Exclusief delen we een hoofdstuk uit Dean Buonomano’s boek “Your Brain is a Time Machine”, waarin een van de meest verbijsterende vragen van het bestaan wordt onderzocht: wat is tijd eigenlijk?
Tijd is het grote podium waarop ons bestaan zich ontvouwt. We meten het met klokken, organiseren het in kalenders en voelen het onomkeerbaar stromen. Maar noch de fysica noch de neurowetenschappen hebben met zekerheid kunnen beantwoorden wat tijd precies is. Is het een tastbare dimensie van het universum, zoals ruimte, of is het slechts een illusie die door onze geest is gecreëerd?
Van oude filosofen tot moderne natuurkundigen is de aard van de tijd een hardnekkig raadsel. Augustinus in de 4e eeuw al de paradox dat we tijd begrijpen zolang we het niet proberen te verklaren. Vandaag, meer dan 1600 jaar later, blijft die onzekerheid bestaan.
De hersenen: een onvolmaakte tijdmachine
Voor neurowetenschappers is tijd niet slechts een abstract concept, maar een subjectieve ervaring die door onze hersenen wordt gevormd. Terwijl we de ruimte om ons heen nauwkeurig kunnen waarnemen, is tijd een veel kwetsbaardere en bedrieglijkere mentale constructie.
Denk er maar eens over na: wanneer je je een gebeurtenis uit het verleden herinnert, hebben je hersenen geen toegang tot een statisch archief, maar reconstrueren ze het uit opgeslagen fragmenten. Datzelfde vermogen stelt ons in staat om in de toekomst te kijken en plannen te maken, een vermogen dat ons onderscheidt van andere soorten. Maar het betekent ook dat onze perceptie van tijd zeer kneedbaar is: verveling vertraagt het, opwinding versnelt het en stress vervormt het.
Studies hebben zelfs aangetoond dat onze hersenstructuur is geoptimaliseerd voor anticipatie, niet voor precisie in tijd. Dat wil zeggen dat ons brein niet is ontworpen om de tijd nauwkeurig vast te leggen, maar om te voorspellen wat er gaat komen. Dit heeft een directe invloed op ons geheugen, hoe we de werkelijkheid ervaren en hoe we beslissingen nemen.
De fysica van tijd: stroomt het of is het slechts een illusie?
Terwijl neurowetenschappers proberen te ontcijferen hoe de hersenen tijd waarnemen, hebben natuurkundigen het bestaan ervan in twijfel getrokken. Einsteins relativiteitstheorie leerde ons dat tijd relatief is: een klok op een satelliet zal een andere tijd aangeven dan een klok op aarde. Maar sommige natuurkundigen gaan verder en suggereren dat tijd wel eens een illusie zou kunnen zijn die voortkomt uit bewustzijn.
Volgens de opvatting van het “blokuniversum” is alle tijd – verleden, heden en toekomst – al geschreven, alsof het universum een complete film is waarin we slechts één frame per keer waarnemen. Dit zou betekenen dat vrije wil slechts een illusie is en dat de toekomst al vastligt, ook al hebben we die nog niet ervaren.
Is het mogelijk om tijd te begrijpen?
Ondanks alle vooruitgang in de wetenschap en filosofie blijft tijd een mysterie. Het is zo alledaags en toch zo onbegrijpelijk dat we niet eens een consensus hebben over hoe we het moeten definiëren. Is het een fundamentele eigenschap van het universum of gewoon een subjectieve perceptie van onze geest?
In het hoofdstuk dat we hieronder delen uit het boek Your Brain is a Time Machine, dat onlangs is gepubliceerd door Pinolia, verkent neurowetenschapper Dean Buonomano deze vraag vanuit een fascinerend perspectief: hoe onze hersenen, beperkt door hun eigen structuur, ons tijd laten ervaren op een manier die mogelijk niet overeenkomt met de fysieke werkelijkheid.
Smaken van tijd, door Dean Buonomano
Wat hebben de woorden in de bovenstaande lijst met elkaar gemeen? Het is je zeker vergeven als je ze niet herkent als de vijf meest gebruikte zelfstandige naamwoorden in de Engelse taal. Dat het woord tijd bovenaan de lijst staat, samen met twee andere woorden die tijdseenheden zijn, is een gevolg van het overweldigende belang dat tijd in ons leven speelt.
Als we niet naar tijd vragen, hebben we het over tijd besparen, tijd doden, tijd opnemen, geen tijd hebben, tijd maken, bedtijd, dode tijd, tijd kopen, goede tijden, tijdreizen, overwerk, vrije tijd en mijn persoonlijke favoriet, etenstijd.
Wetenschappers en filosofen van hun kant hebben het over subjectieve tijd, objectieve tijd, juiste tijd, coördinaattijd, sterrentijd, opkomende tijd, tijdsperceptie, coderingstijd, relatieve tijd, tijdcellen, tijdsdilatatie, reactietijd, ruimte-tijd en de nogal overbodige Zeitgeber-tijd (’tijdgever of synchronisator’).
Ironisch genoeg is er, hoewel tijd het meest gebruikte zelfstandig naamwoord is, geen consensus bereikt over hoe het gedefinieerd moet worden. Meer dan 1600 jaar geleden noemde de christelijke filosoof St. Augustinus al de uitdaging om tijd te definiëren: “Wat is tijd? Als niemand het mij vraagt, weet ik wat het is. Als ik het wil uitleggen aan degene die het mij vraagt, weet ik het niet”.
Weinig vragen zijn zo verbijsterend en diepzinnig als die over tijd. Filosofen vragen zich af wat tijd is en of het een geïsoleerd moment is of een hele dimensie. Natuurkundigen vragen zich af waarom de tijd maar in één richting lijkt te stromen, of tijdreizen mogelijk is en zelfs of tijd wel bestaat.
Neurowetenschappers en psychologen worstelen ondertussen om te begrijpen wat het betekent om het verstrijken van de tijd te “voelen”, hoe de hersenen in staat zijn om tijd te registreren en waarom mensen de enige wezens zijn die in staat zijn om onszelf mentaal in de toekomst te projecteren. Bovendien vormt tijd de kern van het vraagstuk van de vrije wil: is de toekomst een open pad of is deze vooraf bepaald door het verleden?
Het doel van dit boek is om deze vragen te onderzoeken en, voor zover mogelijk, te beantwoorden. Voordat we beginnen moeten we echter erkennen dat ons vermogen om tijdsgerelateerde vragen te beantwoorden beperkt wordt door de aard van het orgaan dat ze stelt. Hoewel de gelatineachtige massa van 100 miljard hersencellen in je schedel het meest geavanceerde apparaat in het bekende universum is, is het net zo min “ontworpen” om de aard van tijd te begrijpen als je laptop is ontworpen om zijn eigen software te schrijven.
Terwijl we dus vragen over tijd onderzoeken, zullen we leren dat onze intuïties en theorieën over tijd net zoveel onthullen over de aard van de tijd zelf als over de architectuur en beperkingen van onze hersenen.
De ontdekking van tijd
Ja, het is waar dat ruimte meer dimensies heeft dan tijd: er zijn drie waarden nodig om een locatie in de ruimte te markeren (bijvoorbeeld breedtegraad, lengtegraad en hoogte), terwijl er maar één getal nodig is om een moment in de tijd te markeren. In zekere zin is ruimte dus complexer, maar mijn punt is dat het menselijk brein het veel moeilijker heeft om tijd te begrijpen dan ruimte.
Denk aan onze gewervelde soortgenoten, met wie we veel van onze neurale hardware delen. Gewervelde dieren kunnen door de ruimte navigeren, een interne kaart van hun omgeving maken en in zekere zin het begrip ruimte “begrijpen”. Dieren leggen lange afstanden af met een duidelijk doel voor ogen, ze onthouden waar ze voedsel hebben opgeslagen en zelfs een puppy weet dat als er iets lekkers achter de bank valt, hij kan proberen er omheen te gaan en het van links, rechts, onder of boven te pakken.
We weten dat de hersenen van zoogdieren een geavanceerde interne kaart van de ruimte hebben omdat neurowetenschappers al meer dan vier decennia zogenaamde plaatscellen in de hippocampus registreren. Plaatscellen zijn neuronen die geactiveerd worden wanneer een dier zich op een specifieke plaats in een ruimte bevindt, d.w.z. op een specifiek punt in de ruimte.
Deze cellen vormen een netwerk dat een ruimtelijke kaart van de buitenwereld maakt, vergelijkbaar met een GPS-systeem, maar veel flexibeler; onze interne ruimtelijke kaarten lijken bijvoorbeeld onmiddellijk te worden bijgewerkt wanneer de grenzen van een kamer worden veranderd of objecten worden verplaatst.
Dieren kunnen niet alleen door de ruimte navigeren, ze kunnen de ruimte ook “zien”. Vanaf de top van een berg kunnen we de lucht zien, het bos en een meanderende rivier die in de oceaan stroomt, waarbij elk element zijn plaats in de ruimte inneemt. We kunnen de ruimte ook “horen”, dat wil zeggen het punt in de ruimte lokaliseren waar een geluid vandaan komt. Onze tastzin (somatosensorisch systeem) informeert ons niet alleen over de positie en vorm van objecten, maar ook over de plaats in de ruimte van onze belangrijkste bezittingen: de ledematen van ons lichaam.
Tijd is anders. Dieren kunnen natuurlijk niet fysiek door de tijd navigeren. Tijd is een weg zonder vorken, kruispunten, afslagen of afslagen. Misschien was er daarom relatief weinig evolutionaire druk voor dieren om tijd net zo vloeiend in kaart te brengen, te representeren en te begrijpen als ruimte.
Zoals we in dit boek zullen zien, kunnen dieren zeker de tijd tellen en anticiperen wanneer een gebeurtenis zal plaatsvinden, maar het lijkt onwaarschijnlijk dat onze gewervelde verwanten het verschil begrijpen tussen verleden, heden en toekomst op dezelfde manier waarop hun hersenen het verschil begrijpen tussen omhoog, omlaag, links en rechts.
Onze zintuigen nemen het verstrijken van de tijd niet direct waar. In tegenstelling tot de Tralfamadorianen in de roman Slaughterhouse Five van Kurt Vonnegut, kunnen wij niet door de tijd heen kijken en verleden, heden en toekomst in één oogopslag bevatten.
De hersenen van alle dieren, inclusief mensen, zijn beter uitgerust om te navigeren, waar te nemen, ruimte weer te geven en te begrijpen dan tijd. Een van de theorieën over hoe de mens het concept tijd begreep, is zelfs dat de hersenen zich bestaande circuits toe-eigenden om ruimte weer te geven en te begrijpen. Zoals we zullen zien, kan dit een van de redenen zijn waarom alle culturen ruimtelijke metaforen lijken te gebruiken om over tijd te praten (“het is een lange dag geweest”, “de dag van de eclips komt eraan”, “terugkijkend had ik dat niet moeten zeggen”).
Ook voor wetenschappers is tijd ingewikkelder dan ruimte. Wetenschappelijke disciplines doorlopen, net als mensen, verschillende stadia in hun ontwikkeling: ze rijpen en veranderen terwijl ze groeien. En in veel disciplines is een van de kenmerken van dit rijpingsproces de geleidelijke acceptatie van tijd.
Ongetwijfeld het eerste echte gebied van de moderne wetenschap was de meetkunde, geformaliseerd door Euclides in de derde eeuw voor Christus. Meetkunde wordt vaak gedefinieerd als “de tak van de wiskunde die zich bezighoudt met de eigenschappen en relaties van punten, lijnen, vlakken en figuren”. De Euclidische meetkunde staat bekend als een van de meest elegante en transformatieve theorieën in de geschiedenis van de wetenschap, ondanks haar totale minachting voor tijd.
Meetkunde had ook spatiometrie genoemd kunnen worden: de studie van dingen die bevroren zijn in de tijd en nooit veranderen. Geometrie was niet voor niets een van de eerste wetenschappelijke gebieden: wetenschap is veel eenvoudiger als tijd wordt genegeerd.
De wiskunde die de Griekse filosofen en wetenschappers tot hun beschikking hadden, was niet toereikend om te bestuderen hoe dingen in de loop van de tijd veranderen. Bovendien was het in de oudheid veel gemakkelijker om afstand te meten dan tijd; tegenwoordig is het omgekeerde waar, omdat we tijd veel nauwkeuriger kunnen meten dan ruimte.
Het duurde ongeveer tweeduizend jaar na Euclides voordat tijd volledig werd opgenomen in de wiskunde en natuurkunde. Een belangrijke stap in deze richting vond plaats aan het einde van de 16e eeuw toen, volgens een waarschijnlijk apocrief verhaal, een verveelde Galileo Galilei waarnam dat de tijd die een schommelende lamp in de kathedraal van Pisa nodig had om een volledige cyclus te voltooien onafhankelijk was van de amplitude van de trilling, dat wil zeggen dat de periode van de trilling hetzelfde was of de trilling nu breed of smal was (later werd vastgesteld dat de periode iets toeneemt met de amplitude).
Door beweging te bestuderen, d.w.z. hoe de positie van objecten in de tijd verandert, droeg Galileo bij aan de geboorte van de dynamica. Maar net als de Grieken had Galileo niet de middelen om de relaties tussen krachten, beweging, snelheid en versnelling wiskundig te definiëren. Newton en Leibniz vonden het ultieme wiskundige hulpmiddel uit om te begrijpen hoe dingen in de loop van de tijd veranderen: de calculus. Dankzij de calculus was Newton in staat om de wetten voor de beweging van vallende appels en draaiende planeten te beschrijven.
Newton geloofde in absolute tijd, die “van nature gelijkmatig stroomt zonder rekening te houden met iets externs”. Voor hem was er een ware en universele tijd die ondubbelzinnig van toepassing was op alle punten in de ruimte. Newtons universum leek deterministisch: alle tijd, verleden en toekomst, kon in principe worden bepaald vanuit het heden.
Maar er stond ons nog veel meer wetenschappelijke vooruitgang te wachten. Twee daarvan zijn bijzonder relevant voor ons. Ten eerste kwamen wetenschappers geleidelijk tot het (voor sommigen) ontmoedigende besef dat het, zelfs in een universum dat volledig gehoorzaamde aan de prachtige wetten van Newton, in de praktijk niet mogelijk was om de toekomst te voorspellen (of het verleden te retrodicteren).
Het werk van veel wetenschappers, waaronder de Franse wiskundige Henri Poincaré en de Amerikaanse meteoroloog Edward Lorenz, onthulde dat kleine verschillen in de toestand van een systeem kunnen leiden tot zeer verschillende toekomstige uitkomsten (het beroemdste voorbeeld is het vlindereffect bij weersvoorspellingen). Dit wordt chaos genoemd en we zullen het zien opduiken wanneer we het meest complexe dynamische systeem bestuderen dat we kennen: ons brein. De tweede doorbraak kwam toen Albert Einstein Newtons idee van absolute en universele tijd van tafel veegde.
Tegen alle intuïtie in stelde Einstein vast dat tijd relatief was. We zullen dit in detail bespreken, maar voor nu is het punt dat, naarmate de natuurkunde zich ontwikkelde, het probleem van de tijd steeds dieper en fundamenteler werd. Tot op zekere hoogte. Ironisch genoeg wordt er van sommige kanten op aangedrongen om tijd helemaal uit de natuurkunde te verwijderen en terug te keren naar een statisch geometrisch universum, waarnaar natuurkundige Julian Barbour verwijst als Platonia – een verwijzing naar Plato’s idee dat ideale geometrische vormen echte entiteiten zijn die in een tijdloos rijk bestaan.
Tijd en neurowetenschap
Veel andere wetenschappelijke disciplines ondergingen een soortgelijk rijpingsproces. De moderne biologie bijvoorbeeld begon in de 18e eeuw als een nogal beschrijvende en statische taxonomie van levensvormen, maar groeide om tijd te incorporeren in de vorm van evolutie en dynamiek. Darwin speelde de rol van Galileo: hij observeerde dat soorten op de planeet Aarde voortdurend in “beweging” waren: muterend, verdwijnend en evoluerend.
De neurowetenschappen en de psychologie ontwikkelden zich om geleidelijk het probleem van de tijd te integreren. Hoewel frenologie als een pseudowetenschap werd beschouwd, erkenden de frenologen tenminste het belang van ons tijdsbesef. Ze wezen ons tijdsbesef toe aan een gebied van de frontale kwabben dat gunstig gelegen was tussen melodie en ruimte (“lokaliteit”).
Volgens een tekst uit de frenologie “is het de taak van deze faculteit om het verstrijken van de tijd, de duur, de opeenvolging van gebeurtenissen enzovoort aan te geven. Het herinnert zich ook data, houdt de juiste tijd bij in muziek en dans en zorgt voor stiptheid bij het nakomen van afspraken”.
William James, een van de vaders van de moderne psychologie, erkende ook het belang van tijd voor het begrijpen van de geest. Hij wijdde zelfs een hoofdstuk van zijn magnum opus, Principles of Psychology (gepubliceerd in 1890), aan de perceptie van tijd. Vreemd genoeg hebben sindsdien maar weinig naslagwerken op het gebied van psychologie of neurowetenschappen hetzelfde gedaan. Sterker nog, gedurende het grootste deel van de 20e eeuw werd het probleem van tijd enigszins verwaarloosd en weggelaten uit de meeste studieboeken.
Ik overdrijf echter. Ten eerste is het probleem van tijd in de neurowetenschappen en de psychologie niet één enkel probleem, maar een reeks onderling verbonden problemen die te maken hebben met de manier waarop de hersenen tijd tellen, complexe temporele patronen genereren, het verstrijken van de tijd bewust waarnemen, zich het verleden herinneren en aan de toekomst denken.
Ten tweede is er aanzienlijke vooruitgang geboekt in veel deelgebieden die verband houden met de psychologie en neurowetenschappen van de tijd. De chronobiologie bijvoorbeeld, de studie van biologische ritmes, vooral slaap-waakcycli, bloeide gedurende de 20e eeuw. Bovendien hebben veel baanbrekende wetenschappers in diezelfde eeuw ons begrip van de manier waarop de hersenen tijd tellen en waarnemen verbeterd. Maar relatief gezien zijn de problemen met betrekking tot tijd over het hoofd gezien. Als je bijvoorbeeld in de index van wat wordt beschouwd als de bijbel van de moderne neurowetenschappen, het leerboek Principles of Neuroscience, zoekt naar het woord tijd, zul je het niet vinden. Aan de andere kant, als je zoekt naar het woord ruimte, zul je het in meerdere items terugvinden.
Psychologie en neurowetenschappen zijn pasgeboren wetenschapsgebieden die nog maar net het belang van tijd en dynamiek volledig beginnen te begrijpen. Zoals psycholoog Richard Ivry van de Universiteit van Californië in Berkeley in 2008 schreef: “een generatie geleden was het onderzoek naar tijd beperkt en gericht op het bestuderen van gedragingen die gekenmerkt werden door regelmatigheden in de tijd. Meer recent heeft er een renaissance plaatsgevonden in de studie van tijdsperceptie, waarbij onderzoekers een breed scala aan temporele fenomenen bestuderen.
Een voorbeeld van deze verschuiving is een van de heilige vragen van de psychologie en neurowetenschappen: “hoe slaan de hersenen herinneringen op? Omdat herinneringen verwijzen naar ervaringen uit het verleden, is het geheugen intrinsiek verbonden met tijd. Maar zelfs hier zijn wetenschappers er vaak niet in geslaagd om het probleem van het geheugen in zijn juiste tijdscontext te plaatsen. Pas in de 21e eeuw zijn wetenschappers volledig gaan accepteren dat “informatie over het verleden alleen nuttig is voor zover het ons in staat stelt te anticiperen op wat er in de toekomst kan gebeuren”.
Het geheugen is niet geëvolueerd om ons het verleden te laten herinneren. De enige evolutionaire functie van het geheugen is dat dieren kunnen voorspellen wat er gaat gebeuren en wanneer het gaat gebeuren, zodat ze beter kunnen reageren als het gebeurt. Dankzij voortdurende conceptuele veranderingen, samen met een groot aantal methodologische vorderingen, zijn de neurowetenschappen en de psychologie zich steeds meer gaan richten op het bestuderen van tijd. Nog belangrijker is dat beide disciplines erkennen dat zonder begrip van de mechanismen die de hersenen gebruiken om tijd te tellen, waar te nemen en te representeren, het niet mogelijk is om de menselijke geest te begrijpen.
