Sinds Lemaitre en Hubble het voor het eerst in de jaren twintig voorstelden, weten wetenschappers en astronomen dat het heelal aan het uitbreiden is. En uit deze observaties kwamen kosmologische theorieën zoals de Big Bang Theory en de 'Arrow of Time' naar voren. Terwijl de eerste de oorsprong en evolutie van ons universum behandelt, beweert de laatste dat de stroom van tijd in één richting en gekoppeld is aan de uitbreiding van de ruimte.
Wetenschappers proberen al jaren te achterhalen waarom dit zo is. Waarom loopt de tijd vooruit, maar niet achteruit? Volgens een nieuwe studie die is uitgevoerd door een onderzoeksteam van het Yerevan Institute of Physics en de Yerevan State University in Armenië, kan de invloed van donkere energie de reden zijn voor de voorwaartse stroom van tijd, waardoor one-directionele tijd een permanent kenmerk van ons universum.
Tegenwoordig worden theorieën zoals de pijl van de tijd en de uitbreiding van het universum beschouwd als fundamentele feiten over het universum. Tussen het meten van tijd met atoomklokken, het observeren van de rode verschuiving van sterrenstelsels en het maken van gedetailleerde 3D-kaarten die de evolutie van ons heelal in de loop van miljarden jaren laten zien, kan men zien hoe tijd en de uitbreiding van de ruimte samenkomen op de heup.
De vraag waarom dit het geval is, is een vraag die natuurkundigen blijft frustreren. Bepaalde fundamentele krachten, zoals zwaartekracht, worden niet beheerst door tijd. In feite zou je zonder moeite kunnen beweren dat Newton's bewegingswetten en kwantummechanica voorwaarts of achterwaarts hetzelfde werken. Maar als het gaat om dingen op grote schaal, zoals het gedrag van planeten, sterren en hele sterrenstelsels, lijkt alles neer te komen op de tweede wet van de thermodynamica.
Deze wet, die stelt dat de totale chaos (ook bekend als entropie) van een geïsoleerd systeem in de loop van de tijd altijd toeneemt, de richting waarin tijd beweegt is cruciaal en niet onderhandelbaar, is geaccepteerd als de basis voor de pijl van tijd. In het verleden hebben sommigen gewaagd dat als het heelal zou samentrekken, de tijd zelf achteruit zou gaan stromen. Maar sinds de jaren negentig en de waarneming dat het heelal zich in versneld tempo uitbreidt, twijfelen wetenschappers eraan.
Als het universum in feite tot grotere expansiesnelheden wordt gedreven - de overheersende verklaring is dat 'donkere energie' de motor is - dan zal de stroom van tijd nooit ophouden eenrichtingsverkeer te zijn. Twee Armeense onderzoekers - Armen E. Allahverdyan van het Centrum voor Kosmologie en Astrofysica van het Yerevan Institute of Physics en Vahagn G. Gurzadyan van de Yerevan State University - gaan nog een stap verder met deze logica en stellen dat donkere energie de reden waarom de tijd altijd vooruitgaat.
In hun paper, getiteld "Time Arrow is Influenced by the Dark Energy", stellen ze dat donkere energie die de uitdijing van het universum versnelt, de asymmetrische aard van de tijd ondersteunt. Vaak aangeduid als de "kosmologische constante" - verwijzend naar de oorspronkelijke theorie van Einstein over een kracht die de zwaartekracht tegenhield om een statisch universum te bereiken - wordt donkere energie nu gezien als een "positieve" constante, die het universum naar voren duwt in plaats van het tegen te houden .
Om hun theorie te testen, gebruikten Allahverdyan en Gurzadyan een grootschalig scenario met zwaartekracht en massa - een planeet met toenemende massa die in een baan om een ster draait. Wat ze ontdekten, was dat als donkere energie een waarde van 0 had (wat natuurkundigen dachten vóór de jaren negentig), of als de zwaartekracht verantwoordelijk was voor het samentrekken van de ruimte, de planeet gewoon om de ster zou cirkelen zonder enige aanwijzing of hij bewoog vooruit of achteruit in de tijd.
Maar in de veronderstelling dat de waarde van donkere energie positief is (zoals al het bewijs dat we hebben gezien suggereert), zou de planeet uiteindelijk van de ster worden geworpen. In dit scenario wordt de planeet verdreven vanwege de toenemende massa; terwijl wanneer hij achteruit wordt gereden, de planeet dichter bij de ster komt en wordt gevangen door zijn zwaartekracht.
Met andere woorden, de aanwezigheid van donkere energie in dit scenario was het verschil tussen een 'pijl van tijd' hebben en er geen hebben. Zonder donkere energie is er geen tijd en dus geen manier om het verschil te zien tussen verleden, heden en toekomst, of dat dingen vooruit of achteruit gaan.
Maar natuurlijk waren Allahverdyan en Gurzadyan er zeker van dat ze in hun studie opmerkten dat dit een beperkte test is en niet alle brandende vragen beantwoordt. "We merken ook op dat het mechanisme niet alle gevallen van de thermodynamische pijl kan (en mag) niet verklaren", zeiden ze. "Merk echter op dat zelfs als de donkere energie (kosmologische constante) de gemiddelde dichtheid (vroege universum of de huidige laboratoriumschaal) niet domineert, deze nog steeds bestaat."
Beperkt of niet, dit onderzoek is representatief voor enkele opwindende nieuwe stappen die astrofysici de laatste tijd hebben gezet. Dit houdt niet alleen vragen in over de oorsprong van donkere energie en de expansiekracht die het creëert, maar ook over de implicaties ervan in de basisfysica. Door dit te doen, kunnen onderzoekers eindelijk de eeuwenoude vraag beantwoorden waarom tijd bestaat en of deze al dan niet kan worden gemanipuleerd (d.w.z. tijdreizen!)
