Tijdkristal overleeft Einde der Tijden

Hawking’s zeventigste verjaardagsfeestje bracht opmerkelijke, zelfs bizarre ideeën voort. Zoals van natuurkundige Frank Wilczek. Op een dag zal dit heelal niet meer leefbaar zijn en alle energie vervlogen. Stel, onze verre nazaten ontdekken geen methode om te ontkomen aan dit heelal. Betekent dit ook het einde van intelligent leven? Nee, stelt Wilczek. Er is nog kans op redding, door middel van een kristal dat symmetrisch is in de tijd in plaats van in de ruimte.

De hittedood van het heelal
Ons heelal is al 13,7 miljard jaar lang aan het sterven. Elke seconde zetten sterren als de zon ontelbare exajoules aan vrije energie om in straling die de wereldruimte ingepompt wordt. Vijf miljard jaar na nu zal de zon opzwellen als rode reus en achterblijven als witgloeiende, langzaam uitdovende witte dwerg. Duizend miljard jaar na nu zullen zelfs de kleinste rode dwergsterretjes, die het meest zuinig met energie omspringen, uitdoven. De eeuwige duisternis zal dan invallen en de Melkweg veranderen in een uitgedoofd spookstelsel, af en toe opgeschrikt door kadavers van sterren die op elkaar botsen en een korte, heftige explosie opwekken. 

Warmtedood: entropie neemt toe tot maximum
Nog verder in de toekomst. De temperatuur van de achtergrondstraling zal dan gedaald zijn tot miljardsten kelvin – dichter bij het absolute nulpunt dan we nu in zelfs de beste laboratoria kunnen bereiken. Wellicht zullen er dan bizarre levensvormen bestaan op basis van zogeheten Efimovringen, waarvoor zelfs vier graden boven het absolute nulpunt even dodelijk is als een verblijf in de vuurbal van een waterstofbom voor ons.
Nog ontelbaar veel noniljarden jaren verder. Zelfs de grootste zwarte gaten zijn nu verdampt door Hawkingstraling.
De entropie heeft haar maximum bereikt, er is geen vrije energie meer over om van te leven. Het heelal is de warmtedood gestorven, een paradoxale term, die in feite betekent dat alle vrije energie afvalwarmte is geworden waar je niets mee kunt. Wat nu? Hoe kan een levensvorm in of na die tijd nog overleven?

Tijdkristal als perpetuum mobile
Nobelprijswinnaar Frank Wilczek, theoretisch natuurkundige aan de Massachusetts Institute of Technology, heeft een overlevingsplan bedacht. Zijn recept: een hypothetisch apparaat, een tijdkristal, kan een computer aandrijven die kan blijven werken lang nadat alle andere krakend tot stilstand is gekomen. Een computer kan een virtuele wereld simuleren waarin bewuste wezens kunnen leven.

Wilczek kwam op dit opmerkelijke idee toen hij vaste kristallen (de kristallen in het dagelijks taalgebruik) bestudeerde. Een kristal is stabiel, omdat de atomen in het kristal op de energetisch gunstigste plekken zitten. Bekend van de middelbare school. Maar wat als een kristal niet symmetrisch is in de ruimte maar in de tijd? Een vierdimensionaal kristal dus. Elk object dat in een cirkel beweegt en na verloop van tijd terugkeert op zijn plaats, bijvoorbeeld een planeet, is symmetrisch in de tijd. Toch is de aarde geen tijdkristal. Immers: de aarde bevindt zich niet in het laagst denkbare energieniveau. Dat wordt bereikt als de aarde in de zon valt.

Supergeleider als tijdkristal
Wilczek vond iets beters: een supergeleider. In een supergeleider is er geen weerstand, dus blijven de elektronen in de supergeleider voor eeuwig bewegen omdat ze dezelfde kwantumstaat delen. In een tijdkristal moeten elektronen in een bepaald patroon bewegen, ‘dansen’ in plaats van in een rechte lijn bewegen zoals in een normale supergeleider. Ze moeten als het ware kluitjes vormen. Dit om zeker te stellen dat er een regelmatige, periodieke beweging ontstaat, ongeveer zoals de structuur van een kristal zich herhaalt. Wilczek toonde wiskundig aan dat het werkt.

Eeuwige cyclus
In een tijdkristal wordt hetzelfde patroon ad infinitum herhaald. Er is dus geen communicatie met de buitenwereld mogelijk, slechts dezelfde informatie -of ervaring – die eindeloos wordt herhaald. Sommige collega’s van Wilczek vinden het idee daarom zinloos, anderen zien er wel wat in.

Persoonlijk? Gezien de enorme rijkdom aan bizarre kwantumprocessen op miljardsten graden boven het absolute nulpunt, waar we pas nu inzicht in krijgen, denk ik dat ook met minuscule hoeveelheden energie – en wie weet zelfs met vibraties in de nulpuntsenergie – heel wat meer mogelijk is dan we nu kunnen overzien. En wie weet, ontdekken we toch nog een toegang tot een ander heelal. We hebben immers letterlijk alle tijd van de wereld….

Bronnen
State of The Universe Symposium
Death-defying time crystal could outlast the universe, New Scientist