‘Tijd loopt achteruit in zwart gat’

De algemene relativiteitstheorie van Einstein wijst uit dat de tijd achteruit loopt in een zwart gat. Dat blijkt uit nieuw onderzoek, gepubliceerd in het gezaghebbende natuurkundevakblad Physical Review Letters.

Tijd gaat langzaam in de buurt van een zwart gat
Zwarte gaten, ineengestorte sterren die zo zwaar en dicht zijn dat je sneller dan het licht moet reizen om er aan te ontsnappen, zijn een van de spectaculairste voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie. In een sterk zwaartekrachtsveld, zoals dat in de buurt van een zwart gat, gaat de tijd veel langzamer, vergeleken met een plaats ver weg van alle zwaartekrachtsbronnen. Op de waarnemingshorizon zelf staat de tijd (gezien vanuit het ruimtetijd-referentieframe) stil. Voor een waarnemer in de buurt van het zwarte gat is dit niet direct waar te nemen. Immers zijzelf, en alle processen in haar omgeving, dus ook klokken, lijken zich ‘normaal’ te gedragen. Wel ziet de waarnemer een enorme blauwverschuiving en lijken objecten buiten het zwaartekrachtsveld van het zwarte gat, bijvoorbeeld een ruimteschip op grote afstand van het zwarte gat, veel sneller te bewegen.

Gaat de tijd achteruit in een zwart gat?
Een belangrijk principe in de natuurkunde is continuïteit. Abrupte overgangen, bijvoorbeeld de scherpe grenzen van een wiskundig veelvlak als een kubus of tetraëder, komen alleen voor in de wiskunde, niet in natuurkunde. Voor een waarnemer die de waarnemingshorizon overschrijdt, de bolschil rond het zwarte gat van waar voorbij geen terugkeer mogelijk is, mag er dus geen duidelijk waarneembare abrupte verandering zijn. Als de tijd op de waarnemingshorizon stilstaat, moet de tijd binnen de waarnemingshorizon, het eigenlijke zwarte gat, achteruit lopen. Dit intuïtieve vermoeden wordt nu bevestigd door de wiskundige analyse van Raphael Bousso, docent aan de University of California, Berkeley en Lawrence Berkeley National Laboratory, en Netta Engelhardt, een masterstudent aan de University of California, Santa Barbara.

Weet een zwart gat wat er in de toekomst gebeurt?
In de klassieke manier om de waarnemingshorizon van een zwart gat te beschrijven, wordt aangenomen dat het zwarte gat alles weet wat er in de toekomst buiten het zwarte gat gebeurt. Deze aanname maakt het rekenwerk makkelijker, maar is nogal absurd. Geen wonder dat natuurkundigen nadenken over een meer elegante manier om een zwart gat te beschrijven. Dat lijkt het tweetal gelukt te zijn met hun holographic screens, ‘holografische schermen’. Holografische schermen die zich in de toekomst uitbreiden (dus: weg van het centrum van het zwarte gat) hangen samen met een ander zwaartekrachtsveld dan holografische schermen die zich terug in de tijd bewegen (richting het centrum van het zwarte gat). Deze uitleg is puur lokaal en kan een waarnemer op de waarnemingshorizon direct waarnemen. Wel betekent dit dus dat de tijd binnen de waarnemingshorizon terugloopt.

Image may be NSFW.
Clik here to view.

Artist impression van een zwart gat met accretieschijf. Bron: NASA

Betekent dit dat je terug in de tijd kan reizen?
Vergeet niet dat een zwart gat, voor zover we dan weten, alleen via de waarnemingshorizon toegankelijk is. Je kan inderdaad terug in de tijd reizen, maar alleen terug in de lokale tijdpijl van het zwarte gat. Terwijl je in een sliert spaghetti wordt veranderd tijdens je reis, zal je niet in staat zijn terug te keren naar dit heelal. Tenzij een zwart gat ook een wormgat is – een ‘tunnel’ langs ruimtetijd waarvan het bestaan ook wordt voorspeld door de Algemene Relativiteitstheorie.  In dat geval zou je door het wormgat kunnen reizen richting een andere lokatie in het universum, een andere tijd of misschien zelfs wel naar een ander universum. Wel moet het zwarte gat dan een roterend Kerr-zwart gat zijn, anders eindig je in brokjes aan de andere kant.

Het bericht ‘Tijd loopt achteruit in zwart gat’ verscheen eerst op Visionair.