Pagina 9 van 22

7. Relativiteitstheorie

Wat is tijd?

Het idee van tijd en ruimte heeft het menselijke denken gedurende duizenden jaren beziggehouden. Deze zaken zijn op het eerste gezicht eenvoudig en gemakkelijk te begrijpen, omdat ze zo dicht bij de dagelijkse ervaring staan. Alles bestaat in tijd en ruimte. Ze komen dus over als vertrouwde begrippen. Wat vertrouwd is, wordt echter nog niet noodzakelijk begrepen. Bij nader onderzoek is het niet zo eenvoudig om te begrijpen wat tijd en ruimte zijn. In de 5e eeuw merkte Sint Augustinus op: “Wat is tijd? Indien niemand het mij vraagt, weet ik wat tijd is. Indien ik het wil uitleggen aan degene die het mij gevraagd heeft, weet ik het niet.” Het woordenboek biedt hier niet veel hulp. Tijd wordt gedefinieerd als een ‘periode’, en een periode wordt gedefinieerd als ‘tijd’. Hiermee komen we niet erg ver! In werkelijkheid is het wezen van tijd en ruimte een erg ingewikkeld filosofisch probleem.

De mens maakt duidelijk een onderscheid tussen het verleden en de toekomst. Een tijdsgevoel is echter niet uniek voor de mens, zelfs niet voor dieren. Organismen hebben vaak een soort van ‘ingebouwde klok’, zoals planten die zich overdag in een bepaalde richting draaien en ‘s nachts in een andere. Tijd is een objectieve uitdrukking van de veranderende toestand van materie. Dit wordt zelfs duidelijk door de manier waarop we erover praten. Het is gewoon om te zeggen dat de tijd ‘loopt’. De keuze van de metafoor toont aan dat tijd onafscheidbaar is van materie. Het is niet alleen een subjectieve zaak. Het is de manier waarop we een reëel proces uitdrukken dat bestaat in de fysieke wereld. Tijd is dus enkel een uitdrukking van het feit dat alle materie bestaat en voortdurend verandert. Het is het lot en de noodzaak van alle materiële zaken om in iets anders te veranderen dan wat ze zijn. “Alles wat bestaat verdient om te verdwijnen.”

Een gevoel van ritme ligt aan de basis van alles: de hartslag van de mens, het ritme van de spraak, de beweging van sterren en planeten, het op-en neergaan van het tij, de verandering van de seizoenen. Alle zijn ze diep geworteld in het menselijk bewustzijn, niet als willekeurige inbeeldingen, maar als reële fenomenen die een diepe waarheid uitdrukken over het universum. Hier is de menselijke intuïtie niet verkeerd. Tijd is een manier om een verandering van toestand en beweging uit te drukken, een onafscheidbaar kenmerk van materie in al haar vormen. In de taal hebben we tijd: toekomst, heden en verleden. Deze geweldige verworvenheid van de geest stelde de mensheid in staat om zich te bevrijden van de slavernij van het ogenblik, om zich te verheffen boven de concrete situatie en niet alleen ‘aanwezig’ te zijn in het hier en nu, maar ook in het verleden en in de toekomst, geestelijk althans.

Tijd en beweging zijn onafscheidbare begrippen. Ze zijn essentieel voor al het leven en alle kennis van de wereld, met inbegrip van elke gedachte of alle verbeelding. Meting, de hoeksteen van elke wetenschap, zou onmogelijk zijn zonder tijd en ruimte. Muziek en dans zijn gebaseerd op tijd. Kunst op zich probeert een gevoel van tijd en beweging over te brengen, wat niet alleen aanwezig is in afbeeldingen van fysieke energie, maar ook in vormgeving. De kleuren, vormen en lijnen van een schilderij doen het oog in een bepaald ritme en tempo over de oppervlakte glijden. Dit is wat aanleiding geeft tot een bepaalde stemming, idee of gevoel die door het kunstwerk wordt opgeroepen. Tijdloosheid is een woord dat vaak gebruikt wordt om kunstwerken te beschrijven, maar in feite drukt het net het tegenovergestelde uit van wat bedoeld wordt. We kunnen ons de afwezigheid van tijd niet voorstellen, omdat tijd aanwezig is in alles.

Er is een verschil tussen tijd en ruimte. Ruimte kan ook verandering uitdrukken, een verandering van plaats. Materie bestaat en beweegt door de ruimte. Maar het aantal manieren waarop dit kan gebeuren is oneindig: naar voren, achteruit, op en neer, in elke richting. Beweging in de ruimte is omkeerbaar. Beweging in de tijd is onomkeerbaar. Het zijn twee verschillende (en inderdaad tegenstrijdige) manieren om dezelfde fundamentele eigenschap van materie uit te drukken: verandering. Dit is het enige Absolute dat er bestaat.

Ruimte is het ‘anders zijn’ van materie, om het in de woorden van Hegel te zeggen, terwijl tijd het proces is waarbij materie (en energie, wat hetzelfde is) voortdurend verandert in iets anders dan wat het is. Tijd, “het vuur waarin we allen worden verteerd”, wordt gewoonlijk gezien als een vernietigende speler. Maar het is eveneens de uitdrukking van een permanent proces van zelfschepping, aangezien materie voortdurend wordt omgezet in een eindeloos aantal vormen. Dit proces kan heel duidelijk worden waargenomen bij anorganische materie, in het bijzonder op het subatomaire niveau.

De notie van verandering, zoals uitgedrukt in het voorbijgaan van de tijd, is diep doorgedrongen in het menselijk bewustzijn. Het is de basis van het tragische element in de literatuur, het gevoel van droefheid bij het voorbijgaan van het leven. Dit komt het mooist tot uiting in de sonnetten van Shakespeare, zoals het volgende dat een levendig gevoel opwekt van de rusteloze beweging van de tijd:

“Like as the waves make toward the pebbled shore,
So do our minutes hasten to their end;
Each changing place with that which goes before,
In sequent toil all forward do contend.” (Sonnet 60)

[“Zoals de golven rollen naar de kust vol keien,
spoeden ook onze minuten zich naar hun einde;
Iedere minuut ruilt de plaats met die ervoor,
in opeenvolgend labeur strijden allen voorwaarts”]

De onomkeerbaarheid van de tijd geldt niet alleen voor levende wezens. Niet enkel mensen, maar ook sterren en melkwegen worden geboren en verdwijnen. Alles ondergaat verandering, maar niet alleen in negatieve zin. Naast de dood staat het leven, en orde ontstaat spontaan uit chaos. De twee zijden van de tegenstelling zijn onafscheidelijk. Zonder de dood zou het leven zelf onmogelijk zijn. Iedere man en vrouw is zich niet alleen bewust van zichzelf, maar ook van de negatie van zichzelf, zijn of haar limiet. We komen uit de natuur en gaan terug naar de natuur.

Stervelingen begrijpen dat hun leven als eindige wezens eindigt met de dood. Zoals het boek Job ons doet herinneren: “De mens, uit de vrouw geboren, is er voor enkele dagen vol zorgen. Hij bloeit als een bloem en wordt afgeknipt; hij vlucht ook als een schaduw en is niet eeuwig”.^[89] Dieren vrezen de dood niet op dezelfde manier als de mens omdat ze niet weten wat het is. De mens heeft geprobeerd aan zijn lot te ontsnappen door een bevoorrechte band te scheppen met een ingebeeld bovennatuurlijk bestaan na de dood. Het idee van het eeuwige leven is op de een of andere manier aanwezig in zowat alle godsdiensten. Het is de motiverende kracht achter de zelfingenomen dorst naar een denkbeeldige onsterfelijkheid in een niet-bestaande Hemel, die troost zou moeten bieden voor het ‘tranendal’ in deze zondige wereld. Eeuwenlang werden mannen en vrouwen op die manier geleerd om zich volgzaam te onderwerpen aan lijden en ontbering op aarde, met het uitzicht op een leven vol geluk... na de dood.

Dat iedereen doodgaat is bekend. In de toekomst zal een mensenleven heel wat langer zijn dan zijn ‘natuurlijke’ duur, maar ook dan zal er een einde aan komen. Maar wat geldt voor bepaalde mannen en vrouwen, geldt niet voor de soort. We leven verder via onze kinderen, in de herinnering van onze vrienden en in de bijdrage die we leveren aan de mensheid. Dit is de enige vorm van onsterfelijkheid die we kunnen ambiëren. Generaties verdwijnen en worden vervangen door nieuwe generaties die het terrein van de menselijke activiteit en kennis uitbreiden en verrijken. De mensheid kan de aarde veroveren en zijn handen uitreiken naar de hemel. De echte zoektocht naar onsterfelijkheid uit zich via dit eindeloze proces van menselijke ontwikkeling en perfectie, naarmate de mens zich op een hoger niveau tilt. Het hoogste doel dat we ons kunnen stellen is dus niet te verlangen naar een denkbeeldig paradijs in het hiernamaals, maar om de strijd te voeren voor sociale omstandigheden die het echt mogelijk maken te bouwen aan een paradijs in deze wereld.

Vanaf onze eerste ervaringen zien we het belang in van tijd. Het is dus verbazingwekkend dat sommige mensen denken dat tijd een illusie is, louter een uitvinding van de geest. Dit idee bestaat tot op vandaag. Het idee dat tijd en verandering slechts illusies zijn, is in feite niet nieuw. Het is aanwezig in oude religies zoals het boeddhisme, en ook in idealistische filosofieën zoals die van Pythagoras, Plato en Plotinus. Het hoogste doel van het boeddhisme is het bereiken van het Nirvana, een toestand waarin de tijd niet langer bestaat. Het was Heraclitus, de vader van de dialectiek, die de natuur van tijd en verandering juist begreep, toen hij schreef dat “alles is en is niet, want alles is in een toestand van verandering” en “we stappen en stappen niet in dezelfde stroom, we zijn en we zijn niet.”

Het idee van cyclische verandering is het gevolg van een agrarische maatschappij die volledig afhankelijk is van de verandering van de seizoenen. De statische manier van leven die geworteld zit in de productiewijze van vroegere samenlevingen, kwam tot uitdrukking in statische filosofieën. De Katholieke Kerk kon de kosmologie van Copernicus (1473-1543) en Galilei (1564-1642) niet aanvaarden, omdat ze de bestaande kijk op de wereld en de samenleving in twijfel trok. In de kapitalistische maatschappij heeft de ontwikkeling van de industrie de oude, trage ritmen van het boerenleven ontwricht. Niet alleen bestaat er geen verschil tussen de seizoenen in de productie, maar zelfs het verschil tussen dag en nacht is opgeheven aangezien machines 24 uur per dag, zeven dagen per week en 52 weken per jaar draaien in verlichte fabriekshallen. Het kapitalisme heeft een revolutie teweeggebracht in de productiemiddelen, en als gevolg daarvan ook in de geest van de mens. Dit laatste gaat echter veel trager dan het eerste. Dat de geest conservatief is, blijkt uit de voortdurende poging om vast te houden aan voorbijgestreefde ideeën, aan oude zekerheden en uiteindelijk aan de eeuwenoude hoop op een leven na de dood.

Het idee dat het universum een begin en een einde heeft, werd in de afgelopen decennia nieuw leven ingeblazen door de kosmologische theorieën van de big bang. Ze brengen onvermijdelijk een bovennatuurlijk wezen met zich mee dat volgens een ondoorgrondelijk plan de wereld uit het niets schept en die draaiende houdt net zolang Hij het nodig acht. Het is niet te geloven dat de oude religieuze kosmologie van Mozes, Isaiah, Tertulliaan en Plato’s Timaeus opnieuw opduiken in de geschriften van sommige moderne kosmologen en theoretische fysici. Daar is echter niets nieuws aan. Elk sociaal systeem dat in een fase treedt van onomkeerbaar verval, stelt zijn eigen ondergang steeds voor als het einde van de wereld, of nog beter, van het universum. Het universum blijft echter bestaan, onafhankelijk van het lot van een of ander tijdelijk sociaal stelsel op aarde. De mensheid blijft verder leven, vechten en, ondanks alle tegenspoed, groeien en vooruitgaan. Zo vertrekt iedere periode vanuit een hoger niveau dan de voorgaande. In principe zijn er geen grenzen aan dit proces.

Tijd en filosofie

De oude Grieken hadden in feite een dieper inzicht in de betekenis van tijd, ruimte en beweging dan heel wat hedendaagse denkers. Niet alleen Heraclitus, de grootste dialecticus van de Oudheid, maar ook de Eleatische filosofen (Parmenides, Zeno) kwamen tot zeer wetenschappelijke inzichten in deze fenomenen. De Griekse atomisten hadden het reeds over een universum dat geen schepper nodig heeft, dat geen begin en geen einde kent. Ruimte en materie worden meestal gezien als tegengestelden, zoals blijkt uit de begrippen ‘vol’ en ‘leeg’. In de praktijk echter kan het ene niet bestaan zonder het andere. Ze vooronderstellen, bepalen, begrenzen en definiëren elkaar. De eenheid van ruimte en materie is de meest fundamentele eenheid van tegengestelden die er is. Dit werd reeds begrepen door de Griekse atomisten, die zich het universum voorstelden als iets wat samengesteld is uit twee zaken: ‘atomen’ en ‘leegte’. In essentie is deze kijk op het universum correct.

In de geschiedenis van de filosofie dook dikwijls relativisme op. De sofisten beweerden dat “de mens de maat is van alle dingen.” Zij waren relativisten par excellence. Ze ontkenden dat er een absolute waarheid was en neigden naar extreem subjectivisme. De sofisten hebben vandaag een slechte naam, maar in feite betekenden ze een stap vooruit in de geschiedenis van de filosofie. Hoewel ze veel kwakzalvers in hun rangen telden, hadden ze ook een aantal getalenteerde dialectici zoals Protagoras. De dialectiek van het sofisme was gebaseerd op het juiste idee dat de waarheid veelzijdig is. Een zaak kan over vele eigenschappen beschikken. We moeten in staat zijn een gegeven fenomeen vanuit verschillende hoeken te bekijken. Voor de niet-dialectische denker is de wereld een heel eenvoudige plaats, samengesteld uit dingen die afzonderlijk van elkaar bestaan, het ene naast het andere. Elk ‘ding’ kent een vast bestaan in tijd en ruimte. Het staat ‘hier’ en ‘nu’ voor mij. Wanneer we dit van dichtbij bekijken, wordt duidelijk dat deze eenvoudige en vertrouwde woorden in feite eenzijdige abstracties zijn.

Aristoteles hield zich met uiterste nauwkeurigheid en diepgang bezig met tijd, ruimte en beweging. Hij schreef dat slechts twee zaken onvernietigbaar waren: tijd en verandering, die hij terecht als identiek beschouwde:

“Het is onmogelijk om beweging te scheppen of te vernietigen; ze moet altijd hebben bestaan. Noch kan tijd ontstaan of ophouden te bestaan; want er kan geen ‘voor’ of ‘na’ zijn indien er geen tijd is. Verder is beweging ook continu in dezelfde zin als tijd, want tijd is ofwel hetzelfde als beweging ofwel een kenmerk ervan; dus moet beweging net als de tijd continu zijn en zodoende moet het lokaal en circulair zijn.” Elders stelt hij dat “beweging noch kan ontstaan noch ophouden te bestaan; noch kan tijd ontstaan noch kan ophouden te bestaan”.^[90]

Hoeveel wijzer waren de grote denkers van de Oudheid dan diegenen die vandaag zonder verpinken schrijven over ‘het begin van de tijd’!

De Duitse idealistische filosoof Emmanuel Kant was de man die na Aristoteles het vraagstuk van de aard van tijd en ruimte ten volle onderzocht, ook al waren zijn oplossingen uiteindelijk onbevredigend. Elk materieel ding is een verzameling van vele eigenschappen. Indien we al deze concrete eigenschappen wegnemen, blijven slechts twee abstracties over: tijd en ruimte. Het idee van tijd en ruimte als reëel bestaande metafysische entiteiten werd op een filosofische basis geplaatst door Kant, die beweerde dat tijd en ruimte ‘zinnelijk waarneembaar echt’ waren, maar niet ‘op zich’ gekend konden worden.

Tijd en ruimte zijn eigenschappen van materie en kunnen niet los van materie worden beschouwd. In zijn boek Kritiek van de zuivere rede (1781) beweerde Kant dat tijd en ruimte geen objectieve begrippen waren afkomstig uit de waarneming van de echte wereld, maar op een of andere manier inherent waren. In werkelijkheid worden alle concepten uit de meetkunde afgeleid uit waarnemingen van reële voorwerpen. Een van de prestaties van de algemene relativiteitstheorie van Einstein was juist het ontwikkelen van de meetkunde als een proefondervindelijke wetenschap, waar de axioma’s worden afgeleid uit echte metingen en verschillen van de axioma’s van de klassieke euclidische meetkunde, die (ten onrechte) verondersteld werden het product te zijn van de pure rede, afgeleid van de logica.

Kant probeerde zijn beweringen te rechtvaardigen in het beroemde deel in zijn Kritiek van de zuivere rede dat bekend staat als de Antinomieën, die handelen over de tegenstrijdige fenomenen van de natuur, met inbegrip van tijd en ruimte. De eerste vier (kosmologische) antinomieën van Kant gaan over dit vraagstuk. Kant had de verdienste het bestaan van dergelijke tegenstellingen aan te tonen, maar zijn verklaring was op zijn zachtst gezegd onvolledig. Het was aan de grote dialecticus Hegel om deze tegenstelling op te lossen in zijn Wissenschaft der Logik (1816).

Doorheen de 18e eeuw werd de wetenschap overheerst door de theorieën van de klassieke mechanica, en één man zette zijn stempel op het hele tijdperk. De dichter Alexander Pope (1688-1744) vat de vleierige houding van tijdgenoten van Newton samen in het volgende vers:

“Nature and Nature’s laws lay hid in night:
God said ‘Let Newton be!’ and all was light.”

[De natuur en haar wetten liggen verborgen in de nacht:
God zei ‘Laat Newton komen’ en alles werd een pracht.”]

Newton stelde de tijd voor als iets dat steeds in een rechte lijn vloeit. Zelfs indien er geen materie aanwezig is, zou er een vast ruimtelijk kader zijn ‘waardoorheen’ de tijd nog steeds vloeit. Van het absolute ruimtelijke kader van Newton werd verondersteld dat het gevuld was met een hypothetische ‘ether’ waardoorheen lichtgolven vloeiden. Newton dacht dat tijd iets was als een reusachtige ‘container’ waarbinnen alles bestaat en verandert. Tijd wordt hier beschouwd als iets dat afzonderlijk bestaat, los van het natuurlijke universum. Tijd zou zelfs bestaan indien het universum niet bestond. Dit is eigen aan de mechanische (idealistische) methode, waar tijd, ruimte, materie en beweging totaal afzonderlijk worden bekeken. In werkelijkheid is het onmogelijk om ze van elkaar te scheiden.

De newtoniaanse fysica werd sterk beïnvloed door de mechanica, die in de 18e eeuw de meest ontwikkelde wetenschap was. Ze werd ook warm onthaald door de nieuwe heersende klasse, omdat ze een in hoofdzaak statische, tijdloze en onveranderende kijk bood op het universum. Alle tegenstellingen werden weggegomd, er waren geen plotse sprongen en geen revoluties, maar een perfecte harmonie waarin alles vroeg of laat opnieuw in evenwicht komt. Net zoals het Britse parlement, dat tot een evenwicht was gekomen met de monarchie onder Willem van Oranje. De 20e eeuw heeft deze kijk op de wereld genadeloos vernietigd. De oude, starre, statische mechanica werd geleidelijk aan vervangen. De nieuwe wetenschap wordt gekenmerkt door rusteloze verandering, fantastische snelheid, tegenstellingen en paradoxen op alle niveaus.

Newton maakte een onderscheid tussen absolute tijd en ‘relatieve, zichtbare en gewone tijd’, zoals we die kennen van onze uurwerken. Hij voerde het begrip absolute tijd aan als een ideale tijdsschaal die de wetten van de mechanica vereenvoudigde. Deze abstracties van tijd en ruimte bleken machtige ideeën te zijn die ons begrip van het universum ver vooruitbrachten. Ze werden gedurende lange tijd als absoluut beschouwd. Maar bij nader onderzoek bleken de ‘absolute waarheden’ van de klassieke newtoniaanse mechanica relatief te zijn. Ze waren enkel juist binnen bepaalde grenzen.

Newton en Hegel

De mechanistische theorieën die de wetenschap tot twee eeuwen na Newton domineerden, werden voor het eerst in twijfel getrokken in de biologie door de revolutionaire ontdekkingen van Charles Darwin. Darwins evolutietheorie toonde aan dat het leven kon ontstaan en evolueren op basis van natuurwetten en zonder goddelijke tussenkomst. Op het einde van de 19e eeuw formuleerde Ludwig Boltzmann de idee van de ‘pijl van de tijd’ en de tweede wet van de thermodynamica. Op een treffende manier stelt hij tijd niet langer voor als een nooit eindigende cyclus, maar als een pijl die zich in een enkele richting beweegt. Deze theorie gaat ervan uit dat tijd reëel is en dat het heelal in een voortdurende staat van verandering is, zoals de oude Heraclitus reeds had begrepen.

Bijna een halve eeuw vóór het baanbrekende werk van Darwin liep Hegel reeds vooruit op deze en vele andere ontdekkingen van de moderne wetenschap. Hegel zette vraagtekens bij de heersende newtoniaanse mechanica en ontwikkelde een dynamische kijk op de wereld, gebaseerd op processen en verandering door tegenstelling. De briljante inzichten van Heraclitus werden door Hegel omgezet in een volledig uitgewerkt systeem van dialectisch denken. Indien het werk van Hegel serieuzer zou zijn genomen, dan zou de wetenschap ongetwijfeld veel sneller geëvolueerd zijn dan nu het geval is geweest.

De verdienste van Einstein bestond er dan weer in dat hij voorbijging aan deze abstracties en hun relatieve karakter aantoonde. Het relatieve aspect van de tijd was echter niet nieuw. Hegel had het aan een grondige analyse onderworpen. In zijn vroege werk De fenomenologie van de geest legt hij uit hoe relatief de inhoud van woorden zoals ‘hier’ en ‘nu’ is. Deze op het eerste zicht eenvoudige begrippen, blijken zeer complex en tegenstrijdig te zijn. “Op de vraag: ‘wat is het nu?’ antwoorden we: het is nu nacht. Om dit te toetsen volstaat een eenvoudig experiment. Schrijf een ware uitspraak op; we gaan ervan uit dat een waarheid die we bewaren door ze op te schrijven, haar waarheidsgehalte behoudt. Bekijken we later de opgeschreven waarheid echter opnieuw, dan zullen we moeten toegeven dat ze verouderd is”.^[91]

Het is gemakkelijk om Hegel (of Engels) af te schrijven omdat hun geschriften over wetenschap onvermijdelijk beperkt waren door de feitelijke staat van de wetenschap van dat moment. Het is echter opmerkelijk hoe ver vooruit de standpunten van Hegel over wetenschap in feite waren. In hun boek Orde uit chaos: De nieuwe dialoog tussen de mens en de natuur (1990) stellen Prigogine en Stengers dat Hegel de mechanistische methode van de klassieke newtoniaanse fysica verwierp op een ogenblik dat die ideeën algemeen als onaantastbaar werden beschouwd:

“De hegeliaanse natuurfilosofie neemt systematisch alles op wat de newtoniaanse wetenschap ontkent. In het bijzonder berust zij op een kwalitatief verschil tussen het eenvoudige gedrag dat door de mechanica beschreven wordt en het gedrag van ingewikkelder entiteiten zoals levende wezens. Zij ontkent dat deze niveaus op elkaar teruggevoerd kunnen worden, zij verwerpt het idee dat de verschillen slechts schijnbaar zijn en dat de natuur uiteindelijk homogeen en eenvoudig is. Zij stelt het bestaan van een hiërarchie waarin ieder niveau de voorafgaande niveaus vooronderstelt”.^[92]

Hegel schreef met minachting over de zogenaamd absolute waarheden van de newtoniaanse mechanica. Hij was de eerste die de mechanistische benadering van de 18e eeuw onderwierp aan een grondige kritiek, hoewel hij door de beperkingen van de wetenschap van zijn tijd geen uitgewerkt alternatief kon formuleren. Voor Hegel was elk eindig ding relatief ten opzichte van iets anders. Deze relatie was bovendien niet beperkt tot een formele juxtapositie (een plaatsing tegenover elkaar), maar een levend proces: alles is volgens Hegel beperkt, geconditioneerd en gedetermineerd door al het overige. Oorzaak en gevolg houden dus enkel stand in relatie tot specifieke verhoudingen (zoals in de klassieke mechanica). Wanneer we de zaken echter bekijken als processen waarin alles het resultaat is van universele wisselwerkingen en onderlinge verhoudingen, is dat niet het geval.

Wiskunde en formele logica houden zich niet echt bezig met tijd, maar behandelen ze als een kwantitatieve relatie. Kwantitatieve verhoudingen zijn ongetwijfeld nodig om de realiteit te begrijpen aangezien alles wat eindig is, benaderd kan worden vanuit een kwantitatief standpunt. Zonder inzichten in kwantitatieve verhoudingen zou wetenschap onmogelijk zijn. Maar op zich kunnen ze de complexiteit en de beweging van het leven, het rusteloze proces van verandering waarbij langzame, geleidelijke ontwikkelingen plotseling aanleiding geven tot chaotische veranderingen, niet voldoende uitdrukken.

Zuiver kwantitatieve relaties stellen de echte natuurprocessen slechts voor in “een gefixeerde, verlamde vorm”, in de terminologie van Hegel.^[93] Het heelal is een oneindig, op zichzelf bewegend geheel, dat zichzelf genereert en herschept en alle leven omvat. Beweging is een tegenstrijdig fenomeen. Dit is een van de fundamentele stellingen van de dialectiek en staat dichter bij de echte natuur van de dingen dan de axioma’s van de klassieke mechanica.

Enkel in de klassieke meetkunde is het mogelijk om zich een volledig lege ruimte voor te stellen. Het is een wiskundige abstractie die een belangrijke rol speelt, maar die de werkelijkheid slechts benadert. In tegenstelling tot wat Kant geloofde, zijn de abstracties van de wiskunde niet ‘a priori’ en inherent, maar zijn ze via waarneming afgeleid uit de materiële wereld. Hegel toont aan dat de Grieken reeds de beperking van zuiver kwantitatieve beschrijvingen van de natuur hadden begrepen, en merkt op:

“Hoeveel verder waren ze gevorderd op gebied van denken dan heden ten dage, nu sommigen getallen en bepalingen van getallen (zoals krachten) in de plaats stellen van het doorgronden, vervolgens het oneindige grote en oneindige kleine, één gedeeld door oneindig, en andere dergelijke bepalingen, die vaak een verwrongen wiskundig determinisme zijn, en ze terugkeren naar deze impotente kinderachtigheid en dit beschouwen als iets prijzenswaardig en zelfs iets dat grondig en diepgaand is”.^[94]

Dit citaat is vandaag nog meer van toepassing dan op het moment dat het geschreven werd. Het is werkelijk ongelooflijk te zien hoe sommige kosmologen en wiskundigen de meest onzinnige beweringen over de natuur en het universum uitkramen zonder ook maar de minste poging te doen ze te bewijzen op basis van waargenomen feiten. Vervolgens doen ze beroep op de zogezegde pracht en eenvoud van hun vergelijking die dan uiteindelijk geldt als autoriteit. De cultus van de wiskunde is vandaag groter dan ooit sinds Pythagoras (570-495 v. Chr.), die dacht dat “alle dingen numeriek zijn”. En net zoals bij Pythagoras zijn er mystieke bijklanken. De wiskunde laat alle kwalitatieve bepalingen behalve het getal buiten beschouwing. Ze houdt geen rekening met de reële inhoud en past haar regels van buitenaf toe op allerlei zaken. Geen enkele van deze abstracties heeft een reëel bestaan. Enkel de materiële wereld bestaat. Een feit dat al te vaak over het hoofd wordt gezien, met alle rampzalige gevolgen van dien.

Relativiteit

Albert Einstein was ongetwijfeld een van de grote genieën van onze tijd. Tussen zijn eenentwintigste en achtendertigste veroorzaakte hij een ware revolutie in de wetenschap. Doorslaggevend waren de speciale relativiteitstheorie (1905) en de algemene relativiteitstheorie (1915). Speciale relativiteit handelt over grote snelheden, algemene relativiteit over de zwaartekracht.

Ondanks hun uiterst abstract karakter werden de theorieën van Einstein uiteindelijk toch afgeleid uit experimenten en kregen ze succesvolle praktische toepassingen die de juistheid ervan steeds opnieuw aantoonden. Einstein vertrok van het beroemde Michelson-Morley-experiment, “het grootste negatieve experiment uit de geschiedenis van de wetenschap” (Bernal), dat een contradictie blootlegde in de fysica van de 19e eeuw. Dit experiment probeerde de elektromagnetische theorie van het licht te veralgemenen door aan te tonen dat de schijnbare snelheid van het licht afhankelijk was van de snelheid waarmee de waarnemer zich verplaatst door de zogenaamde vaste ‘ether’. Uiteindelijk werd er geen verschil waargenomen in de lichtsnelheid, in welke richting de waarnemer zich ook bewoog.

Joseph John Thomson toonde later aan dat de snelheid van elektronen in een elektrisch veld onder hoogspanning trager was dan verwacht door de klassieke newtoniaanse fysica. Deze onvolmaaktheden in de 19e-eeuwse fysica werden bijgesteld via de speciale relativiteitstheorie. De oude natuurkunde was niet in staat om een fenomeen als radioactiviteit te verklaren. Einstein verklaarde dit fenomeen als het vrijkomen van een klein gedeelte van de enorme hoeveelheid energie die gevangen zit in ‘inerte’ materie.

Toen hij in 1905 als klerk werkzaam was in een Zwitsers patentenkantoor, ontwikkelde Einstein in zijn vrije tijd zijn speciale relativiteitstheorie. Hij vertrok van de ontdekkingen van de nieuwe kwantummechanica en toonde aan dat het licht zich door de ruimte voortbeweegt in een kwantumvorm (als energiebundels). Dit was duidelijk in tegenspraak met de tot dan toe gangbare theorie dat licht een golf is. In feite blies Einstein de oude corpusculaire theorie van het licht (licht als deeltje) nieuw leven in, maar op een totaal verschillende manier. Licht werd nu beschouwd als een nieuw soort deeltje dat een tegenstrijdig karakter vertoont en zowel eigenschappen van een deeltje als van een golf heeft. Deze opmerkelijke theorie weerhield alle grote ontdekkingen van de 19e-eeuwse optica, met inbegrip van zowel spectroscopen als de vergelijkingen van Maxwell. Maar ze maakte definitief brandhout van het idee dat licht een ‘ether’ nodig heeft om door de ruimte te bewegen.

De speciale relativiteitstheorie vertrekt van de veronderstelling dat bij de meting van de lichtsnelheid in een vacuüm, altijd dezelfde constante waarde gemeten wordt, onafhankelijk van de snelheid van de lichtbron ten opzichte van de waarnemer. Hieruit wordt afgeleid dat de lichtsnelheid de hoogst mogelijke snelheid is waarmee alles in de ruimte zich kan voortbewegen. Verder stelt de speciale relativiteitstheorie dat massa en energie in werkelijkheid equivalenten zijn. Dit is een treffende bevestiging van het fundamentele filosofische basisbeginsel van het dialectisch materialisme: het onafscheidelijke karakter van materie en energie, het idee dat beweging (‘energie’) de bestaanswijze is van materie.

Einsteins ontdekking van de wet van equivalentie tussen massa en energie wordt uitgedrukt door de beroemde vergelijking B = mc², die de kolossale hoeveelheid energie aantoont die vervat zit in een atoom. Dat is de bron van alle geconcentreerde energie in het heelal. Het symbool E stelt de energie voor (in joule), m staat voor massa (in kilogram) en c is de snelheid van het licht (in meter per seconde). De reële waarde van c² is 900 miljard keer miljard. Met andere woorden, de omzetting van een gram energie die opgesloten zit in materie, zal een verbluffende 900 miljard keer miljard joule voortbrengen. Om een concreet voorbeeld te geven van wat dit betekent: de energie die in één gram materie zit, is het equivalent van de energie die wordt opgewekt door de verbranding van 2.000 ton petroleum.

Massa en energie zijn niet alleen maar ‘onderling uitwisselbaar’, zoals dollars ingeruild kunnen worden voor euro’s, maar zijn een en dezelfde substantie, die Einstein karakteriseert als ‘massa-energie’. Dit idee gaat veel dieper en is veel preciezer dan het oude mechanische concept waarbij bijvoorbeeld wrijving wordt omgezet in warmte. Materie is hier slechts een bijzondere vorm van ‘bevroren’ energie, terwijl elke andere vorm van energie (licht incluis) gerelateerd wordt met massa. Vandaar dat het verkeerd is te zeggen dat materie ‘verdwijnt’ wanneer ze wordt omgezet in energie.

Einsteins verving de oude wet van het behoud van massa die werd uitgewerkt door Lavoisier en stelde dat materie, begrepen als massa, niet gecreëerd of vernietigd kan worden. In feite zet elke chemische reactie waarbij energie vrijkomt, een kleine hoeveelheid massa om in energie. Dit kon niet gemeten worden door middel van de chemische reacties die bekend waren in de 19e eeuw, zoals bijvoorbeeld het verbranden van steenkool. Nucleaire reacties doen echter voldoende energie vrijkomen om een verlies van massa meetbaar te maken. Alle materie bevat enorme hoeveelheden energie, zelfs wanneer ze ‘in rust’ is. Tot Einstein met een verklaring kwam, kon dit niet worden waargenomen en werd het ook niet begrepen.

Einsteins theorie verwerpt het materialisme niet, maar plaatst het juist op een meer solide basis. De oude mechanische wet van het ‘behoud van massa’ wordt vervangen door meer wetenschappelijkere en algemene wetten in verband met het behoud van massa-energie en uitgedrukt door de eerste wet van de thermodynamica. Massa ‘verdwijnt’ helemaal niet, maar wordt omgezet in energie. De totale hoeveelheid massa-energie blijft dezelfde. Geen enkel deeltje materie kan gecreëerd of vernietigd worden. Het tweede idee is de stelling dat geen enkel deeltje zich sneller kan verplaatsen dan de lichtsnelheid. Naarmate een deeltje deze kritische snelheid bereikt, nadert de massa ervan naar oneindig en wordt het dus steeds moeilijker om nog sneller te gaan. Deze ideeën komen abstract over en zijn moeilijk te vatten. Ze tarten de veronderstellingen van het ‘gezond verstand’. Hoe gezond verstand en wetenschap zich tot elkaar verhouden werd beschreven door de Sovjetrussische professor Lev Davidovich Landau (1908-1968):

“Het zogenaamd gezond verstand betekent niets meer dan een eenvoudige veralgemening van de noties en gewoonten die gegroeid zijn in ons dagelijkse leven. Het is een welomlijnd niveau van begrip dat een bepaald niveau van ervaring weerspiegelt.” Hij voegt er nog aan toe: “De wetenschap is niet bang voor botsingen met het zogenaamd gezond verstand. Ze heeft enkel schrik voor onenigheid tussen bestaande ideeën en nieuwe experimentele feiten. Indien zulke onenigheid zich voordoet, verwerpt de wetenschap meedogenloos de ideeën die ze eerder heeft opgebouwd en tilt ze onze kennis op een hoger niveau”.^[95]

 

Hoe kan een bewegend voorwerp zijn massa vergroten? Een dergelijk idee spreekt onze dagelijkse ervaringen tegen. Aan een draaiend deksel is niet te zien dat het aan massa wint. Toch gebeurt dit, maar de toename is zo oneindig klein dat het voor elk praktisch gebruik verwaarloosbaar is. De effecten van de speciale relativiteit kunnen niet worden waargenomen op het niveau van alledaagse fenomenen. Onder extreme omstandigheden, bijvoorbeeld bij uiterst hoge snelheden die de lichtsnelheid benaderen, beginnen de effecten van de relativiteit wel degelijk een rol te spelen.

Einstein voorspelde dat de massa van een bewegend voorwerp zou toenemen bij zeer hoge snelheden. Deze wet kan genegeerd worden wanneer het gaat over normale snelheden. Niettemin bewegen subatomaire deeltjes zich tegen snelheden van 16.000 kilometer per seconde of meer, en aan dergelijke snelheden treden er relativistische effecten op. De ontdekkingen van de kwantummechanica toonden aan dat de speciale relativiteitstheorie correct is, niet alleen kwalitatief, maar ook kwantitatief. De massa van een elektron neemt toe indien het zich beweegt tegen negen tiende van de lichtsnelheid. Bovendien is de toename van massa precies zoals voorspeld door de theorie van Einstein. Inmiddels werd de speciale relativiteit herhaaldelijk getest en tot nu toe waren de resultaten steeds correct. Elektronen komen ongeveer 40.000 keer zwaarder uit een krachtige deeltjesversneller dan bij aanvang, waarbij de extra massa de bewegingsenergie uitdrukt.

Tegen veel hogere snelheden wordt de toename in massa merkbaar. De moderne fysica houdt zich net bezig met extreem hoge snelheden, zoals de snelheid van subatomaire deeltjes die de lichtsnelheid benaderen. De klassieke wetten van de mechanica, die dagelijkse fenomenen adequaat beschrijven, kunnen er niet op worden toegepast. Voor het gezond verstand verandert de massa van een voorwerp nooit. Daarom heeft een draaiend deksel hetzelfde gewicht als een deksel dat stilligt. Op die manier kwam een wet tot stand die stelt dat de massa constant blijft, wat ook de snelheid is.

Later werd aangetoond dat deze wet niet juist is. Men kwam tot de bevinding dat massa toeneemt met snelheid. Maar aangezien de toename slechts merkbaar wordt wanneer men de lichtsnelheid benadert, beschouwen we de massa als constant. Juister gezegd: “Indien een voorwerp beweegt tegen een snelheid die lager ligt dan 160 kilometer per seconde, is de massa constant tot op een miljoenste.” Voor dagelijks gebruik kunnen we ervan uitgaan dat de massa constant blijft, ongeacht de snelheid. Maar voor hoge snelheden klopt dit niet, en hoe hoger de snelheid, hoe onjuister die bewering. Net als het denken op basis van de formele logica, wordt ervan uitgegaan dat dit correct is voor praktisch gebruik. Feynman stelt het als volgt:

“Vanuit filosofisch standpunt zitten we volledig fout met de benaderende wet. Ons volledig wereldbeeld dient te worden veranderd, zelfs al verandert de massa maar een heel klein beetje. Dit is zeer merkwaardig met betrekking tot de filosofie, of de ideeën die achter de wetten schuilgaan. Zelfs een zeer klein effect noodzaakt soms diepgaande veranderingen in onze ideeën”.^[96]

Er werd aangetoond dat de speciale relativiteitstheorie overeenkomt met de waargenomen feiten. Wetenschappers ontdekten experimenteel dat gammastralen atomaire deeltjes kunnen voortbrengen en dat de lichtenergie daarbij wordt omgezet in materie. Ze kwamen ook tot de bevinding dat de energie die minimaal nodig is om een deeltje voort te brengen afhankelijk is van zijn rustenergie, zoals voorspeld door Einstein. In feite worden niet één, maar twee deeltjes gevormd: een deeltje en zijn tegengestelde, het ‘antideeltje’. In het experiment met gammastralen is het resultaat een elektron en een anti-elektron (positron). Het omgekeerde proces doet zich eveneens voor: wanneer een positron een elektron ontmoet, vernietigen ze elkaar en vormen ze gammastralen. Energie wordt dus omgezet in materie en materie in energie. De ontdekking van Einstein legde de basis voor een veel diepgaander inzicht in de werking van het heelal. Ze gaf een uitleg aan de manier waarop de zon aan haar energie komt, iets wat door de eeuwen heen een mysterie was gebleven. Het enorme energiearsenaal bleek niet meer te zijn dan... materie zelf. De ontzagwekkende kracht van energie die opgesloten zit in materie, werd in augustus 1945 voor heel de wereld aangetoond in Hiroshima en Nagasaki.

De algemene relativiteitstheorie

Als het een voorwerp betreft dat zich in verhouding tot de waarnemer voortbeweegt met een constante snelheid en richting, zijn de wetten van de speciale relativiteit accuraat genoeg. In de praktijk is beweging echter nooit constant. Er zijn steeds krachten werkzaam die veranderingen veroorzaken in de snelheid en in de richting van bewegende voorwerpen. Aangezien subatomaire deeltjes zich tegen ongelooflijke snelheden voortbewegen over korte afstanden, hebben ze de tijd niet om veel te versnellen. Speciale relativiteit kan hier dan ook worden toegepast. Toch bleek speciale relativiteit te kort te schieten wat de beweging van planeten en sterren betreft. Zulke hemellichamen ondergaan grote versnellingen die worden veroorzaakt door sterke zwaartekrachtvelden. Ook dit gaat over kwantiteit en kwaliteit. Op het subatomaire niveau is de zwaartekracht verwaarloosbaar in vergelijking met andere krachten. In het dagelijkse leven daarentegen speelt alleen de zwaartekracht een doorslaggevende rol.

Einstein probeerde relativiteit niet alleen toe te passen op constante beweging maar op beweging in het algemeen. Zo komen we tot de algemene relativiteitstheorie, die handelt over de zwaartekracht. Een theorie die niet alleen een breuk met de klassieke fysica van Newton en met haar absolute mechanische universum betekent, maar ook met de net zo absolute klassieke meetkunde van Euclides. Einstein toonde aan dat de euclidische meetkunde enkel van toepassing was op ‘lege ruimte’, een ideaal ingebeelde abstractie. In werkelijkheid is ruimte niet ‘leeg’. Ruimte is onlosmakelijk verbonden met materie. Einstein wist dat ruimte zelf geconditioneerd wordt door de aanwezigheid van materie. In zijn algemene theorie wordt dit idee uitgedrukt door de op het eerste gezicht paradoxale bewering dat in de nabijheid van zware lichamen “de ruimte gekromd is.”

Het reële, materiële heelal komt niet overeen met de wereld van de meetkunde van Euclides, opgebouwd uit perfecte cirkels, rechte lijnen, enzovoort. De echte wereld zit vol onregelmatigheden, niet rechtlijnig, maar juist ‘kromgetrokken’. Anderzijds bestaat ruimte niet los van materie. De kromming van ruimte is slechts een andere manier om de kromming van materie uit te drukken waarmee de ruimte ‘gevuld’ is. Er werd bijvoorbeeld bewezen dat lichtstralen buigen onder invloed van het zwaartekrachtsveld van materie in de ruimte.

De algemene relativiteitstheorie heeft vooral een meetkundig karakter, maar dan meetkunde die volledig verschilt van de klassieke, euclidische meetkunde. In de euclidische meetkunde snijden evenwijdige rechten elkaar nooit en vormen de hoeken van een driehoek samen steeds 180 graden. De ruimtetijd van Einstein (die eigenlijk voor het eerst in 1907 ontwikkeld werd door de Russisch-Duitse wiskundige Hermann Minkowski, een van Einsteins leraars) is een synthese van driedimensionale ruimte (hoogte, breedte en lengte) en tijd. Het is vierdimensionale meetkunde die handelt over gekromde oppervlakken (‘gekromde ruimtetijd’). In de algemene relativiteitstheorie is de som van de hoeken van een driehoek niet noodzakelijk 180 graden en kunnen evenwijdige rechten elkaar snijden.

Zoals Engels zegt, komen we in de euclidische meetkunde een hele reeks abstracties tegen die helemaal niet overeenstemmen met de reële wereld: een punt zonder dimensie dat een rechte lijn wordt, die op zijn beurt een perfect vlakke oppervlakte wordt enzovoort. Tussen al deze abstracties vinden we de meest lege abstractie van allemaal, die van de ‘lege ruimte’. In tegenstelling tot wat Kant geloofde, kan ruimte niet bestaan zonder iets waarmee het gevuld wordt, en dat ‘iets’ is nu net materie (en energie, wat equivalent is). De meetkunde van de ruimte wordt bepaald door de materie die erin vervat zit. Dat is de echte betekenis van ‘gekromde ruimte’. Het is een manier om de reële eigenschappen van materie uit te drukken. Ongepaste metaforen die gebruikt worden in vulgariserende werken over Einstein, scheppen alleen maar verwarring: “Stel je de ruimte voor als een rubberen mat” of “Stel je de ruimte voor als glas” enzovoort. In werkelijkheid mag men nooit vergeten dat er een onverbrekelijke eenheid bestaat tussen tijd, ruimte, materie en beweging. Die eenheid uit het oog verliezen leidt tot idealistische mystificatie.

Indien we ruimte beschouwen als een ‘ding op zich’, lege ruimte, zoals bij Euclides, kan ze logischerwijs niet gekromd worden. Het is immers ‘niets’. Zoals Hegel stelde, is er echter niets in het heelal dat niet zowel ‘zijn’ als ‘niet-zijn’ bevat. Ruimte en materie zijn geen twee diametraal tegengestelde en elkaar uitsluitende fenomenen. Ruimte bevat materie en materie bevat ruimte. De twee zijn onafscheidelijk. Het heelal is net de dialectische eenheid van materie en ruimte. De algemene relativiteitstheorie drukt het dialectische idee van de eenheid van ruimte en materie op de meest diepgaande manier uit. Op dezelfde manier is in de wiskunde nul niet gelijk aan niets, maar drukt ze een reële hoeveelheid uit en speelt ze een beslissende rol.

Einstein stelt zwaartekracht voor als een eigenschap van ruimte in plaats van een ‘kracht’ die werkzaam is op materie. Volgens die opvatting kromt de ruimte als gevolg van de druk die uitgeoefend wordt op materie. Dat is een nogal eigenaardige manier om de eenheid van ruimte en materie uit te drukken en bovendien één die snel verkeerd geïnterpreteerd wordt. Ruimte zelf kan uiteraard niet gekromd worden indien ze begrepen wordt als ‘lege ruimte’. Ruimte kan echter niet los van materie gezien worden. Het is een onverbrekelijke eenheid.

De algemene theorie diende om op zijn minst één fenomeen op te helderen dat niet kon worden verklaard door de klassieke theorie van Newton. Wanneer Mercurius zijn dichtste punt bij de zon benadert, vertonen zijn omwentelingen een vreemde onregelmatigheid, die eerder werd toegeschreven aan storingen die veroorzaakt werden door de zwaartekracht van andere planeten. De afwijking van de baan rond de zon is klein, maar voldoende om de berekeningen van astronomen in de war te brengen. De algemene theorie van Einstein voorspelde dat het perihelium (het punt in de baan van object dat om de zon draait, dat het dichtst bij de zon gelegen is) van eender welk draaiend lichaam een beweging moet hebben die niet voorzien is door Newton. Dit bleek te kloppen voor Mercurius, en later ook voor Venus.

Einstein voorspelde ook dat een zwaartekrachtsveld lichtstralen doet buigen. Een lichtstraal die dicht bij de zon passeert zou afgebogen worden met 1,75 boogseconden. In 1919 toonde een astronomische waarneming van een zonsverduistering aan dat dit correct is. De briljante theorie van Einstein werd aangetoond in de praktijk. Ze was in staat om de verplaatsing van sterren in de nabijheid van de zon te verklaren door de buiging van hun stralen, net zoals de onregelmatige beweging van Mercurius. Allemaal zaken die niet door de theorieën van Newton verklaard konden worden.

Newton werkte de wetten uit die van toepassing zijn op de beweging van voorwerpen en die stellen dat de sterkte van de zwaartekracht afhankelijk is van de massa. Hij stelde dat elke kracht die wordt uitgeoefend op een voorwerp een versnelling teweegbrengt die omgekeerd evenredig is met de massa van het voorwerp. Deze weerstand tegen versnelling wordt inertie genoemd. Alle massa’s worden ofwel gemeten aan de hand van gravitatie-effecten, ofwel aan de hand van inertie-effecten. Rechtstreekse waarneming heeft aangetoond dat inerte massa en zware massa in werkelijkheid identiek zijn, op één triljoenste na. Als uitgangspunt voor zijn theorie over algemene relativiteit veronderstelde Einstein dat de inerte massa en de gravitationele massa in essentie hetzelfde zijn.

De op het eerste gezicht onbeweeglijke sterren verplaatsen zich in werkelijkheid tegen enorme snelheden. De kosmische vergelijkingen van Einstein van 1917 toonden aan dat het heelal niet voor eens en altijd vastligt, maar zich kan uitbreiden. Sterrenstelsels verwijderen zich van ons tegen snelheden van meer dan 1000 kilometer per seconde. Sterren en sterrenstelsels veranderen, ontstaan en vergaan. Het hele universum is een reusachtig gebied waarin het drama van de geboorte en de dood van sterren tot in de eeuwigheid wordt opgevoerd. Dit zijn werkelijk revolutionaire gebeurtenissen. Ontploffende sterrenstelsels, supernova’s, catastrofale botsingen tussen sterren, zwarte gaten die een dichtheid hebben die een miljard keer groter is dan die van onze zon en die gulzig hele sterrenclusters opzwelgen. Zaken die de wildste fantasieën van sf-schrijvers overstijgen.

Verhouding tussen de dingen

Vele begrippen zijn van nature volkomen relatief. Als men bijvoorbeeld vraagt of een weg langs de linker-of rechterzijde van een huis loopt, is er geen eenduidig antwoord mogelijk. Het hangt af van de positie die men inneemt ten opzichte van het huis. Anderzijds is het wel mogelijk te spreken over de rechteroever van een rivier, omdat de stroming de richting van de rivier bepaalt. Op dezelfde manier kunnen we zeggen dat auto’s links rijden (althans in Groot-Brittannië) omdat het voortbewegen van auto’s één van de twee mogelijke richtingen van de weg bepaalt. In al deze gevallen blijken de begrippen ‘links’ en ‘rechts’ echter relatief te zijn, aangezien ze pas betekenis krijgen nadat de richting die zeaanduiden is vastgelegd.

Op dezelfde manier zal het antwoord op de vraag “is het dag of nacht?” afhankelijk zijn van de plaats waar we ons bevinden. In Londen is het dag, maar in Australië is het nacht. Dag en nacht zijn relatieve begrippen die bepaald worden door onze positie op de aarde. Een voorwerp zal groter of kleiner lijken afhankelijk van de afstand tot het punt waar de waarneming gebeurt. ‘Op’ en ‘neer’ zijn eveneens relatieve begrippen, die veranderden toen men ontdekte dat de wereld rond was in plaats van vlak. Tot op vandaag is het voor het ‘gezond verstand’ moeilijk te vatten dat mensen in Australië ‘op hun hoofd’ kunnen lopen. Indien we echter begrijpen dat het begrip verticaal niet absoluut is maar relatief, is er geen tegenstelling. Voor alle praktische doelstellingen kunnen we ervan uitgaan dat het aardoppervlakte ‘vlak’ is en dat alle verticale lijnen bijgevolg parallel lopen, wanneer we bijvoorbeeld twee huizen in een stad bekijken. Maar wanneer het gaat over veel grotere afstanden die de totale oppervlakte van de aarde beslaan, komen we tot de vaststelling dat de poging om gebruik te maken van absolute verticale lijnen leidt tot absurditeiten en contradicties.

De positie van een planetair lichaam staat noodzakelijkerwijs in verhouding tot de positie van andere lichamen. Het is onmogelijk de positie van een object te bepalen zonder te refereren naar andere objecten. Het begrip ‘verplaatsing’ van een object in de ruimte betekent niets anders dan dat het zijn positie tegenover andere objecten veranderd heeft. Een aantal belangrijke natuurwetten hebben een relatief karakter zoals bijvoorbeeld het principe van de relativiteit van de beweging en de wet van de traagheid. Deze laatste wet stelt dat een voorwerp waarop geen externe kracht wordt uitgeoefend niet alleen in een toestand van rust kan verkeren, maar zich ook rechtlijnig en constant kan voortbewegen. Deze natuurkundige basiswet werd ontdekt door Galileo.

In de praktijk weten we dat voorwerpen waarop geen externe kracht wordt uitgeoefend, de neiging hebben tot rust te komen, tenminste in het dagelijkse leven. In de reële wereld zijn de voorwaarden om de wet van de traagheid toe te passen, namelijk de totale afwezigheid van uitwendige krachten, gewoon niet aanwezig. Krachten zoals wrijving worden uitgeoefend op het voorwerp, waardoor het tot stilstand komt. Omdat de omstandigheden voor experimenten voortdurend verbeteren, is het echter mogelijk om de ideale omstandigheden die de wet van de traagheid vereist steeds dichter te benaderen en op die manier aan te tonen dat de wet zelfs geldig is voor bewegingen die worden waargenomen in het dagelijkse leven. Het relatieve (kwantitatieve) aspect van de tijd kwam perfect tot uiting in de theorieën van Einstein die dit veel grondiger uitdrukten dan de klassieke theorieën van Newton.

Zwaartekracht is geen ‘kracht’, maar een verhouding tussen voorwerpen. Voor een man die van een hoog gebouw valt, lijkt het wel alsof de grond naar hem ‘toesnelt’. Vanuit het standpunt van de relativiteit is dit niet verkeerd. Enkel maar wanneer we uitgaan van het mechanistische en eenzijdige concept ‘kracht’ kunnen we dit proces beschouwen als de uitoefening van de zwaartekracht van de aarde op de man in plaats van het te beschouwen als een wisselwerking tussen twee lichamen. Onder ‘normale’ omstandigheden komt de zwaartekrachttheorie van Newton overeen met die van Einstein. Onder extreme omstandigheden verschillen ze echter totaal. In feite wordt de theorie van Newton op dezelfde manier tegengesproken door de relativiteitstheorie als de formele logica wordt tegengesproken door de dialectiek. Tot op vandaag wijst al het bewijsmateriaal de juistheid van zowel de relativiteit als de dialectiek aan.

Hegel legde reeds uit dat elke meting in werkelijkheid de uitdrukking is van verhoudingen. Maar aangezien elke meting eigenlijk een vergelijking is, moet er een standaardmaat bestaan die met niets anders kan worden vergeleken dan met zichzelf. Over het algemeen kunnen we de dingen enkel begrijpen door ze te vergelijken met andere dingen. Dit drukt het dialectische concept uit van universele onderlinge verhoudingen. Om zaken in hun beweging te analyseren, bestaat de essentie van de dialectische methode precies uit ontwikkeling en verhoudingen. Het is juist de antithese van de mechanische denkmethode (de ‘metafysische’ methode genoemd in de terminologie die door Marx en Engels werd gebruikt) die de zaken als statisch en absoluut beschouwt. Hierin ligt nu net de tekortkoming van de klassieke, newtoniaanse kijk op het universum die ondanks al zijn verdiensten nooit ontsnapt aan de eenzijdigheid van het mechanistische wereldbeeld.

De eigenschappen van iets zijn niet het resultaat van verhoudingen tot andere dingen, maar kunnen pas tot uiting komen in verhouding tot andere dingen. Hegel verwijst naar die verhoudingen als ‘afspiegelingcategorieën’. Relativiteit is een belangrijk begrip, dat reeds volledig ontwikkeld werd door Hegel in het eerste deel van zijn meesterwerk Wissenschaft der Logik.

We zien dit bijvoorbeeld bij instellingen zoals het koningshuis. “Naïeve geesten”, stelt Trotski vast, “denken dat de koninklijke institutie vervat zit in de koning zelf, in zijn hermelijnen mantel en zijn kroon, in zijn vlees en bloed. In werkelijkheid is de koninklijke institutie een wederzijdse verhouding tussen mensen. De koning is alleen maar koning omdat de belangen en vooroordelen van miljoenen mensen weerspiegeld worden in zijn persoon. Wanneer de vooruitgang deze wederzijdse verhoudingen wegspoelt, lijkt de koning alleen nog maar een verzwakte man.

De leider die het volk wil, verschilt van de leider die God wil in het feit dat de eerste gedwongen wordt zijn eigen weg te zoeken of in elk geval in te spelen op de loop van gebeurtenissen om ontdekt te worden. Hoe dan ook is een leider steeds een verhouding tussen mensen, het individuele aanbod dat tegemoet komt aan de collectieve vraag. De controverse over de persoonlijkheid van Hitler wordt scherper naarmate het geheim van zijn succes gezocht wordt in hemzelf. Het is moeilijk een andere politieke figuur te vinden die op dezelfde manier in het centrum staat van anonieme historische krachten. Niet ieder verbitterde kleinburger zou Hitler kunnen zijn geworden, maar in iedere verbitterde kleinburger schuilt een deel van Hitler”.^[97]

In Het Kapitaal toont Marx aan hoe concrete menselijke arbeid het medium wordt om abstracte menselijke arbeid uit te drukken. Het is de vorm waaronder zijn tegengestelde, abstracte menselijke arbeid, zich manifesteert. Waarde is geen materiële zaak die kan worden afgeleid uit de fysieke eigenschappen van een waar. Het is een abstractie. Maar daarom is het nog geen willekeurige uitvinding. In feite is het een uitdrukking van een objectief proces en wordt het bepaald door de sociaal noodzakelijke arbeidskracht die tijdens de productie ervan wordt gebruikt. Op dezelfde manier is tijd een abstractie die, ook al kan ze niet gezien, gehoord of aangeraakt worden en enkel uitgedrukt worden in relatieve termen zoals meting, toch een uitdrukking is van een objectief fysisch proces.

Ruimte en tijd zijn abstracties die ons in staat stellen de materiële wereld te meten en te begrijpen. Alle metingen hangen samen met ruimte en tijd. De zwaartekracht, chemische eigenschappen, geluid en licht worden allemaal geanalyseerd vanuit ruimte en tijd. Zo is de lichtsnelheid 300.000 kilometer per seconde, terwijl geluid bepaald wordt door het aantal trillingen per seconde. Het geluid van een snaarinstrument wordt bijvoorbeeld bepaald door de tijd waarbinnen een bepaald aantal trillingen zich voordoen en door de ruimtelijke eigenschappen (lengte en dikte) van de trillende snaren. Tijd kan enkel uitgedrukt worden op een relatieve manier. Op dezelfde manier kan de waarde van iets enkel worden uitgedrukt in verhouding tot andere zaken. Toch is waarde eigen aan alle zaken en is tijd een objectief kenmerk van de materie in het algemeen. Het idee dat de tijd zelf alleen maar subjectief is en dus niet meer dan een illusie van de geest, doet denken aan het vooroordeel dat geld niet meer is dan een symbool dat geen objectieve betekenis heeft. Pogingen om goud te ‘ontmunten’, een gevolg van deze foutieve veronderstelling, leiden steeds tot inflatie. Onder het Romeinse Rijk werd de waarde van geld vastgelegd door een keizerlijk decreet en was het verboden om geld te behandelen als een waar. Een voortdurende devaluatie van de munt was het resultaat. Een vergelijkbaar fenomeen heeft zich voorgedaan onder het moderne kapitalisme, in het bijzonder na de Tweede Wereldoorlog. Net als in de kosmologie leidt de verwarring tussen de meting en de aard van het ding ook in de economische praktijk tot problemen.

De meting van de tijd

Hoewel het moeilijk is om tijd te definiëren, is dat niet zo voor de meting ervan. Wetenschappers leggen niet uit wat tijd is maar beperken zich tot de meting van de tijd. Het verwisselen van deze twee begrippen geeft aanleiding tot eindeloze verwarring. Feynman merkt hierover op:

“Het is misschien maar goed dat we het feit accepteren dat tijd een van die dingen is die we niet kunnen definiëren (in de lexicale zin) en alleen maar zeggen dat het is wat we al weten: het is hoe lang we wachten! Wat echt van belang is, is niet hoe we de tijd definiëren, maar hoe we hem meten”.^[98]

De meting van de tijd brengt onvermijdelijk een referentiekader met zich mee en een of ander fenomeen dat verandering in de tijd uitdrukt zoals bijvoorbeeld de rotatie van de aarde of het heen-en-weer gaan van een slinger. De dagelijkse rotatie van de aarde rond haar as zorgt voor een tijdsschaal. Het verval van radioactieve elementen kan gebruikt worden om lange tijdspannes te meten. De meting van tijd brengt een subjectief element met zich mee. De Egyptenaren deelden de dag en de nacht op in twaalfden. De Soemeriërs hadden een getallenstelsel dat gebaseerd was op zestig, dus verdeelden ze een uur in zestig minuten en een minuut in zestig seconden. De meter werd gedefinieerd als één tienmiljoenste van de afstand tussen de pool en de evenaar (hoewel dit niet echt exact is). Een centimeter is een honderdste deel van een meter enzovoort. Begin 20e eeuw leidde het onderzoek van de subatomaire wereld tot de ontdekking van twee natuurlijke maateenheden: de lichtsnelheid, c, en de constante van Planck, h. Ze drukken niet rechtstreeks massa, lengte of tijd uit, maar verbinden ze alle drie met elkaar.

Er bestaat een internationale overeenkomst dat de meter gedefinieerd wordt als de afstand tussen twee inkervingen op een stok die zich ergens in Frankrijk bevindt. De laatste tijd begint men te beseffen dat deze definitie niet zo precies is als zou moeten, en evenmin zo permanent of algemeen als men wel zou willen. Men overweegt nu om een nieuwe definitie aan te nemen, namelijk een overeen te komen (willekeurig) aantal golflengtes van een bepaalde spectrale lijn. Anderzijds varieert de meting van de tijd naargelang de schaal en levensduur van de waargenomen objecten.

Het is duidelijk dat het tijdsbegrip varieert naargelang het referentiekader. Een jaar op de aarde is niet hetzelfde als een jaar op Jupiter. Het idee van tijd en ruimte is voor een mens niet hetzelfde als voor een mug die slechts enkele dagen leeft of een subatomair deeltje met een levensduur van een triljoenste van een seconde (indien we natuurlijk aannemen dat dergelijke dingen ergens een notie van zouden hebben). Waar we hier willen op wijzen is dat tijd verschillend wordt waargenomen in verschillende omstandigheden. Indien we het gegeven referentiekader aanvaarden, zou de manier waarop tijd gezien wordt verschillend zijn. Dit merken we tot op zekere hoogte in de praktijk. Normale methodes om de tijd te meten kunnen bijvoorbeeld niet toegepast worden op de meting van de levensduur van subatomaire deeltjes en ook voor de meting van ‘geologische tijd’ moeten andere maatstaven gebruikt worden.

Vanuit dit standpunt kan men zeggen dat tijd relatief is. Meting brengt noodzakelijkerwijs verhoudingen met zich mee. Het menselijk denken omvat vele begrippen die in wezen relatief zijn, relatieve grootheden zoals bijvoorbeeld ‘groot’ en ‘klein’. Een mens is klein in vergelijking met een olifant, maar groot in vergelijking met een mier. Klein en groot zijn hebben op zich geen betekenis. Een miljoenste van een seconde lijkt een zeer korte tijdspanne, maar op het subatomaire niveau duurt het erg lang. Het andere uiterste is dan weer dat een miljoen jaar een uiterst korte tijdsduur is op kosmologisch vlak.

Alle ideeën over ruimte, tijd en beweging hangen af van onze waarnemingen van de verhoudingen en veranderingen in de materiële wereld. Tijdsmeting varieert aanzienlijk wanneer we verschillende soorten materie beschouwen. De meting van tijd en ruimte is onvermijdelijk afhankelijk van een referentiekader, zoals de aarde, de zon, of een of ander vast punt waarmee gebeurtenissen in het heelal verband kunnen houden. Het is duidelijk dat materie verschillende soorten van verandering ondergaat: verandering van plaats, die op haar beurt verschillende snelheden inhoudt, verandering van toestand, onder andere verschillende energietoestanden, geboorte, verval en dood, organisatie en desorganisatie, en vele andere veranderingen die allemaal uitgedrukt en gemeten kunnen worden in de tijd.

Bij Einstein worden tijd en ruimte niet bekeken als geïsoleerde fenomenen. Het is inderdaad onmogelijk om ze te beschouwen als ‘dingen op zichzelf’. Einstein bracht het idee naar voren dat tijd afhankelijk is van de beweging van een systeem en dat de tijdsintervallen zodanig veranderen dat de lichtsnelheid in het gegeven systeem niet verandert volgens de beweging. Ruimtelijke schalen zijn eveneens aan verandering onderhevig. De oude klassieke newtoniaanse theorieën zijn nog steeds van toepassing voor dagelijks gebruik en zijn zelfs een goede benadering van de algemene werking van het heelal. Newtoniaanse mechanica is nog steeds van toepassing op een zeer brede waaier van wetenschappen en dit niet alleen op astronomie, maar ook op toegepaste wetenschappen zoals ingenieurstechnieken. Bij lage snelheden zijn de effecten van bijzondere relativiteit verwaarloosbaar. De fout die bijvoorbeeld gemaakt wordt bij het bestuderen van een vliegtuig dat vliegt met een snelheid van 400 km per uur, zou ongeveer een tien miljardste van een procent zijn. Zodra echter een bepaalde grens wordt overschreden, houdt de theorie van Newton niet langer stand. Bij de snelheden die we bijvoorbeeld aantreffen in een deeltjesversneller, moeten we rekening houden met Einstein die zegt dat massa niet constant is, maar toeneemt met de snelheid.

Vanuit het standpunt van onze gewone, dagdagelijkse notie van tijdsmeting, kan de extreem korte levensduur van sommige subatomaire deeltjes niet op een adequate manier worden uitgedrukt. Een pi-meson bijvoorbeeld heeft een levensduur van amper 10-16 van een seconde, vooraleer het desintegreert. Op dezelfde manier bedraagt de tijdspanne van een nucleaire trilling, of de levensduur van een vreemd resonantiedeeltje 10-24, wat ongeveer de tijd is die licht nodig heeft om de kern van een waterstofatoom te passeren. Er is dus een andere maateenheid nodig. Zeer korte tijdspannes, laten we zeggen van 10-12 van een seconde, worden gemeten met een elektronenoscilloscoop. Nog kortere tijden kunnen geijkt worden met lasertechnieken. Aan het andere uiteinde van de schaal kunnen zeer lange periodes gemeten worden met een radioactieve ‘klok’.

In zekere zin is ieder atoom in het heelal een klok omdat het licht absorbeert (en dus elektromagnetische stralen) en dit met een bepaalde frequentie uitstraalt. Sinds 1967 is de internationaal officieel erkende tijdsstandaard gebaseerd op de atomische (caesium)klok. Een seconde wordt gedefinieerd als 9.192.631.770 trillingen van de microgolfstraling van caesium-133-atomen gedurende een welbepaalde atomaire configuratiewijziging. Zelfs deze uiterst accurate klok is niet honderd procent perfect. In zowat tachtig verschillende landen worden verschillende metingen opgetekend met atomaire klokken en wordt er overeengekomen de tijd te ‘wegen’ met de meest betrouwbare klokken. Op die manier is het mogelijk om tot een accurate tijdsmeting te komen, op een miljoenste van een seconde per dag na, of zelfs nog minder.

Voor dagelijks gebruik volstaat het ’normale’ bijhouden van de tijd, gebaseerd op de omwenteling van de aarde en de waarneembare bewegingen van de zon en de sterren. Maar voor een hele reeks technologieën, zoals bij de navigatie van schepen en vliegtuigen, kan het fouten tot gevolg hebben. Het is op zulke niveaus dat de effecten van de relativiteit zich laten voelen. Men heeft proefondervindelijk vastgesteld dat atomaire klokken die op de grond staan trager werken dan op hoge hoogten waar de invloed van de zwaartekracht zwakker is. Atomaire klokken lopen op een hoogte van 10.000 meter ongeveer drie miljardste van een seconde per uur voor. Dit komt overeen met de berekeningen van Einstein.

Probleem niet opgelost

De bijzondere relativiteitstheorie is een van de grootste prestaties van de wetenschap. Ze heeft een revolutie teweeggebracht in de manier waarop we het heelal bekijken. Omdat relativiteit een veel nauwkeurigere meetmethode is dan de oude newtoniaanse wetten, zijn gigantische stappen vooruit gezet. Het filosofische vraagstuk van de tijd werd echter niet volledig opgelost door de relativiteitstheorie van Einstein. Deze kwestie is zelfs prangender dan ooit. Dat er iets subjectiefs en zelfs willekeurigs is aan de meting van de tijd is evident. Dit brengt ons echter niet tot de conclusie dat tijd een louter subjectieve zaak is. Einstein heeft zijn hele leven gespendeerd aan het onderzoek van de objectieve natuurwetten. De vraag is of de natuurwetten, tijd inbegrepen, dezelfde zijn voor iedereen, onafhankelijk van de plaats waar men zich bevindt en van de snelheid waarmee men zich verplaatst. Einstein was onzeker op dit punt. Soms scheen hij het aan te nemen en op andere momenten verwierp hij het.

De objectieve natuurprocessen worden niet bepaald door het feit of ze waargenomen worden of niet. Ze bestaan op zich. Het universum, en bijgevolg tijd, bestond voor er mensen bestonden die er zich vragen over stelden en zal lang nadat er geen mensen meer zijn blijven bestaan. Het materiële universum is eeuwig, oneindig en in een voortdurende staat van verandering. Maar omdat de menselijke geest in staat zou zijn het oneindige heelal te begrijpen, is het noodzakelijk het te vertalen in eindige termen, het te analyseren en in getallen uit te drukken zodat het een realiteit kan worden voor ons. De manier waarop we het heelal observeren verandert het niet (tenzij er fysische processen mee gemoeid zijn die een invloed hebben op wat we observeren). De manier waarop het zich aan ons voordoet, kan echter wel veranderen. Van waar wij staan schijnt de aarde in rust te zijn. Maar voor een astronaut die voorbij onze planeet vliegt, lijkt ze tegen grote snelheid voorbij te schieten. Einstein, die over een bijzonder droge humor scheen te beschikken, zou ooit eens aan een verbijsterde kaartjesknipper gevraagd hebben: “Wanneer stopt Oxford aan deze trein?”

Einstein was vastbesloten de wetten van de natuurkunde zodanig te herschrijven dat de berekeningen steeds correct zouden zijn, onafhankelijk van de beweging van de betrokken lichamen, of de ‘gezichtspunten’ die eruit voortvloeien. Vanuit het standpunt van de relativiteit is een constante beweging in een rechte lijn niet te onderscheiden van een positie in rust. Wanneer twee voorwerpen elkaar met een constante snelheid passeren, is het even goed mogelijk om te zeggen dat A B passeert als omgekeerd, dat B A passeert. Op die manier komen we tot de ogenschijnlijke tegenstelling dat de aarde tegelijkertijd zowel in rust als in beweging is. In het geval van de astronaut “is het tegelijkertijd juist te stellen dat de aarde over een grote bewegingsenergie beschikt of net geen energie en beweging heeft; het standpunt van de astronaut is evenveel waard als dat van de geleerden op aarde”.^[99]

Ook al lijkt het eenvoudig, de meting van de tijd stelt ons voor een probleem omdat de veranderingsgraad van de tijd vergeleken moet worden met iets anders. Indien er een absolute tijd bestaat, dan moet die op zijn beurt ook veranderen en daarom gemeten worden tegenover een andere tijd, en dit tot in het oneindige. Het is echter belangrijk om in te zien dat dit probleem zich enkel voordoet bij het meten van de tijd. De filosofische vraag over de aard van de tijd zélf heeft hierop geen betrekking. Voor praktische rekenkundige en meetkundige doeleinden is het van essentieel belang dat er een bepaald referentiekader wordt afgebakend. We moeten de positie kennen van de waarnemer in verhouding tot de waargenomen fenomenen. De relativiteitstheorie toont aan dat beweringen als ‘op één en dezelfde plaats’ en ‘op één en hetzelfde moment’ in feite geen betekenis hebben.

De relativiteitstheorie houdt een tegenstelling in. Ze stelt dat gelijktijdigheid in verhouding staat tot een assenstelsel. Indien één assenstelsel beweegt ten opzichte van een ander, dan zijn zaken die gelijktijdig gebeuren ten opzichte van het eerste niet gelijktijdig ten opzichte van het tweede, en vice versa. Dit feit, dat in flagrante tegenspraak is met het gezond verstand, werd proefondervindelijk aangetoond. Maar het is helaas ook vatbaar voor een idealistische interpretatie van de tijd zoals bijvoorbeeld dat er een hele variëteit van ‘hedens’ bestaat. Zolang dit vraagstuk niet wordt opgelost, kunnen allerlei fouten gemaakt worden: bijvoorbeeld het idee dat de toekomst reeds bestaat en plotseling totstandkomt in het ‘nu’, net zoals een ondergedompelde rots plotseling tevoorschijn komt wanneer er een golf overheen spoelt. In feite worden zowel het verleden als de toekomst gecombineerd in het heden. De toekomst is het potentiële zijn. Het verleden is wat reeds geweest is. Het ‘nu’ is de eenheid van beide. Het is feitelijk zijn tegenover potentieel zijn. Juist om die reden is het gebruikelijk om spijt te hebben van het verleden en angst voor de toekomst, niet omgekeerd. Het gevoel van spijt komt voort uit de vaststelling, bevestigd door alle menselijke ervaring, dat het verleden voor altijd verloren is, terwijl de toekomst onzeker is.

Benjamin Franklin stelde ooit vast dat er slechts twee zaken zeker zijn in het leven, de dood en belastingen, en de Duitsers hebben een spreuk die zegt: “Man muss nur sterben”, “men moet alleen maar sterven”, wat erop neerkomt dat al de rest optioneel is. Uiteraard is dit niet zo. Er zijn veel meer zaken onvermijdelijk dan de dood, of zelfs belastingen. In de praktijk weten we dat er uit een oneindig aantal mogelijke uitkomsten slechts een beperkt aantal echt mogelijk zijn. Daarvan zijn er op een gegeven ogenblik nog een kleiner aantal waarschijnlijk. En van dat kleine aantal zal er zich in werkelijkheid uiteindelijk maar één voordoen. Het is nu juist de taak van de wetenschappen om de precieze manier te ontdekken waarop dit proces zich voordoet. Een taak die onmogelijk is indien we niet aanvaarden dat gebeurtenissen en processen zich in de tijd ontvouwen en dat tijd een objectief fenomeen is dat de basis van alle vormen van materie en energie uitdrukt: verandering.

De materiële wereld is in een voortdurende staat van verandering, en daarom “is ze en is ze niet.” Dit is de fundamentele stelling van de dialectiek. Filosofen als de Anglo-Amerikaanse Alfred North Whitehead en de Franse intuïtionist Henri Bergson geloofden dat het verloop van de tijd een metafysisch feit was dat enkel begrepen kon worden door niet-wetenschappelijke intuïtie. Ondanks hun mystieke ondertoon zijn dergelijke ‘procesfilosofen’ tenminste correct als ze stellen dat de toekomst open is en niet gedetermineerd, terwijl het verleden niet veranderd kan worden en dus vastligt. Het is ‘bevroren tijd’. Anderzijds zijn er de ‘filosofen van het veelvuldige’ die beweren dat toekomstige gebeurtenissen zich kunnen voordoen, maar niet op een voldoende wetmatige manier verbonden kunnen worden met voorbije gebeurtenissen. Op basis van een filosofisch onjuiste opvatting over de tijd vervallen we in louter mysticisme, zoals met het begrip ‘multiversum’, een oneindig aantal ‘parallelle’ universums die tegelijkertijd bestaan. Dit is de verwarring die ontstaat wanneer men de relativiteit op een idealistische manier interpreteert.

Idealistische interpretaties

“There was a young lady named Bright
Whose speed was faster than light;
She set out one day
In a relative way
And returned home the previous night.”
(A. Buller, Punch, 19 december 1923)

Net zoals de kwantummechanica werd relativiteit aangegrepen door diegenen die mysticisme in de wetenschap willen brengen. ‘Relativiteit’ zou willen zeggen dat we de wereld eigenlijk niet kunnen kennen. Zoals John Desmond Bernal (1901-1971) uitlegt:

“Het is echter ook waar dat het werk van Einstein, buiten de enge gespecialiseerde terreinen waarop het van toepassing is, een algemeen mystiek effect had. Na de Eerste Wereldoorlog werd het door gedesillusioneerde intellectuelen gretig aangegrepen als rechtvaardiging om de werkelijkheid niet onder ogen te hoeven zien. Ze moesten alleen maar het woord ‘relativiteit’ gebruiken en zeggen: ‘Alles is relatief’, of: ‘Het hangt ervan af wat je bedoelt’.^[100]

Dit is een volledig verkeerde interpretatie van de ideeën van Einstein. Het is zelfs zo dat het woord ‘relativiteit’ zélf een verkeerde benaming is. Einstein zelf verkoos de naam ‘onveranderlijkheidstheorie’, wat veel beter uitdrukt wat hij precies bedoelde, juist het omgekeerde van het vulgaire idee over de relativiteitstheorie. Het is helemaal niet zo dat voor Einstein “alles relatief is.” Om te beginnen is de rustenergie (de eenheid van materie en energie) een van de absolute begrippen van de relativiteitstheorie. De lichtsnelheid is een ander voorbeeld. In plaats van een willekeurige, subjectieve interpretatie van de realiteit, waarbij de ene opinie evenwaardig is aan de andere en “het allemaal afhangt van de manier waarop je de zaken bekijkt”, “ontdekte Einstein wat ‘absoluut’ en betrouwbaar was ondanks de ogenschijnlijke verwarringen, illusies en tegenstellingen die worden voortgebracht door relatieve bewegingen of de invloed van de zwaartekracht”.^[101]

Het heelal verkeert in een staat van voortdurende verandering. In die zin is niets ‘absoluut’ of eeuwig. Het enige absolute is beweging en verandering, de fundamentele bestaanswijze van de materie, iets wat Einstein aantoonde in 1905. Tijd en ruimte vormen de bestaanswijze van materie en zijn dus objectieve fenomenen. Het zijn niet enkel abstracties of willekeurige begrippen, uitgevonden door mensen (of goden) omdat het hen goed uitkomt, maar fundamentele eigenschappen van materie, die de universaliteit van materie uitdrukken.

Ruimte is driedimensionaal, maar tijd heeft slechts één dimensie. Het spijt ons voor de makers van films waarin het mogelijk is om “terug te gaan in de toekomst”, maar wat de tijd betreft is het alleen maar mogelijk in één richting te reizen, en dat is van het verleden naar de toekomst. Er bestaat voor een astronaut geen gevaar terug te keren naar de aarde voor zijn geboorte, of voor een man om met zijn grootmoeder te trouwen, of voor andere leuke maar idiote Hollywood-fantasieën. Tijd is onomkeerbaar en dat betekent dat elk materieel proces slechts in één richting ontwikkelt: van het verleden naar de toekomst. Tijd is enkel een manier om de reële beweging en de veranderende staat van materie uit te drukken. Materie, beweging, tijd en ruimte zijn onafscheidbaar.

De theorie van Newton schoot te kort omdat ruimte en tijd werden beschouwd als afzonderlijke gehelen, naast elkaar bestaand, onafhankelijk van materie en beweging. Tot de 20e eeuw vereenzelvigden de wetenschappers ruimte met een vacuüm (een ‘niets’), dat gezien werd als iets absoluuts, namelijk altijd en overal hetzelfde onveranderlijke ‘ding’. Deze lege abstracties zijn volledig voorbijgestreefd door de moderne natuurkunde, die de diepgaande verhouding tussen tijd, ruimte, materie en beweging heeft aangetoond. De relativiteitstheorie van Einstein toont overtuigend aan dat tijd en ruimte niet op zichzelf bestaan, onafhankelijk van materie, maar deel uitmaken van een universeel onderling verband van fenomenen. Dit wordt uitgedrukt door het concept van de integrale en onverdeelbare ruimtetijd, waarbij tijd en ruimte worden beschouwd als relatieve aspecten. Een controversieel idee dat hiermee samenhangt, is de stelling dat een klok in beweging de tijd trager zou aangeven dan een klok in rust. Het is echter belangrijk erbij te vermelden dat dit effect slechts merkbaar wordt bij buitengewoon hoge snelheden die de snelheid van het licht benaderen.

Indien de algemene relativiteitstheorie van Einstein correct is, dan bestaat de theoretische mogelijkheid om in de toekomst onvoorstelbaar lange afstanden af te leggen in de ruimte. In theorie zou het voor een menselijk wezen mogelijk zijn om duizenden jaren te overleven in de toekomst. De hele kwestie staat of valt met de vraag of de veranderingen die worden waargenomen in de tijdsaanduiding van atomaire klokken, ook van toepassing zijn op het levensritme zelf. Onder de invloed van sterke zwaartekracht tikken atomaire klokken trager dan in de ruimte. De vraag is of de complexe onderlinge verhoudingen tussen moleculen waaruit levende wezens zijn samengesteld, zich op dezelfde manier gedragen. Isaac Asimov, de bekende sciencefictionauteur, schreef: “Indien tijd effectief trager verloopt in beweging, is het zelfs mogelijk dat iemand binnen zijn eigen levensloop zou reizen naar een ver verwijderde ster. Maar uiteraard zou hij zijn eigen generatie vaarwel moeten zeggen en terugkeren naar de wereld van de toekomst”.^[102]

De snelheid van levende processen wordt bepaald wordt door de snelheid van atomaire activiteit. Zo zal het hart onder invloed van sterke zwaartekracht trager kloppen en zal ook de hersenactiviteit vertragen. Eigenlijk vermindert alle energie in aanwezigheid van zwaartekracht. Indien processen vertragen, vergen ze ook meer tijd. Indien een ruimtetuig in staat zou zijn om de lichtsnelheid te benaderen, zou het overkomen alsof het heelal voorbij flitst, terwijl de tijd voor de inzittenden ‘normaal’ zou verstrijken, aan een veel lagere snelheid dus. Dit zou de indruk wekken dat de tijd buiten het ruimtetuig versneld wordt. Is dat zo? Zouden de ruimtereizigers in de toekomst leven ten opzichte van de aardbewoners of niet? Einstein schijnt hierop bevestigend te antwoorden.

Een dergelijke speculatie leidt al snel tot allerhande wilde en mystieke ideeën, bijvoorbeeld dat een mens in een zwart gat zou kunnen springen en zo een ander universum zou kunnen betreden. Indien zwarte gaten bestaan – en dat is nog steeds niet helemaal bewezen – zou het enige wat we in het centrum zouden aantreffen, de ineengevallen overblijfselen van een gigantische ster zijn, niet een ander heelal. Ieder wezen dat er in zou gaan, zou onmiddellijk uiteen worden gescheurd en worden omgezet in pure energie. Als dat is wat bedoeld wordt met het binnentreden van een ander universum mogen degenen die zulke ideeën verkondigen gerust de eerste excursie maken! In werkelijkheid is dit zuivere speculatie, hoe vermakelijk het ook is. Het hele idee van tijdreizen leidt onvermijdelijk tot een hele reeks contradicties, niet van de dialectische, maar wel van de absurde soort. Einstein zou geschokt zijn over de mystieke interpretaties van zijn theorieën, gaande van het vooruit-en achteruitreizen in de tijd tot het veranderen van de toekomst en andere onzin. Hij draagt zelf wel enige verantwoordelijkheid voor die situatie door het idealistische element in zijn opvattingen vooral wat de tijd betreft.

Laten we aannemen dat een atomaire klok op grote hoogte wegens de invloed van de zwaartekracht sneller loopt dan een die op de begane grond staat. Laten we eveneens aannemen dat wanneer deze klok terugkeert naar de aarde men tot de vaststelling komt dat ze pakweg 50 miljardsten van een seconde ouder is dan een klok die op de grond gebleven is. Betekent dit dan dat een mens die dezelfde reis heeft afgelegd op dezelfde manier verouderd is? Het verouderingsproces hangt af van de snelheid van het metabolisme. Dit wordt gedeeltelijk beïnvloed door de zwaartekracht, maar ook door vele andere factoren. Het is een complex biologisch proces en het is niet eenvoudig om te zien hoe het fundamenteel beïnvloed kan worden door snelheid of zwaartekracht, behalve dat extremen in beide gevallen materiële schade kunnen toebrengen aan levende organismen.

Indien het mogelijk is de snelheid van het metabolisme zoals voorspeld te vertragen, zodat de hartslag bijvoorbeeld vertraagt tot één slag om de twintig minuten, dan zou het verouderingsproces naar alle waarschijnlijkheid evenredig trager verlopen. Het is wel degelijk mogelijk het metabolisme te vertragen door het bijvoorbeeld te bevriezen. Of dit nu het effect zou zijn van reizen met uiterst hoge snelheden, zonder het organisme te doden, valt te betwijfelen. Volgens de bekende theorie zou zulk een relativistische astronaut indien hij erin zou slagen terug te keren naar de aarde, terugkeren na ongeveer 10.000 jaar en zou hij – om de gangbare analogie verder te zetten – zijn eigen verre afstammelingen kunnen huwen. Hij zou echter nooit in staat zijn om terug te keren naar zijn ‘eigen’ tijd.

Proeven met subatomaire deeltjes (muonen) wijzen uit dat deeltjes die zich voortbewegen met 99,94 procent van de lichtsnelheid hun levensduur ongeveer dertig keer verlengen, precies zoals door Einstein werd gedacht. Of deze conclusies echter doorgetrokken kunnen worden op een grotere schaal en kunnen toegepast worden op levende materie in het bijzonder, valt nog af te wachten. Er zijn al vaker ernstige fouten gemaakt door resultaten die op een bepaald terrein werden bekomen, toe te passen op totaal andere terreinen. Misschien worden in de toekomst ruimtereizen met zeer hoge snelheden mogelijk, wie weet met een tiende van de lichtsnelheid. Aan zulk een snelheid zou een afstand van vijf lichtjaren in vijftig jaar worden afgelegd (hoewel het volgens de theorie van Einstein voor de reizigers zelf drie maanden korter zou duren). Zal het ooit mogelijk zijn om te reizen met de snelheid van het licht en zal de mens zo de sterren kunnen bereiken? Op dit moment lijkt dit niet haalbaar. Anderzijds kwam het idee om naar de maan te reizen honderd jaar voor de eerste maanlanding ook alleen maar voor in de romans van Jules Verne.

Mach en positivisme

'Het voorwerp is de echte waarheid, het is de essentie; het is, of het nu bekend is of niet; het blijft en houdt stand, ook al is het niet bekend, terwijl de kennis niet bestaat als het voorwerp er niet is.” (Hegel)^[103]

Het bestaan van verleden, heden en toekomst staat diep in het menselijk bewustzijn gegrift. We leven nu maar we kunnen ons gebeurtenissen uit het verleden herinneren en tot op zekere hoogte toekomstige gebeurtenissen voorzien. Er is een ‘voordien’ en een ‘nadien’. Toch zijn er sommige filosofen en wetenschappers die dit betwisten. Ze beschouwen tijd als een product van de geest, een illusie. Volgens hen is er zonder menselijke waarnemers geen tijd, geen verleden, geen heden en geen toekomst. Dit is het standpunt van het subjectief idealisme, een geheel irrationele en onwetenschappelijke visie die zich gedurende de laatste honderd jaar heeft proberen te baseren op de ontdekkingen in de fysica om een zekere respectabiliteit te verlenen aan wat in essentie een mystieke kijk op de wereld is. Ironisch genoeg is het net het logisch positivisme, een tak van het subjectief idealisme, dat de grootste impact gehad heeft op de wetenschap in de 20e eeuw.

Het positivisme houdt er een enge visie op na en gaat ervan uit dat de wetenschap zich moet beperken tot de ‘waargenomen feiten’. De stichters van deze school schrokken ervoor terug om theorieën als juist of fout te beschouwen maar beschreven ze liever als min of meer ‘nuttig’. Interessant om weten is dat Ernst Mach (1838-1916), de werkelijke spirituele vader van het neopositivisme, gekant was tegen de atomaire theorie van de fysica en de chemie. Dit was het logische gevolg van het enge empirisme van de positivistische visie. Als het atoom niet zichtbaar is, hoe kan het dan bestaan? Het werd door hen in het beste geval beschouwd als een handige fictie, in het slechtste als een onaanvaardbare ad hoc-hypothese. Een van Machs medestanders, Wilhelm Ostwald, probeerde zelfs de basiswetten van de scheikunde af te leiden zonder hulp van de atomaire hypothese!

Boltzmann leverde, net als de vader van de kwantummechanica Max Planck, scherpe kritiek op Mach en de positivisten. Lenin onderwierp de ideeën van Mach en Richard Avenarius, de stichter van de school van het empirio-criticisme, aan een vernietigende kritiek in zijn boek Materialisme en empirio-criticisme (1908). Toch hadden de ideeën van Mach een grote impact en maakten ze onder andere indruk op de jonge Albert Einstein. Ze vertrokken vanuit het standpunt dat alle ideeën afgeleid moeten worden uit het ‘gegeven’, van de informatie die ons onmiddellijk bereikt via onze zintuigen. Daarop bouwden ze verder, en ze ontkenden bijgevolg het bestaan van een natuurlijke wereld die losstaat van de menselijke zintuiglijke waarneming. Mach en Avenarius verwezen naar fysieke voorwerpen als ‘gevoelscomplexen’. Volgens die logica is een tafel bijvoorbeeld niets meer dan een verzameling van zintuiglijke indrukken zoals hardheid, kleur, gewicht enzovoort.

Zonder die zintuiglijke indrukken zou er volgens hen niets van overblijven. Daarom werd door hen het idee van materie (in de filosofische zin, dus de objectieve wereld die we met onze zintuigen waarnemen) als zinloos bestempeld.

Zoals reeds vermeld, leidden deze ideeën regelrecht tot solipsisme, het idee dat alleen ‘ik’ besta. Indien ik mijn ogen sluit, houdt de wereld op te bestaan. Mach was het oneens met het idee van Newton dat ruimte en tijd absolute en reële entiteiten zijn, maar hij deed dit vanuit een subjectief-idealistisch standpunt. Het is onvoorstelbaar dat de meest invloedrijke moderne filosofische school (en degene die de grootste invloed had op de wetenschappers) werd afgeleid uit het subjectief idealisme van Mach en Avenarius.

De obsessie met ‘de waarnemer’, die als een rode draad door de gehele theoretische fysica van de 20e eeuw loopt, komt voort uit de subjectief-idealistische filosofie van Ernst Mach. Mach vertrok vanuit het empirische argument dat “al onze kennis wordt afgeleid uit onmiddellijke zintuiglijke waarneming” en beweerde dat voorwerpen niet onafhankelijk van ons bewustzijn kunnen bestaan. Indien we dit tot zijn logische conclusie doortrekken, zou dit bijvoorbeeld betekenen dat de wereld niet heeft kunnen bestaan vooraleer er mensen aanwezig waren om haar waar te nemen. Meer nog, ze kon niet bestaan voor ik aanwezig was, aangezien ik alleen maar mijn eigen gevoelens kan kennen en er daarom niet zeker van kan zijn dat er ook een ander bewustzijn bestaat.

Het voornaamste is dat Einstein zelf aanvankelijk onder de indruk was van deze argumenten, die hun sporen nalieten in zijn vroege geschriften over relativiteit. Dit heeft de moderne wetenschap ongetwijfeld erg grote schade berokkend. Terwijl Einstein in staat was zijn fout in te zien en ze probeerde te corrigeren, zijn degenen die de meester op slaafse wijze zijn gevolgd, niet in staat geweest om het kaf van het koren te scheiden. Zoals vaak gebeurt, worden overijverige discipelen dogmatisch. Ze zijn roomser dan de paus! In zijn autobiografie toont Karl Popper duidelijk aan dat Einstein in zijn latere jaren spijt had over zijn vroeger subjectief idealisme, of ‘operationalisme’, wat de aanwezigheid van een waarnemer vereiste om natuurlijke processen te bepalen:

"Het is een interessant feit dat Einstein zelf jarenlang een dogmatisch positivist en operationalist was. Hij verwierp later deze interpretatie: hij vertelde me in 1950 dat hij over geen enkele fout zoveel spijt had als deze fout. De fout nam een ernstige vorm aan in zijn populaire boek Relativity: The Special and the General Theory. Daar zegt hij: ‘Ik wil de lezer vragen niet verder te gaan alvorens hij overtuigd is op dit punt.’ Het punt is dat ‘simultaneïteit’ gedefinieerd moet worden – en gedefinieerd op een operationele manier – aangezien ‘ik me anders laat bedriegen (...) wanneer ik me inbeeld dat ik in staat ben een betekenis te hechten aan de stelling van simultaneïteit.’ Of met andere woorden, een term moet operationeel gedefinieerd worden, anders heeft hij geen betekenis. (Hier wordt in een notendop het positivisme later ontwikkeld door de Weense Kring onder invloed van Wittgensteins Tractatus, in een zeer dogmatische vorm dan nog)."

Dit is belangrijk, want het toont aan dat Einstein uiteindelijk de subjectivistische interpretatie van zijn relativiteitstheorie verwierp. Alle nonsens over ‘de waarnemer’ als bepalende factor was geen essentieel deel van zijn theorie, maar enkel de weerspiegeling van een filosofische fout die Einstein heeft toegegeven. Dit weerhield de volgelingen van Einstein er helaas niet van deze fout over te nemen en ze daarbij op te blazen tot een punt dat ze overkwam als een fundamentele hoeksteen van de relativiteit. Het is hier dat we de reële oorsprong vinden van het subjectief idealisme van Heisenberg:

“Maar vele uitstekende natuurkundigen”, gaat Popper verder, "waren sterk onder de indruk van Einsteins operationalisme, dat ze aanzagen (zoals Einstein zelf voor lange tijd) als een integraal deel van relativiteit. En zo gebeurde het dat operationalisme de inspiratie werd voor Heisenbergs verhandeling van 1925, en van zijn algemeen aanvaarde suggestie dat het concept van de baan van een elektron, of van diens klassieke positie-cum-momentum, betekenisloos was”.^[104]

Het feit dat tijd een objectief fenomeen is dat reële processen in de natuur weerspiegelt, werd voor het eerst aangetoond door de wetten van de thermodynamica, die in de 19e eeuw werden uitgewerkt en die nog steeds een centrale rol spelen in de moderne fysica. Deze wetten, in het bijzonder zoals ze werden ontwikkeld door Boltzmann, versterken de opvatting dat tijd niet alleen objectief bestaat, maar dat hij maar in één richting gaat, van het verleden naar de toekomst. Tijd kan niet worden omgedraaid en is evenmin afhankelijk van eender welke ‘waarnemer’.

Boltzmann en tijd

De fundamentele vraag die moet worden gesteld, luidt: is tijd een objectief kenmerk van het fysieke universum? Of is hij iets louter subjectiefs, een illusie van de geest, of slechts een handige manier om de zaken te beschrijven waarmee hij geen echt verband houdt? Het is deze laatste stelling die er in meerdere of mindere mate door een aantal verschillende denkscholen, die alle nauw verbonden zijn met de filosofie van het subjectief positivisme, werd aangehangen. Zoals we gezien hebben, loodste Mach dit subjectivisme de wetenschap binnen. Tegen het einde van de 19e eeuw werd het op afdoende wijze weerlegd door Ludwig Boltzmann, de pionier van de thermodynamica.

Onder invloed van Ernst Mach beschouwde Einstein – althans in zijn beginperiode, vooraleer hij zich bewust werd van de schadelijke gevolgen van deze benadering – de tijd als iets subjectiefs, iets wat afhankelijk was van de waarnemer. In 1905 bracht zijn verhandeling over de speciale relativiteitstheorie het begrip van een ‘lokale tijd’ naar voor, eigen aan elke afzonderlijke waarnemer. Het concept van de tijd bevat hier een idee dat wordt overgenomen vanuit de klassieke fysica, namelijk dat tijd omkeerbaar is. Dit is heel opmerkelijk en in flagrante tegenspraak met alle mogelijke ondervinding. Filmregisseurs maken vaak gebruik van trucage en draaien de film achterstevoren af, met de gekste taferelen als gevolg: melk vloeit vanuit het glas terug in de fles, bussen en wagens rijden achteruit, eieren springen terug in hun schaal enzovoort. We lachen hiermee en dat is ook de bedoeling. We lachen omdat we weten dat wat we zien onmogelijk is en absurd. We weten dat de processen die zich voor ons afspelen niet kunnen omgedraaid worden.

Boltzmann zag dit in, en het concept van de onomkeerbaarheid van de tijd ligt aan de basis van zijn beroemde theorie over de pijl van de tijd. De wetten van de thermodynamica zorgden voor een belangrijke doorbraak in de wetenschap, maar waren controversieel. Deze wetten konden niet verzoend worden met de bestaande wetten van de fysica aan het einde van de 19e eeuw. De tweede wet van de thermodynamica kan niet worden afgeleid van de wetten van de mechanica of kwantummechanica, en zorgde voor een scherpe breuk met de theorieën van de vroegere natuurkunde. Ze stelt dat entropie steeds toeneemt in de tijd. Ze duidt een toestandsverandering aan in de tijd die onomkeerbaar is. Het begrip van een tendens tot dissipatie (de onvermijdelijke warmteontwikkeling in een belasting of regeling van elektrische stroom) botste met het aanvaarde idee dat de hoofdtaak van de fysica erin bestond om de complexiteit van de natuur te herleiden tot eenvoudige bewegingswetten.

Het idee van entropie, dat gewoonlijk gezien wordt als de tendens naar grotere desorganisatie en verval met het verloop van de tijd, ligt volledig in de lijn met wat mensen altijd hebben geloofd: dat tijd echt bestaat en dat het een eenrichtingsproces is. De twee wetten van de thermodynamica omvatten het bestaan van het fenomeen dat bekend staat als entropie en waargenomen wordt in alle onomkeerbare processen. Haar definitie is gebaseerd op een andere eigenschap die bekend staat als beschikbare energie. De entropie van een geïsoleerd systeem kan constant blijven of toenemen, maar kan niet afnemen. Een van de gevolgen hiervan is de onmogelijkheid van een ‘perpetuum mobile’.

Einstein beschouwde het idee van onomkeerbare tijd als een illusie die geen plaats had in de fysica. In de woorden van Max Planck: de tweede wet van de thermodynamica gaat van het idee uit dat er in de natuur een hoeveelheid bestaat die altijd in dezelfde zin verandert bij alle natuurlijke processen. Dit is niet afhankelijk van de waarnemer, maar een objectief proces. De opinie van Planck was echter die van een kleine minderheid. De grote meerderheid van de wetenschappers schreven het net als Einstein toe aan subjectieve factoren. De houding van Einstein over deze kwestie legt de centrale zwakheid van zijn standpunt bloot, namelijk dat hij objectieve processen afhankelijk maakt van een niet-bestaande ‘waarnemer’. Dit was ongetwijfeld het zwakste element in zijn hele visie en juist daarom het deel dat het populairst is gebleken bij zijn opvolgers die zich niet bewust schijnen te zijn dat Einstein tegen het einde van zijn leven hierover zelf van mening was veranderd.

In de natuurkunde en de wiskunde is de tijd omkeerbaar. ‘Twee gebeurtenissen die ongevoelig zijn aan tijdsomkering’ impliceert dat dezelfde wetten van de fysica in beide situaties evengoed van toepassing zijn. De tweede gebeurtenis is niet te onderscheiden van de eerste, en het verloop van de tijd heeft geen voorkeursrichting bij fundamentele wisselwerkingen. Een film van twee botsende biljartballen kan zowel vooruit als achteruit worden afgespeeld zonder dat we ons een idee kunnen vormen van het ware tijdsverloop van de gebeurtenis. Aangenomen werd dat hetzelfde gold voor de wisselwerkingen op het subatomaire niveau. In 1964 werd bij zwakke nucleaire wisselwerkingen echter bewijs voor het tegendeel gevonden.

In de dynamica was de richting van een gegeven baan van geen belang. Een bal bijvoorbeeld die op de grond botst, zou terugkeren naar zijn oorspronkelijke positie. Om het even welk systeem kan dus ‘teruggaan in de tijd’, indien alle betrokken punten worden omgekeerd. Alle toestanden die het eerder had doorlopen, zouden eenvoudigweg terugkeren. In de klassieke dynamica worden veranderingen zoals tijdsomkering (t → -t) en snelheidsomkering (v → -v) behandeld als wiskundige equivalenten. Dit soort berekeningen werkt goed bij eenvoudige gesloten systemen, waar geen wisselwerkingen zijn. In werkelijkheid is elk systeem echter onderhevig aan vele wisselwerkingen. Een van de voornaamste problemen in de fysica is het ‘drie-lichamen’-probleem. De beweging van de maan wordt bijvoorbeeld beïnvloed door de zon en de aarde. In de klassieke dynamica verandert een systeem volgens een baan die voor eens en altijd gegeven is en wordt het vertrekpunt ervan nooit vergeten. De beginvoorwaarden bepalen de baan voor altijd. De banen van de klassieke fysica waren simpel en deterministisch. Er zijn echter andere banen die niet zo eenvoudig vast te pinnen zijn, bijvoorbeeld bepaalde slingerbewegingen, waar een onbeduidende verstoring voldoende is om hem aan het draaien en het wentelen te brengen.

Het belang van het werk van Boltzmann bestond erin dat hij veeleer de fysica van processen behandelde dan de fysica van voorwerpen. Zijn grootste verwezenlijking was aan te tonen dat de eigenschappen van atomen (massa, lading, structuur) de zichtbare eigenschappen van materie (viscositeit, warmtegeleiding, diffusie enzovoort) bepalen. Zijn opvattingen werden gedurende zijn leven heftig aangevallen, maar bevestigd door de ontdekkingen van de atomaire fysica kort voor 1900 en ook door het besef dat de willekeurige beweging van microscopische deeltjes in een vloeistof (‘Brownse beweging’) enkel verklaard kon worden met de statistische mechanica uitgevonden door Boltzmann.

De klokvormige Gauss-curve beschrijft de willekeurige beweging van moleculen in een gas. Een stijging van de temperatuur leidt tot een stijging van de gemiddelde snelheid van de moleculen en de energie. Terwijl Clausius en Maxwell dit vraagstuk benaderden vanuit het standpunt van de banen van individuele moleculen, nam Boltzmann de totaliteit van moleculen in beschouwing. Zijn kinetische vergelijkingen spelen een belangrijke rol in de fysica van gassen. Het was een grote stap vooruit in de fysica van processen. Boltzmann was een groot pionier die door het wetenschappelijke establishment behandeld werd als een gek. Hij werd gedwongen zijn poging te staken om de onomkeerbare aard van tijd als een objectief kenmerk van de natuur te bewijzen en werd in 1906 uiteindelijk tot zelfmoord gedreven.

Terwijl de gebeurtenissen in de film die we eerder beschreven perfect mogelijk zijn in de theorie van de klassieke mechanica, zijn ze dat in de praktijk niet. In de theorie van de dynamica bijvoorbeeld vinden we een ideale wereld waarin zaken als wrijving en botsing niet bestaan. In deze ideale wereld liggen alle op een bepaald ogenblik betrokken onveranderlijke grootheden vast van bij het begin. Er kan niets gebeuren dat hun koers verandert. Op die manier komen we tot een volledig statische kijk op het universum en wordt alles gereduceerd tot gemakkelijke, lineaire vergelijkingen. Ondanks de revolutionaire vooruitgang die de relativiteitstheorie teweegbracht, bleef Einstein in zijn hart verknocht aan het idee van een statisch, harmonieus heelal, net zoals Newton.

De bewegingsvergelijkingen van de newtoniaanse mechanica, of wat dat betreft ook de kwantummechanica, hebben geen ingebouwde onomkeerbaarheid. Het is mogelijk om een film voorwaarts of achterwaarts af te spelen. Dat geldt echter niet voor de natuur in het algemeen. De tweede wet van de thermodynamica voorspelt een onomkeerbare tendens naar wanorde. Ze stelt dat wanorde steeds toeneemt met de tijd. Tot vrij recent werd er gedacht dat de fundamentele natuurwetten symmetrisch zijn in de tijd. Tijd is asymmetrisch en loopt maar in één richting, van het verleden naar de toekomst. We zien fossielen, voetsporen, foto’s en horen opnames uit het verleden, maar nooit uit de toekomst. Het is gemakkelijk om eieren door elkaar te klutsen om een omelet te maken of om melk en suiker in een kop koffie te doen, maar niet om deze processen om te keren. Het water in het bad brengt zijn warmte over op de omringende lucht, maar niet omgekeerd.

De tweede wet van de thermodynamica is de ‘pijl van de tijd’. De subjectivisten wierpen op dat onomkeerbare processen zoals chemische reacties, warmtegeleiding, viscositeit enzovoort afhankelijk zouden zijn van de ‘waarnemer’. In werkelijkheid zijn het objectieve processen die zich voordoen in de natuur, iets wat voor iedereen duidelijk is als het gaat over leven en dood. Een slinger (tenminste in een ideale toestand) kan terugzwaaien naar zijn oorspronkelijke positie. Maar iedereen weet dat het leven van een individu slechts in één richting gaat, van de wieg tot het graf. Het is een onomkeerbaar proces. Ilya Prigogine, een van de toonaangevende theoretici van de chaostheorie, heeft veel aandacht besteed aan het tijdsvraagstuk. Prigogine herinnert zich dat hij, toen hij voor het eerst fysica begon te studeren in Brussel “verbaasd was over het feit dat de wetenschap zo weinig te zeggen had over tijd, vooral gezien het feit dat [zijn] eerdere studie zich vooral had gericht op geschiedenis en archeologie.” Over het conflict tussen de klassieke mechanica (dynamica) en de thermodynamica, schrijven Prigogine en Stengers:

“Tot op zekere hoogte bestaat er een overeenkomst tussen dit conflict en het conflict dat aan de wieg van het dialectisch materialisme stond. In hoofdstukken 5 en 6 hebben we een natuur beschreven die ‘historisch’ zou kunnen worden genoemd – dat wil zeggen, in staat tot ontwikkeling en vernieuwing. Marx, en nog gerichter Engels, hebben met nadruk beweerd dat het denkbeeld van een geschiedenis van de natuur een wezenlijk onderdeel was van het materialisme. De huidige ontwikkelingen in de natuurkunde, de ontdekking van de constructieve rol die de onomkeerbaarheid speelt, hebben dus binnen de natuurwetenschappen een vraag opgeworpen die door materialisten al veel eerder werd gesteld. Voor hen betekende het begrijpen van de natuur begrijpen hoe zij in staat was geweest de mens en zijn samenlevingsvormen voort te brengen. Bovendien leken op het moment dat Engels zijn Dialektik der Natur schreef de natuurwetenschappen het mechanistische wereldbeeld te hebben afgezworen, en zich in de richting van het denkbeeld van een historische ontwikkeling van de natuur te hebben bewogen. Engels noemt drie fundamentele ontdekkingen: energie en de wetten die de kwalitatieve omzettingen ervan beheersen, de cel als de uiteindelijke bouwsteen van het leven, en Darwins ontdekking van de evolutie van de soorten. In het licht van deze ontdekkingen kwam Engels tot de slotsom dat het mechanistische wereldbeeld dood was.”

Tegenover de subjectieve interpretatie van de tijd, stellen de auteurs de volgende conclusie: “De tijd stroomt in één enkele richting, van het verleden naar de toekomst. We kunnen de tijd niet manipuleren, we kunnen niet terug naar het verleden reizen”.^[105]

Relativiteit en zwarte gaten

In tegenstelling tot de visie van Newton heeft de zwaartekracht volgens Einstein een invloed op de tijd, omdat ze invloed uitoefent op licht. Indien men zich een lichtdeeltje zou kunnen voorstellen dat balanceert op de rand van een zwart gat, zou het daar tot in het oneindige blijven hangen, noch vooruit, noch achteruit gaan, noch energie verliezen, noch energie winnen. In een dergelijke toestand is het mogelijk te argumenteren dat “de tijd stilstaat.” Dit is het argument van de relativiteitsaanhangers van het zwarte gat en zijn eigenschappen. Het komt neer op het volgende: indien alle beweging zou ophouden, zou er geen verandering meer zijn van toestand of positie en zou er daarom geen tijd meer zijn in enige betekenisvolle zin van het woord. Een dergelijke situatie zou zogezegd bestaan op de rand van een zwart gat. Dit lijkt echter een erg speculatieve en mystieke interpretatie.

Alle materie is in een voortdurende staat van verandering en beweging. Daarom is het enige wat hier wordt beweerd dat, indien materie en beweging worden uitgeschakeld, er ook geen tijd meer is, wat een volstrekte tautologie is. Het is hetzelfde als zeggen dat indien er geen materie is, er geen materie is, of als er geen tijd is, er geen tijd is. Beide beweringen betekenen immers hetzelfde. Vreemd genoeg zal men in de relativiteitstheorie tevergeefs zoeken naar een definitie van wat tijd en ruimte zijn. Einstein vond het in ieder geval moeilijk om uit te leggen. Toch kwam hij er dicht bij toen hij het verschil uitlegde tussen zijn meetkunde en de klassieke meetkunde van Euclides. Hij zei dat men zich een universum kon voorstellen waarin de ruimte niet gekromd was, maar waar materie volledig ontbreekt. Dit wijst duidelijk in de juiste richting. Na alle heisa rond zwarte gaten, kan het dan ook als een verrassing overkomen dat dit onderwerp door Einstein zelfs nooit werd vernoemd. Hij had een nauwgezette benadering die vooral gebaseerd was op zeer ingewikkelde wiskunde, en maakte voorspellingen die geverifieerd konden worden door waarneming en experimenten. Bij gebrek aan duidelijke empirische gegevens heeft de fysica van zwarte gaten een uiterst speculatief karakter.

Ondanks haar successen is het nog steeds mogelijk dat de algemene relativiteitstheorie verkeerd is. In tegenstelling tot bijzondere relativiteit zijn er op dit gebied niet veel experimentele proeven uitgevoerd. Er bestaat geen vaststaand bewijs, al heeft men tot nu toe evenmin een tegenspraak gevonden tussen de theorie en de waargenomen feiten. Het is zelfs niet uitgesloten dat de stelling van de bijzondere relativiteit, namelijk dat niets sneller kan gaan dan het licht, in de toekomst verkeerd kan blijken. (Deze voorspelling werd zelfs veel sneller bevestigd dan we hadden kunnen vermoeden. Net voor dit manuscript naar de drukker werd gestuurd, verschenen in de pers berichten over een experiment, uitgevoerd door Amerikaanse wetenschappers, dat er schijnt op te wijzen dat fotonen zich sneller kunnen voortbewegen dan de lichtsnelheid. Het experiment is ingewikkeld en gebaseerd op een fenomeen dat bekend staat als ‘quantum tunnelling’. Indien dit juist wordt bevonden, wordt het noodzakelijk het hele concept van de relativiteit fundamenteel te herzien).

Er werden ook alternatieve theorieën over relativiteit naar voren gebracht, bijvoorbeeld door Robert Dicke (1916-97). Dickes theorie voorspelde dat de baan van de maan verschillende meters zou afbuigen in de richting van de zon. Met geavanceerde lasertechnologie vond het McDonald-observatorium in Texas geen spoor van deze afwijking. Toch bestaat er geen reden om te geloven dat het laatste woord hierover gevallen is. Tot nu toe zijn de theorieën van Einstein bevestigd door herhaaldelijke experimenten. Voortdurend onderzoek van extreme omstandigheden moet echter vroeg of laat een geheel van omstandigheden aan het licht brengen die niet in de vergelijkingen gevat kunnen worden, waardoor de weg vrijgemaakt wordt voor nieuwe baanbrekende ontdekkingen. De relativiteitstheorie kan niet het einde betekenen van de rit, net zomin als de mechanica van Newton, de theorie van Maxwell over de elektromechanica of om het even welke andere vorige theorieën dat waren.

Gedurende tweehonderd jaar werd gedacht dat de theorieën van Newton volkomen correct waren. Men kon niet aan zijn autoriteit tornen. Na zijn dood trokken Laplace en anderen zijn theorieën tot het uiterste door, met absurditeiten als gevolg. De radicale breuk met de oude mechanistische dogma’s was een noodzakelijke voorwaarde voor de verdere ontwikkeling van de fysica in de 20e eeuw. De grote verdienste van de nieuwe fysica bestond erin dat ze definitief de ‘bullebak van het Absolute’ had gedood. Plots kon het denken zich vrij bewegen in tot dan toe ongekende werelden. Het waren onstuimige tijden. Jammer genoeg kon zulk geluk niet blijven duren. In de woorden van Robert Burns (1759-1796):

But pleasures are like poppies spread:
You seize the flow’r, its bloom is shed.”

[Maar plezier is als klaprozen die staan:
Je plukt de bloem, haar bloesems vergaan.”]

De nieuwe fysica wist vele problemen op te lossen, maar creëerde ook nieuwe tegenstellingen, die zelfs vandaag nog onopgelost blijven. Gedurende het grootste deel van de 20e eeuw werd de fysica gedomineerd door twee indrukwekkende theorieën: kwantummechanica en relativiteit. Waar men zich over het algemeen niet van bewust is, is dat deze twee theorieën met elkaar in tegenspraak zijn. In feite zijn ze onverzoenbaar. De algemene relativiteitstheorie houdt geen enkele rekening met het onzekerheidsprincipe. Einstein probeerde in de laatste jaren van zijn leven deze tegenstelling op te lossen, zonder hierin echter te slagen.

De relativiteitstheorie was een revolutie in de wetenschap. De newtoniaanse mechanica was dat destijds ook. Het lot van al deze theorieën is echter dat ze orthodoxieën worden, beginnen te lijden aan een soort aderverkalking, tot op het punt dat ze niet langer antwoorden kunnen bieden op nieuwe vragen die door de wetenschap gesteld worden. Gedurende lange tijd stelden de theoretische fysici zich tevreden met de ontdekkingen van Einstein, op dezelfde manier als de oudere generatie zweerde bij Newton. En precies op dezelfde manier treft hen schuld, omdat ze de algemene relativiteit in een slecht daglicht stellen door er de meest absurde en fantastische ideeën in te lezen die de auteur zelfs nooit gesuggereerd heeft.

Singulariteiten, zwarte gaten waar de tijd stilstaat, multiversums, een tijd voor het begin van de tijd waarover geen vragen mogen worden gesteld – we kunnen ons voorstellen dat dit alles Einsteins haren te berge zou doen rijzen! Allemaal dingen die zogezegd onvermijdelijk uit de algemene relativiteit voortvloeien, en iedereen die hierover de minste twijfel uit wordt onmiddellijk geconfronteerd met de autoriteit van de grote Einstein. Dit is geen haar beter dan de situatie vóór de relativiteitstheorie, toen de autoriteit van Newton op soortgelijke wijze werd aangewend ter verdediging van de bestaande orthodoxie. Het enige verschil is dat de fantastische beweringen van Laplace uiterst redelijk lijken naast het mystieke jargon dat vandaag door sommige fysici neergepend wordt. Bovendien kan Einstein nog minder dan Newton verantwoordelijk worden geacht voor de excentrieke fantasieën van zijn aanhangers, die de reductio ad absurdum vertegenwoordigen van de originele theorie.

Deze zinloze en willekeurige speculaties vormen het beste bewijs dat het theoretische kader van de moderne fysica grondig nagezien dient te worden. Het gaat hier immers om een probleem van methode. Het gaat er niet alleen om dat ze geen antwoorden bieden. Het probleem is dat ze zelfs niet de juiste vragen kunnen stellen. Dit is meer een filosofische kwestie dan een wetenschappelijke. Indien alles mogelijk is, dan is een willekeurige theorie (of juister gezegd, gissing) even goed als de rest. Het hele systeem staat op springen. En om dit te verbergen, nemen ze hun toevlucht tot een mystiek taalgebruik, waarbij het duistere woordgebruik het volledige gebrek aan reële inhoud niet verhult.

Deze stand van zaken is duidelijk onhoudbaar en brengt een deel van de wetenschappers ertoe de fundamentele veronderstellingen waarop de wetenschap zich baseert in vraag te stellen. Het onderzoek van David Bohm naar de kwantumtheorie, de nieuwe interpretatie van Ilya Prigogine van de tweede wet van de thermodynamica, de poging van Hannes Alfvén om een alternatief op de orthodoxe kosmologie van de big bang uit te werken, en bovenal de spectaculaire opkomst van de chaos-en complexiteitstheorie – wijst op het bestaan van een gisting in de wetenschap. Hoewel het te vroeg is om het resultaat te voorspellen, lijkt het waarschijnlijk dat we opnieuw een van die opwindende periodes uit de geschiedenis van de wetenschap betreden, waaruit een totaal nieuwe benadering zal voortvloeiën.

We hebben alle redenen om te geloven dat de theorieën van Einstein uiteindelijk overtroffen zullen worden door een nieuwe en beter gefundeerde theorie die al het waardevolle van de relativiteit behoudt maar ze ook corrigeert en uitbreidt. Zo zullen we tot een juister en evenwichtiger begrip komen van vraagstukken die verband houden met de aard van tijd, ruimte en oorzakelijkheid. Dit betekent geen terugkeer naar de oude mechanische fysica, net zomin als het feit dat we tegenwoordig de chemische elementen kunnen omzetten een terugkeer betekent naar de ideeën van de alchemisten. De geschiedenis van de wetenschap houdt vaak een ogenschijnlijke terugkeer in naar vroegere posities, maar dan op een kwalitatief hoger niveau.

Eén zaak kunnen we met absolute zekerheid stellen: wanneer uit de huidige chaos uiteindelijk een nieuwe natuurkunde ontstaat, zal daarin geen plaats zijn voor reizen in de tijd, multiversums of singulariteiten die het hele universum samenballen in een punt, zonder dat daar vragen bij mogen worden gesteld. Daardoor zal het jammer genoeg veel moeilijker zijn om grote prijzen te winnen voor het verlenen van wetenschappelijke geloofsbrieven aan de Almachtige, iets wat sommigen kunnen betreuren, maar wat op lange termijn geen slechte zaak zou zijn voor de vooruitgang van de wetenschap.

Voetnoten

^[89] Job 14: 1

^[90] Aristotle, op cit., pp. 342 and 1b.

^[91] Hegel, Phenomenology of Mind, p. 151.

^[92] Prigogine and Stengers, op. cit., p. 89.

^[93] Hegel, Phenomenology of Mind, p. 104.

^[94] Hegel, Science of Logic, Vol. 1, p. 229.

^[95] Landau and Rumer, What is Relativity? pp. 36 and 37.

^[96] Feynman, op. cit., Vol. 1, 1-2.

^[97] Trotsky, The Struggle Against Fascism in Germany, p. 399.

^[98] Feynman, op. cit., chapter 5, p. 2.

^[99] N. Calder, Einstein’s Universe, p. 22.

^[100]J. D Bernal, Science in History, pp. 527-8.

^[101]N. Calder, op. cit., p. 13.

^[102]Asimov, op. cit., p. 359.

^[103]Hegel, The Phenomenology of Mind, p. 151.

^[104]K. Popper, Unended Quest, pp. 96-7 and 98.

^[105]Prigogine and Stengers, op. cit., pp. 10, 252-3 and 277.

• Vorige
• Volgende