Je ervaring met tijd kan achteruit gaan vanuit de rest van het universum

De stroom van tijd in de ene richting is zo intuïtief, zo onveranderlijk dat we het als vanzelfsprekend beschouwen. Dingen vallen niet op; gebroken stukken worden niet opnieuw samengesteld; mensen worden ouder, dus het gaat. Toch blijft de tijd een mysterie. Fysica-vergelijkingen lijken geen voorkeur te hebben voor tijd-directionaliteit - zoals palindromen werken ze even goed in beide richtingen. Inderdaad, fysieke processen op microscopisch niveau worden verondersteld feitelijk "tijdsymmetrisch" te zijn, en geen enkele fysieke wet houdt in dat tijd niet in de tegenovergestelde richting kan stromen. Dus - misschien wel?

Ludwig Boltzmann was de eerste persoon die op de plaat stond en kwam met een tamelijk solide reden voor tijd met een gerichtheid op macroscopisch niveau. Daarbij sloot de fysicus en filosoof uit Wenen een aantal van de grootste geesten van de 19e eeuw af. Hij bouwde voort op de ideeën van Nicolas Léonard Sadi Carnot, de Franse ingenieur, wiens werk in warmteoverdracht in eerste instantie het gedrag van stoommachines beschrijft.

Carnot was in het Franse leger onder Napoleon toen ze verloren aan de Britten. Hierna was er een zekere rivaliteit tussen de twee naties, niet de enige keer dat dit gebeurde. Concreet waren de Fransen boos dat de Britten zo ver vooruit waren in de stoommachentechnologie, dankzij mensen als James Watt in de vorige eeuw. Dus Carnot sprong in de race en beschreef een theoretische motor. De motor van Carnot was een perfect efficiënte motor die, natuurlijk, niet bestaat, maar zeer nuttig is om over deze concepten na te denken.

Wat Carnot zich realiseerde is dat een perfect efficiënte motor omkeerbaar is. Zolang u geen energie verliest aan warmte, kunt u het zo veel mogelijk zonder verlies naar voren of naar achteren uitvoeren. Maar zodra de motor niet perfect efficiënt is, als hij zelfs maar een klein beetje warmte verliest, dan kun je dat proces niet meer terugdraaien. Je hebt een deel van de energie voor altijd verloren als warmte. Dit is een beetje alsof je zegt dat je nooit een imaginaire eenhoornmotor kunt gebruiken die nul sum-entropie heeft, maar je kunt nooit negatieve entropie krijgen. En in de meeste echte gevallen zul je alleen maar positieve entropie krijgen (hoewel dit woord op dat moment niet bestond).

De ideeën van Carnot werden later gecodificeerd en gemaakt om van toepassing te zijn op de natuur in het algemeen door Rudolf Clausius, de Duitse natuurkundige die het concept van entropie en daarmee de grondbeginselen van de thermodynamica verwierf. Geen van deze mannen kon de tijd uitleggen met dit concept, dat uiteindelijk bekend werd als de Tweede Wet van de Thermodynamica. Maar Boltzmann, die later in de eeuw werkte, had een voordeel boven hen. Hij geloofde namelijk in atomen.

Atoomtheorie was niet wijd onderschreven in de tijd van Boltzmann. Chemici gaven de voorkeur aan de theorie omdat het berekeningen eenvoudiger maakte, maar het leek niet zoveel steun te hebben in andere disciplines. Met behulp van de atoomtheorie beschrijven de natuurwetten moeiteloos onze wereld, omdat ze niet hoeven te worden gepostuleerd, maar eenvoudig kunnen worden afgeleid. (Hitte is simpelweg de beweging van atomen, bijvoorbeeld.) Hoewel hij intens worstelde om zijn ideeën in die tijd te bewijzen, toonde Boltzmann uiteindelijk aan dat entropie een maat is voor het aantal manieren waarop de atomen waaruit een object is samengesteld, kunnen interageren - een 'stoornis' van het ding, zoals we het terloops benaderen. Wat nog belangrijker is, hij toonde aan dat entropie gerichtheid heeft, in tegenstelling tot andere dingen in het universum. Hij schreef:

"De algemene strijd om het bestaan ​​van levende wezens is geen strijd voor grondstoffen, deze voor organismen zijn lucht en grond, overvloedig beschikbaar, noch voor energie die overvloedig aanwezig is in de zon en elk heet lichaam in de vorm van warmte, maar eerder een strijd voor entropie, die beschikbaar wordt door de overgang van energie van de hete zon naar de koude aarde."

Deze richting is zodanig dat entropie begon als een lage waarde aan het begin van het universum (om onbekende redenen) en neemt voortdurend toe naarmate het universum ouder wordt. De reden hiervoor is blijkbaar omdat er zoveel meer manieren zijn waarop atomen met elkaar omgaan als ze zich verspreiden. Het is waar dat elk fysiek proces op microscopisch niveau in beide richtingen kan (en waarschijnlijk ook gebeurt), maar omdat er simpelweg zoveel meer mogelijkheden zijn voor atomaire interacties (vooral als ze zich verspreiden en minder geordend worden), is het ver, ver waarschijnlijker dat dingen minder geordend zullen worden. Kortom, als elk atoom zijn geordende interactie verbreekt, heeft het potentieel honderden andere interacties om uit te kiezen, en die keuzes vermenigvuldigen zich alleen als andere atomen hun interacties verbreken. De kans dat een atoom teruggaat naar waar het was, is heel, heel laag. Entropie gaat daarom van laag naar hoog als het universum veroudert.

In tegenstelling tot andere fysieke processen betekent dit dat entropie een specifieke richting heeft. En dat, zegt Boltzmann, is waar de pijl van de tijd vandaan komt. Omdat dingen de neiging hebben zich in de ene richting te bewegen en niet de andere (zelfs als ze in beide richtingen kunnen bewegen), ervaart ons universum directionaliteit. Alleen al het feit dat een gebroken glas slechts een oneindig kleine kans heeft om opnieuw te monteren, betekent dat er op macroscopisch niveau geen symmetrie is. Tijd is het verschil tussen de ene staat en de andere in ons universum. Dus de reden dat je kunt beslissen wat je vanavond en niet gisteren moet eten, is dat entropie de staat van het universum tussendoor heeft herzien. De middelen die gisteren bestonden, bestaan ​​niet meer en hebben tot vandaag geleid. Het is net zoiets als zeggen dat elk moment het vervalproduct van de vorige is. Dus op een rare manier geeft waarschijnlijkheid tijd.

Maar overweeg nu het leven. Een groot deel van wat het leven definieert, is de neiging om entropie te weerstaan. Dus terwijl alles in het universum van lagere naar hogere entropie overgaat, doen levende wezens het tegenovergestelde: we weerstaan ​​evenwicht en bouwen complexiteit - wat in de eenvoudigste fysieke zin over het dwingen van moleculen om op minder manieren te interageren. Merk op dat dit niet betekent dat we de tweede wet overtreden: zolang andere elementen in het systeem de gelokaliseerde reducties compenseren, neigt het hele systeem nog steeds naar hogere entropie. Elke dag dat onze cellen en organellen zichzelf bouwen en repareren, tarten we het primaire kenmerk van fysieke materie dat ons een referentiepunt geeft voor de mars van de tijd vooruit.

Dus als Boltzmann gelijk had en de tijd bestaat door deze entropische verandering, dan is onze waarneming van het verstrijken van de tijd misschien het tegenovergestelde van al het andere in het universum. De tijd dat je sterft is in de toekomst, maar je moleculen zullen het amper opmerken. Ze zullen geen binding meer hebben met zuurstof.

Toch is tijd relatief. We zijn overeengekomen dat onze bewegingsrichting er doorheen "vooruit" is, maar dit is, laten we eerlijk zijn, willekeurig. Ten opzichte van iets anders in het universum, misschien is dit achterstevoren. Dus het 'begin van het universum' kan in feite het einde ervan zijn. Dit betekent dat entropie hoog begon te worden en kleiner wordt. Dat betekent dat je scheel kijkt, alles samenvoegt, maar dat alles nog steeds werkt, precies net achterstevoren van wat we denken dat er aan de hand is. Het is moeilijk om je voor te stellen hoe dit eruit zou kunnen zien.

Wat als alles dan werd omgedraaid en omgekeerd? Wanneer we een horloge bouwen om het verstrijken van de tijd te volgen dat de seconden telt, kan de rest van het universum een ​​aftelling zien. Wat op een zonsopgang in het oosten lijkt en een zonsondergang in het westen zou een omkering van de omwenteling van de aarde zijn ten opzichte van het perspectief van andere hemellichamen. En de Infinity War waar we naartoe racen is al gebeurd. We zijn als kleine blips in het tijdcontinuüm dat alle waarden omkeert en alleen de tijd waarneemt die vooruitgaat omdat eonen geleden de biologie fysica hackde.

Uiteindelijk zou mijn suggestie hier kunnen neerkomen op semantiek. Als tijd echt het verschil is tussen de ene staat en de andere, dan is 'tijd' zoals wij die kennen, slechts onze ervaring van de verandering, maar die verandering vindt plaats. Het toewijzen van een richting is een beetje willekeurig. En bovendien, zelfs al zijn we misschien de manifestatie van een omkering in entropie, is er geen voor de hand liggende reden om aan te nemen dat dit feit onze perceptie van de richting van andere veranderingen zou beïnvloeden. Het zou mogelijk moeten zijn om gemaakt te zijn van het tegenovergestelde van al het andere - dat wil zeggen om te leven - en nog steeds de voorwaartse richting op te merken in de manier waarop dingen veranderen.

Het concept van de 'illusie van tijd' is niet echt relevant voor de natuurkunde, omdat het duidelijk is dat tijd stevig bestaat in de vergelijkingen. Wiskunde is hier niet dubbelzinnig over. De perceptie van tijd ligt echter meer in het domein van de neurowetenschap (hoewel het in feite onmogelijk is om te testen, waardoor dit voorlopig niet meer is dan een fancy gedachte-experiment). Op dezelfde manier dat je brein het feit negeert dat je je neus altijd kunt zien, kan er ook een soort verwerking zijn die onze perceptie van tijd filtert.

In ieder geval is het idee dat ons gevoel en ervaringen van "dingen die veranderen" achterwaarts ligt van wat elk levenloos object zou kunnen ervaren, als het iets zou kunnen ervaren, een intrigerende, al was het maar een gedachte-experiment. Het begint precies het idee van de tijd aan te nemen, dat misschien gewoon een chique woord is voor 'dingen die gebeuren'. Zolang er iets om je heen gebeurt, kun je er zeker van zijn dat je in de toekomst aankomt, in welke richting dat je het vindt.