheid begon te meten, de verandering van hun afstand tegenover de aarde, ontdekte men dat die een vast patroon vertoonde: de andere melkwegen verplaatsen zich van ons weg. Het heelal bleek niet zomaar een hoop losliggende ‘stenen’ in de ruimte te zijn, de ‘stenen’ bewegen, de afstand tussen de galaxies wordt steeds groter, het heelal groeit, het dijt uit (van uitdijen) en het deint uit (van uitdeinen). Vertrekkend vanuit die vaststelling heeft men proberen achterhalen hoe die beweging begonnen is en wanneer, met andere woorden hoe het heelal begonnen is. Zo kwam men tot de gedachte dat er een moment moet geweest zijn toen alle massa van het hele universum in een uiterst kleine kern samengebald was en dat die met een verschrikkelijke klap moet opengebarsten zijn: de Big Bang!
Het vierde hoofdstuk begeeft zich op nog glibberiger paden, ik beloof dat ik niet te technisch ga worden, dus blijf nog even bij mij? Het theater verplaatst zich van het zeer grote, het onmetelijke universum en de schier eindeloze geschiedenis sinds zijn ontstaan, naar het allerkleinste, de elementen waaruit alle materie bestaat. Men onderzocht meer bepaald de elektromagnetische straling, zoals radiogolven, zichtbaar licht, X-stralen en Max Planck stelde in 1900 voor dat die straling niet chaotisch is maar bestaat uit ‘pakjes’ energie, die hij kwanta noemde, vandaar de kwantumtheorie. In 1926 zorgde Werner Heisenberg voor een probleem met zijn befaamde onzekerheidsprincipe. Zoals beloofd laat ik de technische uitleg terzijde, maar het komt hierop neer dan men nooit zowel de snelheid als de plaats van een partikel (deeltje) van zo’n straling accuraat kan beschrijven; hoe nauwkeuriger de plaats, hoe willekeuriger de snelheid en omgekeerd. Dit merkwaardige fenomeen bleek een van de bouwstenen van onze wereld te zijn. De kwantumtheorie van 1920 stelt dan partikels niet een bepaalde plaats en snelheid hebben, maar een kwantumstatus, die een combinatie is van die twee. Met die theorie kan men nog wel voorspellingen doen over experimenten, zodat de theorie bewezen word, maar alleen op statistische basis, als het ware: men kan zeggen hoe dikwijls resultaat A zal voorkomen en hoe dikwijls resultaat B, maar niet welk resultaat je zal krijgen als je maar één proef doet.
Zo kwam er een element van onvoorspelbaarheid in de strenge wereld van de wetenschap. Einstein, die mee aan de basis lag van de kwantumfysica, heeft zich er nooit mee kunnen verzoenen: hij geloofde niet dat de wereld geregeerd werd door onvoorspelbaarheid, er moest een begrijpelijke wetmatigheid zijn voor alles. De meeste andere wetenschappers volgden wel, vooral toen bleek dat kwantumfysica in de techniek tot fantastische resultaten leidde: transistors, geïntegreerde schakelingen, die de basis zijn van al onze moderne elektronica. De moderne scheikunde en biologie steunen eveneens op kwantumtheorieën.
Er blijft één uitzondering: zwaartekracht en kosmologie of de samenstelling en samenhang van het heelal.
Met de nieuwe theorieën onderzocht men de samenstelling van de kleinste bouwstenen, het atoom en zijn samenstellende delen: de negatieve elektronen die rond de positieve kern draaien. Daarbij bleek dat men beter kon spreken van golven dan van deeltjes, maar daarmee was alles niet uitgeklaard.
Dat brengt ons bij hoofdstuk vijf, over de elementaire deeltjes en de krachten die daarbij horen. De kern van het atoom bleek te bestaan uit protonen, positief geladen en ook neutronen, ‘zonder’ elektrische lading. Nog later bleek dat protonen en neutronen nog niet de kleinste bouwstenen waren, maar dat ze bestonden uit quarks en die zijn er in verschillende soorten. Zijn dit dan de kleinst mogelijke componenten van alles wat bestaat? Men weet het niet. Men is nog altijd bezig met het beschrijven van deze kleinste partikels en hun eigenschappen en interactie onder de vier ‘krachten’: zwaartekracht, elektromagnetisch kracht, zwakke nucleaire kracht en sterke nucleaire kracht. Naast de partikels neemt men nu ook het bestaan aan van antipartikels, zoals anti-elektrons, antineutrons en antiprotons en antiquarks, maar dan wordt Hawking zo wetenschappelijk dat zijn taal zeer euh, poëtisch wordt.
Hoofdstukken zes en zeven gaan over Zwarte Gaten, het stokpaardje van Hawking. Laten we dat even aan ons voorbijgaan. Misschien later eens.
Ook hoofdstuk acht over het ontstaan en het ultieme lot van het heelal laat ik onbesproken, het is zeer theoretisch en leidt ook niet tot duidelijke conclusies.
Hoofdstuk negen, over de pijl van de tijd, is dan weer beter begrijpelijk voor leken zoals wij. Tijd is relatief, leerden we, want afhankelijk van de positie van de waarnemer en de snelheid waarmee hij zich beweegt, in tegenstelling met licht, dat zich overal en voor elke waarnemer met dezelfde snelheid beweegt. Is tijd dan chaotisch? Het antwoord is, zoals met de hele ingewikkelde filosofie van Kant, nogal prozaïsch: nee, dat zie je toch zo? Maar aanvankelijk zag het er in de nieuwe theorieën niet zo uit: tijd leek een gegeven te zijn zoals de richting in ruimte: je kan alle richtingen uit, er is uiteindelijk geen op en neer, links of rechts, voor- of achteruit. Maar die is er wel. Niet alleen is er het subjectief aanvoelen van het tijdsverloop van de waarnemer, men kan ook vaststellen dat er in onze wereld een ‘verloop’ is, dat bepaald wordt door de tweede wet van de thermodynamica, namelijk dat in elk gesloten systeem de wanorde, of entropie, stijgt met de tijd. Wij mensen weten dat maar al te goed: niets blijft, zeker niet zonder inspanning; alles vergaat, elke menselijke inspanning die gericht is op het ordenen moet opboksen tegen enorme tegenstand. Denk aan een puzzel, zegt Hawking: er zijn ontelbare mogelijkheden om hem onjuist of onvolledig te leggen en maar één om hem juist te leggen; de kans dat hij toevallig goed komt te liggen door met de doos te schudden is onbestaande; de kans dat een ‘puzzel’ intact blijft voor altijd, is even klein. Ook de theorie over het ontstaan, het uitdijen en het eventuele einde van het universum wijzen erop dat de tijd wel degelijk in een bepaalde richting gaat. Voor een keer lijkt de wetenschap ons boerenverstand te bevestigen. Oef.
Hoofdstuk tien gaat over de zoektocht naar die ene theorie die alles zal verklaren en waarvan de principes zullen opgaan voor alle mogelijke wetenschappen en elke mogelijke kennis en die ons zal toelaten alles te weten en te voorspellen. Je hoort het al, die theorie is er nog niet en hoewel Hawking beweert dat we wel al heel wat weten over hoe die theorie eruit zal zien, hij geeft ook toe dat zelfs met dergelijke theorie de concrete voorspellingen nog niet eenvoudig te berekenen zullen zijn. Dat is ook de enigmatische laatste zin van de Conclusie: pas als we zo’n sluitende theorie-van-alles hebben, zullen we de laatste vraag kunnen bespreken, namelijk waarom wij en het universum bestaan. Hij schrijft en ik vertaal gedeeltelijk: Als we het antwoord daarop vinden, dat zou de ultieme triomf zijn van de menselijke rede – for then we would know the mind of God.
Dat laatste heb ik niet vertaald, het is ook niet te vertalen, het is een boutade, het betekent niets, of alles, naargelang je het leest. Het is in tegenspraak met alles wat eraan voorafgaat, het verklaart niets, brengt niets bij. Voor mij is het dan ook een ronduit teleurstellende en totaal overbodige afsluiter van een zeer bijzonder en belangrijk boek, dat ik iedereen aanraad die er de nodige ‘tijd’ wil voor nemen.
Als je me tot hier gevolgd heb, dank ik je voor je hardnekkige belangstelling en ik hoop zoals altijd dat je er iets aan gehad hebt; dat was althans mijn ervaring bij het schrijven. Bedankt en tot morgen misschien.