Tijd en licht

Een excursie naar twee alledaagse, maar slecht begrepen fenomenen

Iedereen weet intuïtief wat tijd is maar probeer het eens uit te leggen aan iemand die dat begrip niet kent. Dat besefte Augustinus al in het jaar 430. Tijd meten we via verandering maar de mate van verandering meten we dan weer met de tijd die daarvoor nodig is. In het Newtoniaanse model van het universum heeft de tijd geen richting. De tijd in de klassieke mechanica kan zonder probleem omgekeerd worden. Toch ervaren wij verleden en toekomst als niet verwisselbaar. 

Stefan Boltzmann, de man die het begrip entropie definieerde als de mate van wanorde in een systeem, besefte dat wij de richting van de tijd ervoeren als die waarin de entropie toeneemt. Maar in elk Newtoniaans systeem zullen altijd uiterst sporadisch spontaan momenten van afnemende entropie plaatsvinden. De vraag is dan of wij een omkering van de richting van de tijd zullen ervaren. 

Ook licht is bij nadere beschouwing raadselachtig. Newton hield het op kleine gekleurde balletjes en zijn tijdgenoot Huygens op golven. Eigenlijk hebben ze allebei gelijk en ongelijk gekregen. Maxwell laat zien dat licht een elektromagnetisch verschijnsel is en zich golfvormig voortplant maar Planck en Einstein introduceren het kwantum van licht- het foton - zodat we nog steeds met een dualistisch beeld zitten. Bij nadere bestudering blijken Maxwell’s elektromagnetische vergelijkingen, die golven met constante snelheid in vacuüm voorspellen, niet meer op te gaan in het atomaire domein. Dat is iets wat knaagt aan de basis van de relativiteit van Einstein en de oorzaak moet zijn van de onverenigbaarheid van Einsteins gravitatietheorie en de kwantummechanica. Bij de pogingen om die twee verenigen, kwantumgravitatie, valt de tijd uit de vergelijkingen.  

Uit geavanceerde dubbelspleetexperimenten blijkt dat fotonen alleen zouden mogen bestaan op het moment van registratie. Onderweg bestaan ze niet. Hoe komt het dan dat we een snelheid aan fotonen kunnen toekennen? Wat heeft dat voor impact op onze ervaring van tijd? 

Opsomming onderwerpen per college: 
College 1: Wat is licht? 
College 2: Filosofen en fysici over tijd 
College 3: De pijl van de tijd. Entropie 
College 4: Het einde van de tijd 
College 5: De samenhang tussen licht en tijd