Een citaat dat vaak ten onrechte wordt toegeschreven aan Albert Einstein, maar feitelijk wordt toegeschreven aan sciencefictionschrijver Ray Cummings – ‘Tijd is wat ervoor zorgt dat alles niet tegelijk gebeurt’ – wordt nog steeds beschouwd als de meest beknopte samenvatting van een van de meest fundamentele eigenschappen van het universum. Voor Newton verstrijkt de tijd uniform buiten de materiële wereld; terwijl Einsteins relativiteitstheorie aantoont dat tijd onlosmakelijk verbonden is met de ruimte en zal uitzetten en inkrimpen onder invloed van versnelling en zwaartekracht.Na deze twee theorieën blijft een sleutelvraag onbeantwoord: wat verhindert dat alles tegelijkertijd gebeurt?

Met dit doel voor ogen koos Giovanni Barontini, een natuurkundige aan de Universiteit van Birmingham in Groot-Brittannië, ervoor om “terug te gaan naar het startpunt” en een gloednieuw micro-universum in het laboratorium te “creëren” om te observeren hoe de tijd helemaal opnieuw werd “geboren”. Het universum dat hij construeerde is natuurlijk veel eenvoudiger dan het universum waarin we leven, en bestaat uit slechts ongeveer 24.000 rubidiumatomen. De atomen werden afgekoeld tot extreem lage temperaturen, dichtbij het absolute nulpunt, en werden gedwongen dezelfde kwantumtoestand te delen, waardoor een zogenaamd Bose-Einstein-condensaat ontstond. Vervolgens werd deze gecondenseerde materie kunstmatig in twee delen verdeeld: het ene deel kon rechtstreeks door instrumenten worden gemeten, en het andere deel bleef "donker" en geïsoleerd van externe waarnemingen.

In dit systeem liet het onderzoeksteam toe dat het ‘geïsoleerde universum’ een expansie-achtige evolutie onderging, en tegelijkertijd liet het kwantumgolven heen en weer pendelen tussen de twee ‘subuniversums’. Door dit proces verkreeg Barontini een experimenteel model dat voldoende analoog was aan het echte universum om een ​​controversieel maar aantrekkelijk theoretisch raamwerk te testen. Dit model komt overeen met het zogenaamde 'Wheeler-DeWitt-raamwerk' in de natuurkunde, dat probeert de algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica wiskundig te verenigen, waarbij alles wordt behandeld als onderdeel van de algemene golffunctie - inclusief niet alleen materie en ruimte, maar ook de tijd zelf.

In de traditionele ervaring zijn we eraan gewend om de tijd te behandelen als een externe ‘klok’, alsof alle gebeurtenissen in het universum op één lijn staan ​​om op de schaal van deze klok te gebeuren. Barontini's experiment biedt een ander perspectief: de tijd kan volledig worden gedefinieerd door veranderingen binnen een gesloten systeem, zonder enige externe klok. In een notitie gepubliceerd door de Universiteit van Birmingham merkte hij op dat dit onderzoek het eerste is dat in een gecontroleerd experiment aantoont dat 'tijd' kan worden begrepen als een product van veranderingen in de interne toestand van een systeem, in plaats van als een onafhankelijke grootheid waarvan we denken dat die extern tikt. Dit perspectief levert nieuw bewijs voor de aard van tijd in de kwantumzwaartekrachttheorie, wat suggereert dat in sommige gevallen het gebruik van "interne tijd" om systeemevolutie te beschrijven net zo geldig kan zijn als de traditionele "externe tijd".

Binnen het Wheeler-DeWitt raamwerk zijn ‘voor’ en ‘na’ niet langer absolute tijdlabels, maar attributen die op natuurlijke wijze voortkomen uit de evolutie van de mate van wanorde binnen het systeem. In dit experiment kan deze stoornis – bekend als entropie – worden gezien als een wiskundige beschrijving van het geleidelijke ‘verlies’ van kwantuminformatie naarmate het universum uitdijt. Door herhaaldelijk de kenmerken te meten van dit ‘mini-universum’ van koude rubidiumatomen terwijl het uitbreidde en samentrok, kon Barontini een ordelijke ‘opeenvolging van gebeurtenissen’ voor deze veranderingen vaststellen. Deze reeks vertoont een richting die vergelijkbaar is met de "tijd" in onze intuïtie: het stroomt in één richting in de richting van de entropietoename, en zal "sneller" of "langzamer" worden met de snelheid van de entropieverandering.

De huidige kosmologische modellen vertonen nog steeds ernstige hiaten in het beschrijven van de relatie tussen macroscopische zwaartekracht en de microscopische kwantumwereld, waardoor we vrijwel geen begrip hebben van de ware mechanismen in een zwart gat of van de details van de eerste momenten van de oerknal. Het ‘miniatuuruniversum’ gebouwd door het team van Barontini biedt onderzoekers een ongekend experimenteel platform, waardoor ze het gedrag van ‘tijd’ in het kwantumzwaartekrachtraamwerk in een gecontroleerde omgeving direct kunnen onderzoeken. Verwacht wordt dat experimenten met mini-universums als deze geleidelijk aan zullen onthullen waarom de tijd in een uitdijend heelal in één richting verschijnt, en waarom we geen reden hebben om ons zorgen te maken dat 'alles al is gebeurd'.

De relevante resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift "Physical Review Research", met de Universiteit van Birmingham als belangrijkste publicatie-eenheid, en de onderzoeksinhoud is ook op feiten gecontroleerd door onafhankelijke wetenschappelijke redacteuren. Dit werk biedt niet alleen experimentele ondersteuning voor filosofische debatten over de aard van tijd, maar biedt ook een nieuwe manier van denken voor de toekomstige constructie van een uniforme kwantumzwaartekrachttheorie, begrip van de oorsprong van het universum en extreme astrofysische verschijnselen.

leer meer:

https://www.birmingham.ac.uk/news/2026/scientist-creates-miniuniverse-to-measure-time-without-a-clock

https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/1h9j-df4k