Bestaat tijd wel echt? Van verstrengelde atomen tot zwarte gaten als kosmische klokken

Nieuwe experimenten met kwantumklokken en zwarte gaten voeden het idee dat tijd geen fundament van de werkelijkheid is, maar een illusie die wij zelf creëren.

We leven bij de gratie van de klok, maar de fundamentele natuurkunde weet opvallend weinig over waarom tijd überhaupt stroomt. In de vergelijkingen van Einstein en de kwantummechanica is “nu” nergens te vinden – steeds meer fysici vermoeden dat tijd geen harde bouwsteen van de werkelijkheid is, maar een illusie die uit iets diepers opduikt.

In de jaren tachtig kwamen Don Page en William Wootters met een radicale gedachte: zie het heelal als één gigantische, tijdloze kwantumgolf, waarin alle mogelijke toestanden tegelijk liggen opgeslagen. Pas als je die opsplitst in twee delen – een “universum” en een “klok” – ontstaat er iets dat op tijd lijkt. De twee helften zijn kwantumverstrengeld: de toestanden van de klok corresponderen met de toestanden van de rest. Wie naar de klok kijkt, ziet een reeks veranderingen en ervaart dat als een stroom van tijd, ook al is het geheel in principe stilgezet.

Lang bleef dit een elegante maar ontestbare gedachte-exercitie. Dat verandert nu. In 2024 bouwde de Italiaanse natuurkundige Paola Verrucchi een model waarin een “klok” van minimagneten verstrengeld is met een kwantumsysteem dat zich gedraagt als een veer. Van buitenaf lijkt het systeem bevroren, maar relatief ten opzichte van de klok rekt en krimpt de veer in een volgorde van toestanden die zich laat beschrijven met de gewone bewegingsvergelijkingen uit de natuurkunde. Met andere woorden: de bekende wetten kun je afleiden uit een fundamenteel tijdloos universum waarin tijd alleen als relatie bestaat.

Tegelijkertijd werken andere groepen aan de fysica van echte klokken. Onderzoekers rond Marcus Huber laten zien dat elke klok een thermodynamische prijs betaalt: hoe nauwkeuriger en sneller een klok tikt, hoe meer entropie (warmte) ze moet produceren. In het quantumdomein is dat geen detail, maar een harde grens: perfecte tijdmeting is principieel onmogelijk.

Verrucchi zet nog een stap verder en suggereert dat zwarte gaten de ultieme klokken van het heelal zouden kunnen zijn. Ze zijn extreem energierijk, vrijwel volledig geïsoleerd, maar via Hawkingstraling toch kwantumverstrengeld met hun omgeving – precies de drie voorwaarden voor een ideale Page‑Wootters‑klok. In recente theoretische modellen blijkt een zwart gat zich inderdaad te gedragen als een bijna perfecte klok, waarvan de “tikken” versleuteld zijn in de thermodynamica en informatie-inhoud van de uitgestraalde deeltjes.i​

Als tijd niet fundamenteel is, waar komt dan onze 'tijd' vandaan? Veel natuurkundigen keken naar de tweede hoofdwet van de thermodynamica: entropie neemt toe, kastelen vallen eerder in puin dan dat ze spontaan herrijzen. Verrucchi wijst op iets nog onverbiddelijkers: de kwantummetingen zelf. Voor de meting zweeft een deeltje in een wolk van mogelijkheden, na de meting is er één onomkeerbare uitkomst – een vastgelegd “nu” dat niet terug te draaien is.

In die visie is de pijl van de tijd simpelweg het spoor van alle metingen dat in het universum wordt achtergelaten. Elke interactie, elke registratie, elke keer dat wij op de klok kijken, schrijft een nieuw onherroepelijk frame bij in de kosmische flipboek-animatie. Misschien zijn we dus niet alleen gevangenen van de tijd, maar de makers ervan.