Heb je ooit een fout gemaakt waarvan je zou willen dat je die ongedaan kon maken? Het corrigeren van fouten uit het verleden is een van de redenen waarom we het concept van tijdreizen zo fascinerend vinden. Zoals vaak afgebeeld in sciencefiction, met een tijdmachine, is niets meer permanent - je kunt altijd teruggaan en het veranderen. Maar is tijdreizen echt mogelijk in ons universum, of is het slechts sciencefiction?

Ons moderne begrip van tijd en causaliteit komt van de algemene relativiteitstheorie. De theorie van theoretisch fysicus Albert Einstein combineert ruimte en tijd in een enkele entiteit - 'ruimtetijd' - en biedt een opmerkelijk ingewikkelde verklaring van hoe ze allebei werken, op een niveau dat door geen enkele andere gevestigde theorie wordt geëvenaard. Deze theorie bestaat al meer dan 100 jaar en is experimenteel geverifieerd met extreem hoge precisie, dus natuurkundigen zijn er vrij zeker van dat het een nauwkeurige beschrijving geeft van de causale structuur van ons universum.

Decennia lang proberen natuurkundigen de algemene relativiteitstheorie te gebruiken om erachter te komen of tijdreizen mogelijk is. Het blijkt dat je vergelijkingen kunt opschrijven die tijdreizen beschrijven en volledig compatibel en consistent zijn met de relativiteitstheorie. Maar natuurkunde is geen wiskunde, en vergelijkingen zijn zinloos als ze met niets in de werkelijkheid overeenkomen.

Argumenten tegen tijdreizen

Er zijn twee hoofdproblemen die ons doen denken dat deze vergelijkingen onrealistisch zijn. Het eerste probleem is praktisch:het bouwen van een tijdmachine lijkt exotische materie te vereisen, namelijk materie met negatieve energie. Alle materie die we in ons dagelijks leven zien, heeft positieve energie - materie met negatieve energie is niet iets dat je zomaar kunt vinden. Uit de kwantummechanica weten we dat dergelijke materie theoretisch kan worden gecreëerd, maar in te kleine hoeveelheden en voor te korte tijd.

Er is echter geen bewijs dat het onmogelijk is om exotische materie in voldoende hoeveelheden te maken. Bovendien kunnen er andere vergelijkingen worden ontdekt die tijdreizen mogelijk maken zonder dat er exotische materie nodig is. Daarom is dit probleem misschien gewoon een beperking van onze huidige technologie of begrip van de kwantummechanica.

Het andere hoofdprobleem is minder praktisch, maar belangrijker:het is de observatie dat tijdreizen de logica lijkt tegen te spreken, in de vorm van tijdreizenparadoxen. Er zijn verschillende soorten van dergelijke paradoxen, maar de meest problematische zijn consistentieparadoxen.

Een populaire stijlfiguur in sciencefiction, consistentieparadoxen treden op wanneer er een bepaalde gebeurtenis is die leidt tot verandering van het verleden, maar de verandering zelf verhindert dat deze gebeurtenis überhaupt plaatsvindt.

Denk bijvoorbeeld aan een scenario waarin ik mijn tijdmachine betreed, deze gebruik om vijf minuten terug in de tijd te gaan en de machine vernietigt zodra ik in het verleden kom. Nu ik de tijdmachine heb vernietigd, zou ik hem vijf minuten later onmogelijk kunnen gebruiken.

Maar als ik de tijdmachine niet kan gebruiken, dan kan ik niet terug in de tijd gaan en hem vernietigen. Daarom is het niet vernietigd, dus ik kan terug in de tijd gaan en het vernietigen. Met andere woorden, de tijdmachine wordt vernietigd als en alleen als het niet wordt vernietigd. Aangezien het niet tegelijkertijd vernietigd en niet vernietigd kan worden, is dit scenario inconsistent en paradoxaal.

De paradoxen elimineren

Er is een algemene misvatting in sciencefiction dat paradoxen kunnen worden 'gecreëerd'. Tijdreizigers worden meestal gewaarschuwd om geen significante veranderingen in het verleden aan te brengen en om precies deze reden te vermijden dat ze hun verleden zelf ontmoeten. Voorbeelden hiervan zijn te vinden in veel films over tijdreizen, zoals de "Back to the Future"-trilogie.

Maar in de natuurkunde is een paradox geen gebeurtenis die echt kan plaatsvinden - het is een puur theoretisch concept dat wijst op een inconsistentie in de theorie zelf. Met andere woorden, consistentieparadoxen impliceren niet alleen dat tijdreizen een gevaarlijke onderneming is, ze impliceren dat het gewoon niet mogelijk is.

Dit was een van de redenen voor theoretisch fysicus Stephen Hawking om zijn vermoeden van chronologische bescherming te formuleren, waarin staat dat tijdreizen onmogelijk zou moeten zijn. Dit vermoeden blijft echter tot nu toe onbewezen. Bovendien zou het universum een ​​veel interessantere plek zijn als we in plaats van tijdreizen door paradoxen te elimineren, de paradoxen zelf zouden kunnen elimineren.

Een poging om tijdreizenparadoxen op te lossen is het zelfconsistentievermoeden van theoretisch fysicus Igor Dmitriyevich Novikov, dat in wezen stelt dat je naar het verleden kunt reizen, maar je kunt het niet veranderen.

Volgens Novikov zou ik ontdekken dat het onmogelijk is om mijn tijdmachine vijf minuten in het verleden te vernietigen. De wetten van de natuurkunde zouden op de een of andere manier samenspannen om de consistentie te behouden.

Introductie van meerdere geschiedenissen

Maar wat heeft het voor zin om terug in de tijd te gaan als je het verleden niet kunt veranderen? Mijn recente werk, samen met mijn studenten Jacob Hauser en Jared Wogan, laat zien dat er tijdreizenparadoxen zijn die Novikovs vermoeden niet kan oplossen. Dit brengt ons terug bij af, want als zelfs maar één paradox niet kan worden geëlimineerd, blijft tijdreizen logisch onmogelijk.

Dus, is dit de laatste nagel aan de doodskist van tijdreizen? Niet helemaal. We toonden aan dat het toestaan ​​van meerdere geschiedenissen (of in meer bekende termen, parallelle tijdlijnen) de paradoxen kan oplossen die Novikovs vermoeden niet kan. In feite kan het elke paradox oplossen die je er tegenaan gooit.

Het idee is heel eenvoudig. Als ik de tijdmachine verlaat, ga ik naar een andere tijdlijn. In die tijdlijn kan ik doen wat ik wil, inclusief het vernietigen van de tijdmachine, zonder iets te veranderen aan de oorspronkelijke tijdlijn waar ik vandaan kwam. Aangezien ik de tijdmachine niet kan vernietigen in de originele tijdlijn, die ik eigenlijk gebruikte om terug in de tijd te reizen, is er geen paradox.

Na de afgelopen drie jaar aan tijdreizenparadoxen te hebben gewerkt, ben ik er steeds meer van overtuigd geraakt dat tijdreizen mogelijk zou kunnen zijn, maar alleen als ons universum meerdere geschiedenissen naast elkaar kan laten bestaan. Dus, kan het?

De kwantummechanica lijkt dit zeker te impliceren, tenminste als je de "veel-werelden"-interpretatie van Everett onderschrijft, waarbij één geschiedenis kan worden "opgesplitst" in meerdere geschiedenissen, één voor elk mogelijk meetresultaat - bijvoorbeeld of de kat van Schrödinger levend of dood is , of ik al dan niet in het verleden ben aangekomen.

Maar dit zijn slechts speculaties. Mijn studenten en ik werken momenteel aan het vinden van een concrete theorie van tijdreizen met meerdere geschiedenissen die volledig compatibel is met de algemene relativiteitstheorie. Natuurlijk, zelfs als we erin slagen om een ​​dergelijke theorie te vinden, zou dit niet voldoende zijn om te bewijzen dat tijdreizen mogelijk is, maar het zou in ieder geval betekenen dat tijdreizen niet wordt uitgesloten door consistentieparadoxen.

Tijdreizen en parallelle tijdlijnen gaan bijna altijd hand in hand in sciencefiction, maar nu hebben we het bewijs dat ze ook hand in hand moeten gaan in echte wetenschap. De algemene relativiteitstheorie en kwantummechanica vertellen ons dat tijdreizen misschien mogelijk is, maar als dat zo is, dan moeten meerdere geschiedenissen ook mogelijk zijn. + Verder verkennen

Tijdreizen is mogelijk – maar alleen als je een object met oneindige massa hebt

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.