Plancktijd

Tijd lijkt in het dagelijks leven te vloeien. Toch zijn er enkele natuurkundige redenen waarom tijd op zeer kleine schaal waarschijnlijk korrelig is.

Kort, korter en kortst: Plancktijd en tijdatomen
Je kan tijd, bijvoorbeeld een seconde, onderverdelen in kleinere delen. Denk aan milliseconden, attoseconden en nog kleiner. In een seconde, bijvoorbeeld, bereikt een lichtstraal driekwart van de afstand aarde-maan. In een attoseconde reist een lichtdeeltje, foton, niet verder dan twee waterstofatomen achter elkaar. De kortste laserpuls ooit duurde 67 attoseconden (dat is 0,000 000 000 000 000 067 seconde, de kortste tijd ooit gemeten 20 attoseconden. De grootste nauwkeurigheid waarmee een proces kan worden aangestuurd is zelfs kleiner dan twaalf attoseconden. Bestaan er nog kortere tijdsintervallen? Het antwoord: jazeker. W- en Z-bosonen bijvoorbeeld, de deeltjes die de zwakke kernkracht overbrengen, bestaan gemiddeld minder dan een yoctoseconde. Dat is de tijd die licht er over doet om een proton door te reizen. In theorie kan dit doorgaan tot de Plancktijd. Dit is 5,39 * 10^-44 seconde. Deeltjes die kleiner zijn dan de bijbehorende Planckafstand, zijn zo zwaar dat ze een minuscuul zwart gat vormen. Daarom is het natuurkundig gezien zinloos om over kortere tijden dan de Plancktijd te spreken. Ruimtetijd zoals we die kennen, houdt op te bestaan op deze schaal.

Grotere tijdatomen
De Plancktijd is extreem kort: in principe zitten er meer Plancktijden in een seconde, dan seconden in de leeftijd van het heelal.  In een nieuw artikel [1] stellen natuurkundige Mir Faizal en collega’s dat het kortste tijdsinterval dat natuurkundig gezien betekenis heeft, vermoedelijk veel groter is dan de Plancktijd. Discrete tijd dus. De twee belangrijkste theorieën wat betreft kwantumzwaartekracht, snaartheorie en loop quantum gravity, voorspellen beide korrelige tijd. Anders dan bijvoorbeeld de snaartheorie, die experimenteel niet te toetsen is, is toetsing wél mogelijk met de veranderde kwantumvergelijking van Faizal c.s. Deze wijkt bij korrelige tijd namelijk iets af van de continue kwantumvergelijking.

Experiment
De makkelijkste manier om te toetsen of er tijdatomen bestaan, is om de spontane emissie van waterstof te bestuderen. Dat is de snelheid waarmee waterstofatomen met teveel energie fotonen uitzenden en weer terugspringen naar de rusttoestand. Als tijd uit korrels bestaat, gedraagt deze zich anders dan voorspeld door de klassieke kwantummechanica.

Bron
1. Mir Faizal, et al. “Time crystals from minimum time uncertainty.” The European Physical Journal C. DOI: 10.1140/epjc/s10052-016-3884-4. Ook: arXiv:1501.03111