Tijdreizen is niet alleen mogelijk, zo blijkt daaruit, het gebeurt zelfs al. Beeld je daarbij geen fysici in die sleutelen aan iets als de teletijdmachine uit Suske & Wiske of de tijdreisauto DeLorean uit Back to the Future, apparaten waar je in kunt stappen en die een mens kunnen afleveren in het verleden. Deze onderzoekers reizen door de tijd op veel kleinere schaal: via deeltjes die informatie naar het verleden sturen. ‘Retrocausaliteit’, zoals het in de natuurkundeboeken heet.
George van Hal. 9 mei 2025.
Het verleden beïnvloeden blijft zelfs dan overigens onmogelijk, stelden fysici al in 2010 vast. Informatie terugsturen om je grootste fout te voorkomen is er dus niet bij. In plaats daarvan hopen fysici dat dit type experiment de ware aard van oorzaak en gevolg kan onthullen, en de belangrijkste theorieën kan toetsen over de diepste kern van de werkelijkheid.
Echte tijdmachine
Eerst een stapje terug. Natuurkundigen speculeren al decennia over het bestaan van iets dat ze ‘gesloten tijdachtige krommen’ noemen, een begrip dat opdoemt uit de beschrijving van de werkelijkheid in Albert Einsteins relativiteitstheorie. Zulke tijdlussen zijn de beste optie om ooit échte tijdmachines te maken, stelden fysici in 2017 al eens vast, toen ze een artikel schreven met de titel Traversable acausal retrograde domains in spacetime, iets dat zich niet toevallig laat afkorten tot Tardis, de naam van de tijdmachine uit de Britse sciencefictionserie Doctor Who.
Hoewel die ideeën hoogst speculatief zijn, en voorlopig verre van uitvoerbaar, steunen ze op echte natuurkunde. In de relativiteitstheorie is de tijd namelijk niets anders dan een vierde dimensie. Aan de ruimtedimensies – boven/onder, voor/achter, links/rechts – voegden Einstein en zijn voorlopers eerder/later toe.
Einstein liet vervolgens zien dat die ruimtetijd kan buigen. Zo maakt een zware massa daarin bijvoorbeeld een kuil, als een bowlingbal die je op een opgespannen tafellaken legt. Die kuil veroorzaakt de zwaartekracht: leg er een knikkertje in en hij rolt naar de bowlingbal toe. Maar geef die knikker vaart mee en hij draait om de bowlingbal heen, precies zoals de maan om de aarde draait.
Met dat in het achterhoofd is het een kleine stap om te bedenken dat je in die ruimtetijd niet alleen kuilen kunt kneden, maar ook opmerkelijker vormen zoals een lus. Omdat de ruimtetijd óók de tijd bevat, kun je zo’n lus zelfs zo construeren dat je die kunt bewandelen van heden naar verleden en weer terug. (In het geval van het Tardis-artikel zelfs gehuld in een beschermende bubbel, zodat je je tijdreisavontuur kunt navertellen.)
Het enige lastige? Voor de benodigde kromming heb je al snel extreme zaken nodig als roterende zwarte gaten. Niet bepaald iets dat je daadwerkelijk in de achterbak van je DeLorean kunt stoppen voor een reisje naar het verleden.
Een échte Tardis bouwen is daarmee voorlopig hooguit verre toekomstmuziek. Maar wat als je iets soortgelijks zou kunnen doen, niet met auto’s en teletijdmachines, maar op de veel kleinere schaal van elementaire deeltjes, de kleinste bouwsteentjes van alles om ons heen? Kan het dan wel?
Wie daarop antwoord zoekt, komt terecht in een heel ander domein van de natuurkunde, dat van de quantumfysica.
Foutmelding
Fysici rekenen al langer aan quantumtegenhangers van de tijdlussen uit de relativiteitstheorie. Al was het maar omdat dat het grootste begripsprobleem uit de moderne natuurkunde kan helpen oplossen.
Hoewel de voorspellingen van zowel de quantumfysica als de algemene relativiteitstheorie bij herhaling bevestigd zijn in experimenten, ‘passen’ de theorieën niet goed op elkaar. Probeer de wiskunde van beide tegelijk te gebruiken – nodig wanneer je iets wilt begrijpen in het overgangsgebied, dat bijvoorbeeld én heel klein is én heel veel massa heeft – en de uitkomst is je reinste onzin. Plots rolt er dan alleen nog ‘oneindig’ uit de vergelijkingen, de wiskundige variant van een foutmelding op de computer.
Experimenten aan quantumversies van tijdlussen kunnen wellicht uitkomst bieden. Wie ze in beide theorieën goed begrijpt, kan misschien het gat overbruggen en het menselijk begrip van de werkelijkheid sluitend maken.
Alleen: wie toestaat dat informatie naar het verleden reist, opent de deur naar gekke mogelijkheden. En niet alleen op papier, zelfs in de praktijk.
Moderne experimenten met quantumtijdlussen borduren voort op het werk van de Amerikaanse natuurkundige Seth Lloyd. Die bedacht in 2010 een manier om een quantumtijdlus te maken waarmee je wél informatie naar het verleden stuurt die in het nu invloed heeft, maar waarmee je níét dat verleden kunt beïnvloeden.
Van varianten op de beroemde grootvaderparadox zal daardoor geen sprake zijn. In dit gedachte-experiment vermoordt een tijdreiziger in het verleden z’n grootvader en maakt daardoor zijn eigen geboorte onmogelijk, waardoor hij niet naar het verleden kon reizen, zijn grootvader dus niet kon vermoorden, en dus weer wél naar het verleden kon reizen, et cetera. Denk er lang over na en je krijgt al snel hoofdpijn, reden genoeg om aan te nemen dat de natuur vast niet zo krankjorum in elkaar zal steken.
Een cadeau versturen
Wat volgens aanhangers van het retrocausaliteitsdenken wel mogelijk is, is echter net zo verrassend. Neem een gedachte-experiment uit 2023, gepubliceerd in vakblad Physical Review Letters. Daarin gebeurt iets dat je kunt vergelijken, zo legden de auteurs vorig jaar uit aan het weekblad New Scientist, met iemand die een verjaardagscadeau wil sturen naar een vriend.
Stel dat het versturen van dat cadeau drie dagen duurt, terwijl je pas – onpraktisch – op dag twee zijn verlanglijstje krijgt. Handig zou dan zijn om een bericht terug in de tijd te sturen naar het moment van verzenden, zodat je het cadeau aanpast en de vriend alsnog krijgt waarom hij gevraagd heeft. Vervang ‘cadeau’ door ‘qubits’, de quantumtegenhangers van gewone bits, en ‘verlanglijst’ door de kennis over de informatie in die qubits, en dat is wat er in hun gedachte-experiment gebeurt.
Of, althans: een beetje. Het lukt zelfs op papier namelijk slechts een op de vier keer om het cadeau aan te passen aan de wensen op het verlanglijstje. Maar toch, zeggen de onderzoekers: dat is best indrukwekkend. Een op de vier keer tijdreizen is beter dan helemaal niet tijdreizen.
Andere onderzoekers hebben sindsdien een stapje verder gezet. Zij gebruiken hetzelfde idee, van een quantumtijdlus, om informatie naar het verleden te sturen. In dit geval in het echt, om met de ‘extra informatie’ die je door dat tijdreizen verkrijgt meetbaar de efficiëntie van een kleine, maar fysieke quantumcomputer te vergroten, zo beschreven ze onlangs in Physical Review Letters.
‘Wat zo goed is aan dit artikel is dat het geen woorden zijn maar daden’, zei grondlegger Seth Lloyd, zelf niet bij het experiment betrokken, daarover tegen New Scientist.
Parallelle universa
Fysicus Carlo Beenakker van de Universiteit Leiden stelt dat zo’n quantumtijdlus, ondanks die tastbare resultaten, niets meer is dan een simulatie – iets dat de onderzoekers zelf overigens ook benadrukken in hun artikel.
De vraag is dan: is een gesimuleerde tijdlus met zulke tastbare resultaten in de praktijk niet hetzelfde als een echte quantumtijdlus? Aan de uitkomsten kun je het verschil immers niet zien.
‘Wat hier gebeurt, kun je alleen op een heel abstract niveau vergelijken met de gesloten tijdachtige krommen uit de algemene relativiteitstheorie’, oordeelt Beenakker. ‘Als je het resultaat vanuit die context bekijkt, lijkt het inderdaad alsof je iets doet aan de begintoestand van het experiment. Alsof er, met andere woorden, informatie naar het verleden reist. Maar is dat dan echt?’
Hij trekt de vergelijking met parallelle universa, alternatieve werkelijkheden die volgens sommige interpretaties van de quantumfysica moeten bestaan. ‘Als ik iets uitleg over quantumcomputers, zeg ik graag dat ze tegelijk rekenen in al die parallelle universa’, zegt hij. ‘Dat is een manier om te snappen hoe zulke computers werken en wiskundig kun je dat goed verdedigen. Maar als mensen me dan vragen of die parallelle universa écht bestaan, dan is mijn antwoord: dat weet ik niet.’
Net zoiets geldt voor tijdreizen, zegt hij. ‘Bewijs dat dit in deze experimenten echt gebeurt, zou iets dramatisch zijn, iets groots. Maar zulk bewijs ontbreekt.’
Aanhangers van retrocausaliteit wijzen erop dat iets dat door de tijd reist helemaal niet zoveel vreemder is dan wat de quantumfysica sowieso al suggereert.
Neem het bizarre proces van quantumverstrengeling. Wanneer deeltjes verstrengelen, raken ze op spookachtige wijze verbonden. Doe iets met het ene deeltje en dat heeft instantaan invloed op het andere, zelfs als het ene zich op aarde bevindt en het andere op Mars.
Iets concreter: stel dat beide deeltjes qubits zijn, de quantumversies van de nullen en enen in gewone computers. Waar zulke bits ‘0’ of ‘1’ zijn, kunnen qubits ‘0’ en ‘1’ tegelijk zijn. Althans: totdat je ze meet.
Stel nu dat je bij zo’n meting de qubit op aarde als ‘0’ meet, dan neemt door de verstrengeling het daarmee verbonden deeltje op Mars op exact hetzelfde moment de waarde ‘1’ aan.
Verbinding door de tijd
Dat is raar. Het lijkt dan immers alsof de deeltjes sneller dan het licht informatie uitwisselen en dat kan niet. De oplossing schuilt in het idee dat quantumfysica een theorie is die ‘lokaliteit’ deels negeert. Met andere woorden: het begrip afstand is niet langer onwrikbaar en staat open voor interpretatie. De quantumfysica is ‘non-lokaal’, zeggen fysici dan.
Maar wat nu, suggereren anderen, als verstrengeling geen verbinding is over afstand, maar door de tijd. Wat als op het moment dat je het deeltje op aarde als ‘0’ meet, een signaal naar het verleden reist, naar het moment dat beide deeltjes verstrengeld raakten. Dat signaal vertelt het andere deeltje welke toestand het moet aannemen. Het deeltje op Mars was dan al die tijd al ‘1’.
In plaats van informatieoverdracht sneller dan het licht, heb je dan informatieoverdracht naar het verleden. Je hebt dan de ene ‘gekke’ verklaring (‘afstand werkt in de quantumwereld anders’) verruild voor een andere: ‘tijdreizen is voor quantuminformatie mogelijk’. De quantumnatuurkunde is dan niet langer ‘non-lokaal’, maar ‘retrocausaal’.
Of, zoals Beenakker het zegt: ‘Bij quantumfysica is het enige dat vaststaat de wiskunde. Al het andere is interpretatie. En iets interpreteren als tijdreizen is natuurlijk wel heel leuk en spannend.’