Geen tijd, geen tijd

Volgens de Britse natuurkundige Julian Barbour bestaat het universum uit een enorme verzameling snapshots, zonder dat die door de tijd met elkaar verbonden zijn. `Je lost op in het geheel der dingen.'

`EINSTEIN HEEFT zich nooit afgevraagd wat een klok is. Hij was vreselijk onnozel over wat tijd is.' Julian Barbour, theoretisch natuurkundige, kan zich er nog steeds over verbazen. Zelf breekt hij zich al vijfendertig jaar het hoofd over fundamentele vragen als `Wat is tijd?' en `Wat is ruimte?', en dat kan niet van zijn meeste collega's gezegd worden. Barbour: ``Neem een willekeurig boek over dynamica en je zult zien dat ze bijna allemaal tijd als iets bekends veronderstellen: Newtons `onzichtbare rivier' bijvoorbeeld die stroomt van verleden naar toekomst.'' Barbour daarentegen meent dat tijd niet bestaat. ``Tijd is een illusie'', zegt hij in zijn stokoude boerderij in South Newington, even buiten Oxford. In het dorpje, met zijn dertiende-eeuwse kerkje en een vervallen begraafplaats, lijkt de tijd te hebben stilgestaan.

Voor Barbour begon het allemaal op een prachtige oktobermiddag in 1963. Hij werkte in München aan een promotieonderzoek op het gebied van de astrofysica en had afgesproken met een vriend naar de Beierse Alpen te gaan om de Watzmann te beklimmen. In de trein las hij in de Süddeutsche Zeitung een artikel over het werk van de Engelse fysicus Paul Dirac. Een citaat uit Scientific American zou Barbours leven voorgoed veranderen: `This result has led me to doubt how fundamental the four-dimensional requirement in physics is.' Dat een groot fysicus als Dirac openlijk twijfelde aan de vereniging van de drie ruimtedimensies en de tijd, tot een vier-dimensionale ruimtetijd – een centraal dogma binnen de relativiteitstheorie van Einstein – kwam voor Barbour als een enorme schok. Hij heeft de Watzmann nooit beklommen en is niet meer opgehouden met nadenken over de tijd.

vertalen

Na een paar maanden zei Barbour zijn baan in München op en vertrok naar Keulen, waar hij promoveerde op een studie naar de zwaartekrachttheorie van Einstein. Een academische positie in Engeland ambieerde hij niet. ``Het idee om te moeten publiceren, om bestuursfuncties te vervullen, stond me enorm tegen. In München had ik Russisch geleerd en ik begon in opdracht vertalingen van Russische wetenschappelijke artikelen te maken. Dat is vrij eenvoudig, vooral als je dicteert. Ik las op een zeker moment de vertaling gewoon op terwijl twee secretaresses alles uittypten. Zo kwam ik op één dag gemakkelijk tot vijftienduizend woorden. En dan had ik nog tijd over voor natuurkunde ook.''

Na vijfentwintig jaar ging Barbour met pensioen en kon hij zich volledig met tijd bezighouden. Dat resulteerde onlangs in een boek: The End of Time. Voor het eerst zet hij zijn denkbeelden over tijd en ruimte uiteen. Volgens Barbour bestaat de tijd niet. Als er in het hele universum niets zou veranderen, dan zouden we op geen enkele manier kunnen uitmaken of de tijd voorbijgaat. De natuurkundige theorieën die de wereld om ons heen beschrijven moeten daarom opnieuw worden geformuleerd zonder de tijd daarin te betrekken. Dan kunnen zelfs de quantummechanica en de relativiteitstheorie met elkaar worden verenigd. Barbour slaagt er voor een groot deel in deze ingewikkelde materie helder uiteen te zetten. ``Ik wilde een toegankelijk boek schrijven, maar hoop intussen dat mijn collega's er ook kennis van nemen.''

Die reageren over het algemeen afwijzend. Martin Rees, Astronomer Royal, gaf in The Sunday Times toe dat tijd ons voor mysteries stelt, maar vindt het idee dat tijd niet zou bestaan onzin. Kosmoloog Lee Smolin, een goede vriend van Barbour, gelooft evenmin in diens ideeën, maar is er niet in geslaagd ze onderuit te halen. Barbour blijft dan ook overtuigd van zijn gelijk en spreekt van `de volgende revolutie in ons begrip van het universum'. Dat universum bestaat volgens hem uit niets anders dan een enorme verzameling van momenten: Nows. Elk moment is een afbeelding (`snapshot') van alles wat bestaat. Die plaatjes zijn niet als in een film door de tijd met elkaar verbonden, maar zijn er tegelijkertijd. Voor elk moment in ons leven bestaan er oneindig veel alternatieven, al zijn we er ons van slechts eentje bewust. Dat komt doordat sommige Nows een veel hogere waarschijnlijkheid hebben om te worden ervaren dan andere. Barbour noemt ze tijdcapsules. Ze geven ons brein de indruk dat ze het logische resultaat zijn van een historisch proces dat zich volgens vaste wetten heeft afgespeeld. Je hebt maar één formule nodig om het universum en alles wat zich daarin bevindt te kunnen beschrijven. Daarmee kan de waarschijnlijkheid van elk moment worden berekend. Deze vergelijking – waarin tijd ontbreekt – werd in 1967 door de Amerikaanse natuurkundigen Bryce DeWitt en John Wheeler opgesteld.

Barbour: ``De Wheeler-DeWittvergelijking is erg controversieel. Vooral omdat zij betrekking heeft op quantumsystemen met een oneindige dimensie. Dat leidt tot afschuwelijke wiskundige complicaties waar ik me verre van hou.'' De tegenwerping dat dit acceptatie van zijn ideeën in de weg kan staan, omdat de natuurkunde nu eenmaal geschreven staat in de taal van de wiskunde, doet hem opveren: ``Wiskunde is niet de meest geschikte taal om hierover na te denken. Neem Faraday: ook van zijn ideeën over velden werd gezegd dat ze niet wiskundig waren.''

Dat mag zo zijn, maar pas nadat Maxwell de ideeën van Faraday een degelijke wiskundige basis had gegeven, kon er voor het eerst echt gesproken worden van een elektromagnetische theorie en werden voorspellingen mogelijk. Wie voor Barbour de rol van Maxwell moet gaan spelen is verre van duidelijk. Hijzelf blijft liever in structuren denken. Daarin toont hij zich een navolger van Leibniz of Mach: ``Het beslissende moment voor mijn filosofische ontwikkeling was het lezen van Leibniz. Vóór de wetenschappelijke revolutie probeerden denkers een verklaring te vinden voor de structuren die ze waarnamen in de wereld om hen heen. Neem de Pythagoreërs, met hun perfect geordende kosmos. En ook Kepler probeerde het zonnestelsel aanvankelijk te verklaren in termen van de Platonische lichamen. Tegenwoordig beschrijven de natuurkundige wetten hoe structuren veranderen en wordt er niet gezocht naar een verklaring van die structuren zelf.''

De denkbeelden van Barbour vertonen verwantschap met de veel-werelden-theorie, een alternatieve interpretatie van de quantummechanica die eind jaren vijftig door Hugh Everett III werd geponeerd. Deze Amerikaan beweerde dat elke meting of waarneming tot een volledige splitsing van het universum leidt. We zien een kopje op de rand van de tafel staan, maar in een parallel universum valt het. Net als Barbours veel-momenten-theorie `bedreigen' dit soort denkbeelden de integriteit van ieders persoonlijkheid: het zou betekenen dat er oneindig veel versies van ieder mens bestaan. Barbour erkent dat: ``Intellectueel accepteer ik het volledig, maar toch leef ik mijn leven alsof het volstrekt uniek is. Ik interpreteer mijn theorie uiteindelijk dan ook in de betekenis die de Oosterse mystiek er aan geeft: dat je oplost in het geheel der dingen, dat je deel uitmaakt van de kosmos, en daar leg ik me bij neer. Maar voor veel van mijn collega's is de integriteit van hun ego te belangrijk om op te geven. Het is een psychologische kwestie.''

`ironic science'

Maar het zijn niet alleen zijn theoretische collega's die sceptisch staan tegenover zijn ideeën. Voorlopig ontbreekt iedere experimentele bevestiging en is het zelfs niet eenvoudig om kwantitatieve voorspellingen te destilleren uit Barbours veelal kwalitatieve overwegingen. Eigenlijk is zijn theorie bij uitstek een voorbeeld van wat John Horgan in zijn boek The End of Science `ironic science' noemt: theorie die waarschijnlijk nooit op empirische gronden kan worden geverifieerd. Met `ironic' geeft Horgan aan dat ze eigenlijk niet letterlijk genomen hoeven te worden en eerder thuishoren binnen de theologie of de filosofie dan in de `harde' natuurwetenschap. Barbour: ``Ik kan me Horgans kritiek voorstellen. Maar ik ben ervan overtuigd dat zodra mijn ideeën tot een wiskundig coherente theorie zijn omgewerkt, niemand er nog omheen kan. En mijn nieuwste theorie doet wel degelijk experimenteel verifieerbare uitspraken.''

De laatste maanden heeft Barbour zich beziggehouden met de rol die lengte in de natuurkunde speelt. Samen met jonge Ierse collega's ontwikkelde hij een alternatief voor Einsteins relativiteitstheorie: ``We hebben een alternatieve zwaartekrachttheorie opgesteld die dezelfde voorspellingen doet over ons zonnestelsel en een dubbel-pulsarsysteem, maar die tot een totaal andere kosmologie leidt. We're going to live very dangerously. Volgens onze theorie dijt bijvoorbeeld het heelal niet uit, wat we waarnemen is een neveneffect van het feit dat er steeds meer structuur ontstaat in de vorm van sterrenstelsels, (neutronen)sterren of zwarte gaten. Ik verwacht dat we straks een verband zullen weten te leggen tussen de waargenomen uitdijingssnelheid van het heelal en de aantallen zwarte gaten.''

Ook in 1980 dacht Barbour dat hij – samen met zijn Italiaanse collega Bruno Bertotti – een alternatief voor de relativiteitstheorie had gevonden. Totdat iemand ontdekte dat hun formulering in die van Einstein besloten lag. ``Dat was een enorme anti-climax. We dachten geweldig werk te hebben gedaan. Ik gaf de natuurkunde op en stortte me twee jaar in de politiek. De Social Democratic Party paste precies bij me, zo'n beetje links van het midden. Je zou kunnen zeggen dat ik in 1983 gered ben door de eclatante verkiezingsoverwinning van Margaret Thatcher.''

En dus wierp Barbour zich weer volledig op zijn natuurkundige theorieën. Dat resulteerde in een boek Absolute or Relative Motion?, over de geschiedenis van de dynamica en mechanica van de Klassieke Oudheid tot Newton. Een tweede deel is al verscheidene keren aangekondigd, maar is pas voor driekwart af. Barbour: ``Ik wilde eerst eens zien of ik een bestseller kon schrijven. Het leek me dat een boek waarin beweerd wordt dat tijd niet bestaat goed zou verkopen, zeker als het vlak voor het einde van het millennium verschijnt.'' De eerste oplage van 20.000 exemplaren van The End of Time is grotendeels uitverkocht, de pocketuitgave staat voor maart gepland en Barbour krijgt veel aandacht op radio en tv. Nog nooit ontving New Scientist, dat op 16 oktober een samenvatting van het boek publiceerde, zo veel verzoeken om reprints. En als zijn nieuwe theorie nu onverhoopt toch weer zou worden ontkracht? Barbour: ``Ik maak me daar niet zoveel zorgen meer om. Natuurlijk zou ik teleurgesteld zijn, niet voor mijn ego, maar omdat ik dan niet meer met jonge, veelbelovende wetenschappers aan deze problemen kan werken.''