Finse natuurkundigen hebben een kwantummateriaal gecreëerd dat meer dan tien jaar lang niet meer was dan een theorie. En dat maakt deze doorbraak zo bijzonder: deze 'topologische' materialen kunnen de computers van morgen aandrijven, en dit exemplaar werkt mogelijk zelfs gewoon bij kamertemperatuur.
Natuurkundigen van de Universiteit van Heidelberg hebben een raadsel in de quantumfysica opgelost dat al decennia作ういていた. Ze toonden aan dat twee schijnbaar tegenstrijdige theorieën over minuscuul kleine deeltjes eigenlijk twee kanten van dezelfde medaille zijn. Het onderzoek draait om iets dat op het eerste gezicht niet lijkt te kloppen: een deeltje zo zwaar dat het nauwelijks in beweging zou moeten komen, maar dat toch rimpelingen veroorzaakt in de quantumruimte. Wetenschappers proberen dit fenomeen al meer dan vijftig jaar te verklaren.
Al meer dan vier eeuwen lang zien zeelieden iets magisch op de oceaan: een enorm stuk water dat een etherisch wit licht uitstraalt, alsof er ergens diep onder de golven een kosmisch nachtlampje is aangeknipt. Ondanks eeuwen aan waarnemingen en moderne satelliettechnologie kunnen wetenschappers nog steeds niet volledig verklaren waarom dit gebeurt. En eerlijk? Dat soort mysterie is precies waarom ik onze oceanen zo eindeloos fascinerend vind.
Een natuurkundige heeft een miniatuuruniversum gebouwd in zijn lab — en tijd blijkt niet te bestaan zoals we dachten
Wat als tijd helemaal geen ingebouwde eigenschap van het universum is, maar gewoon... ontstaat? Dat is precies wat een natuurkundige aan de Universiteit van Birmingham aan het onderzoeken is. En zijn nieuwste experiment is werkelijk fascinerend.
Hij bouwde een piepklein, afgesloten universum in zijn lab en stelde zichzelf een simpele vraag: kunnen we de tijd hierbinnen bijhouden zonder ooit naar een klok te kijken? Het antwoord blijkt ja te zijn — maar niet om de redenen die je zou verwachten.
Het probleem van een universum zonder klok
Dit breekt mijn hoofd elke keer weer: de meeste fundamentele wetten van de natuurkunde kunnen eigenlijk niet uit de voeten met het idee dat tijd een richting heeft. Draai de vergelijkingen vooruit of achteruit — ze werken hetzelfde. Maar in het echte leven ervaren we tijd duidelijk als iets dat maar één kant op beweegt. We worden ouder. Eieren breken, maar maken zichzelf niet heel. Hete koffie koelt af, maar wordt nooit vanzelf weer warm.
Die kloof tussen de fysica die we gebruiken om de werkelijkheid te beschrijven en onze echte, geleefde ervaring noemen we het "pijl van de tijd"-probleem. Het houdt natuurkundigen al meer dan een eeuw bezig.
En het wordt nog gekker. Sommige van de meest ambitieuze theorieën in de fysica — waaronder pogingen om kwantummechanica te combineren met algemene relativiteitstheorie — suggereren dat het universum zelf misschien helemaal geen ingebouwde klok heeft. De beroemde Wheeler-DeWitt-vergelijking beschrijft in wezen het hele universum als één bevroren kwantumtoestand, zonder externe tijdbewaker.
Dus als er geen kosmische klok op de achtergrond tikt, waar komt onze vertrouwde stroom van tijd dan vandaan?
Een universum in een doos bouwen
Precies dat wilde professor Giovanni Barontini onderzoeken met een experiment dat even briljant als surreëel is. Hij creëerde wat hij een "miniuniversum" noemt, met behulp van 24.000 ultrakoude atomen — atomen die zijn afgekoeld tot temperaturen zo dicht bij het absolute nulpunt dat ze zich gaan gedragen op manieren die in ons dagelijks leven onmogelijk lijken.
Deze atomen werden opgesloten in een geïsoleerde container en verdeeld in twee gebieden door een barrière van laserstralen. Het ene gebied noemde hij het "verlichte" gebied (waar metingen plaatsvinden), en het andere het "donkere" gebied (dat onwaargenomen blijft). Het hele systeem was volledig afgesloten van de buitenwereld — geen externe klokken, geen storing, gewoon dit kleine bubbeltje van kwantumvreemdheid dat in een lab rond zweeft.
En toen gebeurde er iets prachtigs.
Een mini-oerknal (en ineenstorting) bekijken
Binnen dit miniatuuruniversum begon het verlichte gebied iets opmerkelijks te doen: het breidde zich herhaaldelijk uit en kromp weer, als een tiny, terugkerende versie van de oerknal gevolgd door een hypothetische "big crunch" — het scenario waarin de uitzetting van het universum uiteindelijk omkeert en alles weer ineenstort.
Omdat het systeem volledig geïsoleerd was, konden professor Barontini en zijn team alleen volgen wat er gebeurde met informatie uit het systeem zelf. Ze konden niet even naar een externe laboratoriumklok kijken. Ze moesten de volgorde van gebeurtenissen puur reconstrueren op basis van wat er intern in het miniuniversum gebeurde.
Hier komt het verbijsterende deel: het werkte. Ze konden gebeurtenissen succesvol ordenen in de tijd zonder enige externe referentie.
Het echte geheim: het draait allemaal om entropie
Dus wat hield de tijd bij in dit kleine kosmos? Het antwoord, aldus het onderzoek, is entropie — in wezen een maatstaf voor wanorde of verspreiding in een systeem. Terwijl de atomen tussen het verlichte en donkere gebied bewogen, bleef de entropie (de wanorde, de verspreiding) veranderen. Wanneer de verdeling van deeltjes in het verlichte gebied toe- of afnam, bewoog het systeem zich effectief vooruit in de tijd.
En hier komt het mooie: toen de deeltjesverdeling stopte met veranderen, stopte de tijd zelf effectief.
Professor Barontini noemt dit "entropische tijd," en het is niet zomaar een filosofisch idee — het experiment toonde aan dat deze vorm van tijd:
- Stroomt in één consistente richting (wat die vertrouwde pijl van de tijd produceert)
- Gebeurtenissen correct ordent, zelfs terwijl het universum door uitdijing en inkrimping cyclet
- Sneller of langzamer kan verlopen afhankelijk van hoe entropie wordt herverdeeld
Denk er zo over: in plaats van dat tijd het toneel is waarop gebeurtenissen plaatsvinden, wordt entropie tijd. De veranderingen in wanorde zijn het tikken van de klok.
Waarom dit ertoe doet (en nogal)
Hierom ben ik oprecht enthousiast over dit onderzoek. We weten al lang dat tijd zich anders gedraagt in de kwantummechanica dan in onze dagelijkse ervaring, maar deze ideeën testen was vrijwel onmogelijk omdat we niet zomaar experimenten kunnen uitvoeren op het hele universum. Dit miniuniversum verandert dat.
Voor het eerst hebben wetenschappers een gecontroleerde laboratoriumopstelling waarmee ze ideeën over de aard van tijd kunnen testen die voorheen vastzaten in theoretische speculatie.
Het team toonde ook aan dat de beroemde Schrödinger-vergelijking — de fundamentele vergelijking van de kwantummechanica — opnieuw geformuleerd kan worden met dit concept van entropische tijd. Dit betekent dat wetenschappers nog steeds kunnen voorspellen hoe kwantumsystemen evolueren, zelfs wanneer tijd puur wordt gedefinieerd door interne veranderingen in plaats van een externe klok.
Het grotere plaatje
Weet je wat? Een deel van mij vindt dit hele concept zowel opwindend als lichtelijk angstaanjagend. Als tijd ontstaat uit iets ogenschijnlijk zo alledaags als de verspreiding van deeltjes in een systeem, wat betekent dat dan voor ons begrip van de werkelijkheid? Zijn momenten in de tijd echt, of zijn het gewoon nuttige illusies gecreëerd door veranderende entropie?
Professor Barontini verwoordde het zelf prachtig: "In het dagelijks leven stroomt tijd van verleden naar toekomst — waarom is dat eigenlijk zo, wanneer de meeste basiswetten van de fysica hetzelfde werken vooruit en achteruit?"
We hebben nog steeds geen compleet antwoord op die vraag. Maar experimenten als dit verlichten langzaam, zorgvuldig de randen van onze onwetendheid.
Wat komt er nu?
Het team kijkt nu naar mogelijkheden om deze aanpak uit te breiden naar complexere kwantumsystemen. Uiteindelijk zou dit de deur kunnen openen naar laboratoriumexperimenten die de fysica van de werkelijke oerknal onderzoeken, gesimuleerde zwarte gaten, en concurrerende theorieën over hoe tijd werkt in het hele universum.
Dat is ongelooflijk ambitieus spul. Maar dat is wat fysica zo wonderschoon maakt: de bereidheid om vragen te stellen die bijna te fundamenteel lijken om te stellen, en dan daadwerkelijk experimenten ontwerpen om ze te onderzoeken.
Voorlopig ga ik hier zitten en nadenken over het feit dat in een piepklein doosje in Birmingham, Engeland, 24.000 atomen druk bezig zijn hun eigen gevoel van tijd te creëren, één entropieverandering tegelijk. En op de een of andere manier geeft dat me het gevoel dat ik iets meer verbonden ben met het mysterie van alles.
Wat denk jij? Voelt tijd echter voor je aan nu je weet dat het misschien ontstaat uit chaos, of maakt het het juist nog meer illusoir? Ik hoor graag wat je ervan vindt.
Bron: ScienceDaily — Physicists created a tiny universe where time emerged without a clock
Astronomen hebben nieuwe technieken ontwikkeld om een van de meest dwaze ideeën uit de sciencefiction op te sporen: kolossale bouwwerken die buitenaardse beschavingen zouden kunnen optrekken om de energie van een ster te oogsten. Uit een nieuw onderzoek blijkt hoe deze 'Dyson-sferen' erdoor onze telescopen uit zouden kunnen zien — en waarom juist dit type ster is uitgegroeid tot het meest veelbelovende doelwit.
Wetenschappers hebben ontdekt dat bacteriën niet zomaar kleine biologische machinegaatjes zijn. Ze kunnen namelijk leren van ervaring, gebeurtenissen uit het verleden onthouden én die herinneringen doorgeven aan hun nageslacht. Dat maakt ons mensen toch een stuk minder uniek in ons vermeende vermogen om terug te kijken op het verleden.
Sterrenkundigen hebben quasar's ontdekt uit een tijd waarin het universum amper 670 miljoen jaar oud was. En hier komt het gekke: deze kosmische reuzen zouden helemaal niet zo vroeg mogen bestaan. Hun ontdekking dwingt wetenschappers om alles te herzien wat ze dachten te weten over de groei van zwarte gaten.
Ingenieurs van Harvard hebben ontdekt hoe je de chiptechnologie uit je laptop kunt omtoveren tot een machine die DNA kan schrijven. Het is een doorbraak die alles kan veranderen — van medische diagnostiek tot hoe we data voor eeuwig opslaan.
Wetenschappers hebben iets werkelijk bijzonders voor elkaar gekregen: ze hebben voor het eerst beelden vastgelegd van levende goblin sharks in hun natuurlijke leefgebied diep onder zee. En eerlijk? Het beest ziet eruit alsof het rechtstreeks uit een sciencefictionfilm is weggelopen. Deze ontdekking voegt niet alleen nieuwe kennis toe over deze "levende fossielen" — hij zou weleens alles kunnen veranderen in hoe we ze beschermen.
Stel je voor: een planeet waar de ene kant kokend heet is en de andere kant bevroren tot op het bot. Zo erg dat Antarctica eruit zou zien als een zonvakantie. Vlak voorstellen? Wetenschappers denken nu dat dit extreme wereldje best eens gastvrij zou kunnen zijn voor leven. Hoe dat kan? Dat vertel ik je zo.
Wat als je warmte precies zou kunnen sturen waar je wilt, en daar houden ook nadat je de stroom uitzet? Onderzoekers van de Osaka Metropolitan University hebben precies dat voor elkaar gekregen met een nieuw programmeerbaar materiaal dat thermische straling op commando kan sturen.
Onderzoekers hebben iets ontdekt dat flink wat hoofdbrekers bezorgt — op een klein Zweeds eiland liggen wolfresten die daar helemaal niet zouden moeten zijn. Maar het wordt pas echt spannend: dit waren geen wilde wolven die vrij rondliepen. De bewijzen wijzen erop dat mensen in de oudheid ze bij zich hielden, ze voerden met vis en zeehonden, en ze mogelijk op manieren beheerden die we ons nooit hebben ingebeeld. Deze vondst zet nu een van de oudste verhalen van de mensheid op zijn kop: hoe we voor het eerst bevriend raakten met wolven.
Sterrenkundigen hebben iets bijzonders voor elkaar gekregen. Ze zagen hoe een magnetar in realtime tot leven kwam. Dit kosmische speurwerk leverde niet alleen het antwoord op een twintig jaar oud raadsel over superheldere supernova’s — het bewees ook dat Einstein gelijk had, en nog wel op manieren die we nooit hadden zien aankomen.
Stel je voor: je woont in een stad uit de steentijd, en je voorouders hebben niet alleen muren en poorten gebouwd om zich te beschermen, maar ook een heel verborgen wegennetwerk onder je voeten. Precies dat hebben archeologen ontdekt in noord-China. En het laat iedereen in het vakgebied flink herzien wat oude volkeren allemaal konden.