De Hoogste Tijd - Het Emergente Universum

DE HOOGSTE TIJD*

Circadiaanse ritmes, biologische klokken en de tijdillusie

Met Heb je even voor mij? wordt een beroep gedaan op persoonlijke TIJD (en aandacht) waarvan je je kunt afvragen wat er mee gebeurt als er niemand komt opdagen. Heb je even voor mij? Iedereen weet wat er wordt bedoeld: kun je wat tijd met mij delen.

Tijd beleef je samen. We beseffen het nauwelijks maar dat is de wijze waarop we tijd gewoonlijk ervaren. Dat is ook het voornaamste bestaansrecht van de talloze uurwerken, horloges en andere dagelijkse tijdduiders. In volledige afzondering blijkt ons tijdsbesef ernstig verstoord te raken. Al na enkele uren in een isoleercel komt de geschatte duur van het isolement uit op de helft van de werkelijke tijd die in beslotenheid is doorgebracht. Slaapgebrek vertraagt de biologische klok en versnelt de tijdsbeleving.

Het bevestigd de idee dat onze opvatting over circulaire tijd een culturele (aangeleerde) component heeft die vrij eenvoudig valt te manipuleren. Dit in tegenstelling tot de gangbare opvatting over lineaire tijd. De meeste mensen kunnen zich onmogelijk voorstellen dat objectieve tijd een illusie is.*

Joachim Bolt was in de totale duisternis onder de puinhopen van het Peruaanse museum zijn gevoel voor ruimtetijd volledig kwijtgeraakt. Zoals kinderen soms denken te kunnen verdwijnen door hun ogen te sluiten, verplaatste hij zichzelf in gedachten naar de catacomben van het oudheidkundig instituut en verdween voorgoed in het archief.

Anders dan bij ingesloten mijnwerkers en verdwaalde grottoeristen zou er nooit meer een spoor van hem worden teruggevonden. Dat wordt wel geweten aan zijn eigenzinnige gedrag om een uitgang te vinden. Daarbij zou hij juist steeds dieper in de duisternis van de ruimtetijd zijn opgegaan.

Anderen vermoeden dat hij, net als de tijd zelf, een illusie was, ontsproten aan het brein van Erik Hazepad, en nooit heeft bestaan.

In 1972 liet de Franse speleoloog Michel Siffre zich een half jaar opsluiten in een comfortabel ingerichte grot in Texas. De bedoeling was om meer inzicht te krijgen in het bioritme van de mens. Tijdens zijn verblijf in de klokloze ruimte verloor Siffre geleidelijk aan zijn gevoel voor de juiste tijd. Toen hij na zes maanden naar buiten kwam, dacht hij dat er pas drie waren verstreken.*

Die ingrijpende invloed van afzondering op onze tijdbeleving werd later bevestigd door een vergelijkbaar experiment. In 1989 bracht de Italiaanse binnenhuisarchitecte Stefania Follini vier maanden door in een ondergrondse kamer zonder dat ze enige kennis had van het opkomen en ondergaan van de zon. Na verloop van tijd stopte haar menstruatiecyclus en bij haar eerste betreden van de buitenlucht na ruim 130 dagen meende ze dat er pas twee maanden voorbij waren sinds ze de grotkamer was binnen gegaan.

Voor mensen die langdurig worden opgesloten, verloopt de tijd steeds sneller. Onderzoekers hebben vastgesteld dat mensen die langdurig worden afgezonderd van hun omgeving een waak-slaap ritme ontwikkelen volgens een 48-uurs cyclus.*

Met deze en vergelijkbare onderzoeken is onweerlegbaar aangetoond dat de mens een interne klok heeft en dat deze behoorlijk achterloopt met het normale dag-nachtritme op aarde.

Sinds het prille begin van het leven op aarde hebben organismen een ingebouwd metronoom dat hen instaat stelt in de maat te blijven met ritmische processen. In een micromilieu zijn dergelijke processen talrijk en variëren van cyclische veranderingen van zuurgraad en temperatuur, potentiaalverschil en concentratie van opgeloste stoffen, stroming en voedsel. Op mondiale schaal komen daarbij de invloed van hemellichamen zoals de getijden en het dag-nachtritme. Door de intensieve straling van de zon zou dat laatste spoedig een overheersende rol gaan spelen.

UV heeft een schadelijke invloed op het correct doorgeven van genetische informatie. Het tast de blauwdruk aan die nodig is voor het maken van de juiste eiwitten. De oorspronkelijke archaea en bacteriën vormden enzymen die instaat waren onder invloed van ultraviolet licht reparaties aan het DNA (de blauwdruk) te verrichten. Primitieve levensvormen met zulke enzymen hadden het voordeel dat geschikte eiwitten ook in volgende generaties gehandhaafd bleven. Een essentieel evolutionair principe. Erfelijke factoren die coderen voor dergelijke enzymen noemen we reparatiegenen.

Lang voordat de UV- straling minder intensief werd door de vorming van de ozonlaag is het zichtbare daglicht een cruciale rol gaan spelen bij het tot stand komen van een circadiaanse ritme*. Door kleine modificaties in structuur kan namelijk het absorptievermogen van lichtgevoelige moleculen verschuiven van ultraviolet naar blauw licht. De enzymen die onder invloed van zichtbaar licht zijn gevormd, reguleren de werking van een aantal zogenaamde klokgenen die door positieve en negatieve feedback de concentratie van eiwitachtige stoffen cyclisch variëren over een periode van circa 24 uur*. Net als reparatiegenen zijn deze klokgenen te vinden in elk DNA, dus in elke cel, van blauwwier tot primaat.

Bij de eenvoudige blauwwieren (prokaryoten) die al miljarden jaren de oceanen bevolken en met de productie van zuurstof op aarde zijn begonnen, is de biologische klok veel overzichtelijker dan bij planten en dieren. Hun 24-uursritme staat nog niet onder invloed van licht (autonoom) en wordt geregeld door drie eiwitten die voortdurend in elkaar grijpen en weer loslaten als radertjes in een klok. Het ritme is onafhankelijk van licht (autonoom) en heeft zich waarschijnlijk door natuurlijke selectie aangepast aan het dag-nacht ritme op aarde. Vermoed wordt dat dit systeem ten grondslag ligt aan de interne ritmes in complexere levensvormen die later ontstaan zijn (eukaryoten)

In de loop van de evolutie is het cellulaire mechanisme uitgebreid om stabilisatie van het circadiaanse ritme tijdens groei te garanderen*. In meercellige organismen vormen de lichaamscellen zogenaamde ‘perifere’ klokken. Bij dieren (en mensen) worden die klokken gesynchroniseerd en dagelijks gelijkgezet door signalen afkomstig van de suprachiasmatische kernen (SCN) in de hypothalamus. Er is geen zintuigelijke waarneming van de tijd. Ons tijdbesef is volledig gebaseerd op de cyclische processen zoals hierboven beschreven. Geen wonder dat de tijd langdurig als een louter cyclisch proces werd beschouwd.

Het circadiaanse ritme is ruwweg onafhankelijk van uitwendige prikkels. Het voorziet in een eigen behoefte, maar het kan worden gereset met de uitwendige prikkel. Het is niet vanzelfsprekend dat de metronoom synchroon loopt met de te volgen cyclus. Een regelmatige correctie is gewenst. De talrijke organismen waarbij de bioklok onjuist was afgestemd op het omgevingsritme zijn eenvoudig uitgestorven. Evolutie is vooral doodgaan, verteerd worden, van de aardbodem verdwijnen.

Het vernuft van Homo sapiens zal ons vast en zeker in staat stellen van deze historische ontwikkeling af te wijken.

De voortbeweging van licht door de ruimtetijd wordt beschouwd als een constante (lichtsnelheid). Alles wat zich als zodanig (met die snelheid) voortbeweegt is tijdloos (een hypothetische klok met de snelheid van het licht staat stil). Alles dat niet zo snel gaat (trager is) bevindt zich in de tijddimensie (kent wel tijd). Je zou evengoed kunnen zeggen dat licht (en elke andere elektromagnetische golfbeweging) stilstaat in de ruimtetijd en dat wij bewegen met die absolute snelheid. De omkering van het uitdijende heelal. Wij vallen met de snelheid van het licht in de diepte. Roodverschuiving wordt veroorzaakt door een tragere valbeweging van verre stelsels. De achtergrondruis is niet de echo van de oerknal maar van de branding van een kosmische oceaan. Voor GPS en elektrisch licht maakt het niet uit, aardse producten hebben een aardse dimensie, een afwijking wordt pas merkbaar over een afstand van lichtjaren. Hoe je het ook wendt of keert, zonder emergentie (het licht gaat mij op) is het universum een absurditeit.

Onze innige relatie met licht komt tot uitdrukking in een grootschalig Europees onderzoek. Inwoners van het voormalige Oost Duitsland (waar de zon vroeger opkomt) staan ongeveer een halfuur eerder op en gaan gemiddeld een half uur eerder naar bed gaan dan hun landgenoten in het westen. Terwijl al die mensen wel naar hetzelfde achtuurjournaal kijken. Het maatschappelijke ritme is dus niet allesbepalend voor de biologische klok.

Alles kost tijd, en – laat de clichés maar rollen – tijd kost geld. Toch wordt er niet altijd op een paar centen meer of minder gelet als het om de tijd gaat.

De kosten voor de ontwikkeling van een atoomklok die sinds de oerknal nog geen seconde zou zijn afgeweken, moeten astronomisch geweest zijn.* De klok werd ontwikkeld door het National Institute of Standards and Technology (NIST) dat wordt gefinancierd door de Amerikaanse overheid en het internationale bedrijfsleven. De innovatieve opbrengst van de investering ligt allereerst op het gebied van moderne communicatie.

Dat geld geen belemmering hoeft te zijn als het gaat om het vastleggen van tijd wordt ook door particulieren bewezen. The Long Now Foundation, een club van gefortuneerde (en wellicht excentrieke) idealisten, ontwikkelt uiteenlopende projecten die het zeer-lange-termijn-denken moeten stimuleren. Eén van die projecten is een klok die is ontworpen om ten minste tienduizend jaar lang de juiste tijd aan te geven.* Zoals een ruimtefoto van onze planeet beeldbepalend werd voor de milieubeweging, zo moet de klok het icoon worden van ons tijdbesef en de gedachte dat er nog een verre toekomst voor ons ligt.

Voor onze dagelijkse beleving van tijd zijn die hoge nauwkeurigheid en verre toekomst nog niet erg relevant. De meeste mensen zijn al heel tevreden met een beetje zonlicht als ze opstaan en een vrije dag in het vooruitzicht.

De tijdrekening is in alle culturen traditioneel gebaseerd op de omwentelingen van hemellichamen. Het uur van de dag en de tijd van het jaar worden afgeleid uit de stand van de zon en sterren en soms kunnen ook de positie en schijngestalten van de maan een rol spelen. Hoe die tijdrekening uiteindelijk vorm krijgt, ligt veel minder vast en wordt bepaald door pragmatisme, creativiteit en technologische beschikbaarheid.

We zijn gewend aan de afspraak dat de zon om 12 uur ‘s middags het hoogst aan de hemel staat, maar die afspraak is net zo willekeurig als het begin van de jaartelling bij de geboorte van Christus te leggen. Zo begint de islamitische jaartelling met de reis van Mohammed uit Mekka naar Medina (hidjra) en telt men de jaren in Thailand vanaf de dood van Siddharta Boeddha. Voor sommigen valt het jaar 0 samen met de stichting van Rome of van een keizerlijke dynastie, anderen hanteren liever het veronderstelde tijdstip van de schepping van de wereld. Atheïstisch getinte zielen geven natuurlijk de voorkeur aan de oerknal als startpunt.

Wat de hoogste zonnestand betreft, is het wellicht logisch om die midden op de dag te plaatsen, maar dat wil niet zeggen dat dan ook de klok moet starten (waar begin je op een cirkel?). Het probleem is alleen dat iedereen dat zo gewend is en het niet anders wil, waar ook ter wereld. Zo hebben die ellendige tijdzones hun intrede gemaakt. Met alle problemen van dien.*

Vandaag de dag zou waarschijnlijk niemand op het idee komen om via een 12-tallig stelsel op een ronde schijf een etmaal in gelijke partjes te verdelen. Het digitale horloge laat (zonder omslag van het kloklezen) zien hoe laat het is en kan dat bovendien veel nauwkeuriger. Het 10-tallig stelsel (zoals de Franse revolutionairen ooit voorstonden) zou voor de hand liggen maar wordt om praktische redenen (niet alles is gedigitaliseerd) nog niet toegepast.

Afhankelijk van de cultuur waarin ze ontstonden, vertonen kalenders meer variatie. De ijkpunten zijn hetzelfde. Overal ter wereld kent men een hoogste zonnestand, tussen de keerkringen 2x, bij ons 1x per jaar (365¼ dagen). Om die periode overzichtelijker te maken is hij verdeeld in weken en maanden, maar de respectievelijke lengtes van 7 en tussen de 28 en 31 dagen is volkomen arbitrair.

Een constante maandlengte van 28 dagen komt overeen met de gemiddelde lengte van de menstruatiecyclus en evenals met het gemiddelde tussen de siderische- en synodische maanomloop. Zo’n minder willekeurige maandlengte betekent 13 maanden in een jaar en om de 10 jaar een schrikkeljaar (net als nu is de deling onvolledig wat met een afwijkend schrikkeljaar kan worden gecompenseerd).

Volgens onze huidige kalender kan de 1^e van de maand op een willekeurige weekdag vallen. Vermoed wordt dat de oeroude en religieus getinte weeklengte van 7 dagen overeenkomt met een menselijk bioritme. Op grond daarvan valt de huidige weeklengte aan te bevelen. Dan kan elke maand ook met dezelfde dag beginnen.

Een week hoeft echter niet een geheel aantal malen in een maand te passen (dat is nu ook niet het geval). Uit sociaaleconomische overwegingen zou een week van acht dagen (met 3 recreatieve dagen) wellicht te verkiezen zijn boven een 4-daagse werkweek. Dat zou dan wel op internationale schaal moeten plaatsvinden omdat anders het sociaaleconomische verkeer wel erg uit de pas raakt. Maar misschien is dat nog helemaal niet zo erg. Waar het om gaat is dat kalenders ook maar kunstgrepen zijn en geenszins onherroepelijk.

Het begin van een jaartelling is net zo arbitrair als de positie van de 0-meridiaan ten behoeve van de aardse tijdzones. Er zijn nooit meer/betere argumenten denkbaar om dat te doen dan er zijn om dat te laten. Alleen zodra men zich niet meer op aarde bevindt, kan een andere tijdregistratie handig zijn. Op Mars is het dag/nacht ritme maar een paar procent trager dan op aarde zodat men daarvoor nog geen correctie heeft gehanteerd. Bij een langer verblijf zouden uurwerken gebruikt kunnen worden die iets trager lopen. Omdat een jaar op Mars ongeveer 1,8 x langer duurt dan op aarde is er inmiddels wel een Mars-kalender ontwikkeld, de zogenaamde Darische kalender die begint op 11 maart 1609 toen Kepler zijn idee over de elliptische planetenbanen publiceerde.

Lastiger wordt het om een logische tijdrekening te hanteren op één van de manen van Jupiter of tijdens intergalactische ruimtereizen. Een biologisch gerelateerd dag/nacht ritme zal niet zo moeilijk zijn om te realiseren, voor de jaartelling zal men waarschijnlijk vasthouden aan aardse tradities. Of zal men met de seconde als tijdseenheid uitgaan van de oerknal als beginpunt?

Er bestaan al voorstellen voor algemene invoering van een universele tijd naast de huidige zonnetijd.* De laatste is verantwoordelijk voor de verschillende tijdzones op aarde en de jaarlijkse aanpassing van zomer- naar wintertijd en vice versa. De nadelen zijn overwegend van biologische aard, de voordelen vooral economisch. Toch is het slechts een kwestie van gewenning dat op de ene plaats op aarde de zon om tien minuten over negen het hoogst aan de hemel staat en op een andere plaats om half vier ’s nachts (in plaats van overal om ongeveer 12 uur ’s middags). Het probleem rond de invoering van een dergelijke universele tijdvoering is voornamelijk politiek. Wie krijgt de nieuwe 0-meridiaan toegewezen? Die kan maar het beste langs de internationale datumgrens lopen, zodat de hoogste zonnestand om 12 uur ’s middags alleen nog op een schip op de Pacific kan worden ervaren. Nieuwe attractie?

“Wakker worden is een heftige verandering voor je lichaam. Daarom begint je biologische klok al een paar uur van tevoren met de voorbereiding. Maar als je midden in dat proces opstaat, is je lichaam er nog niet klaar voor. De meeste hartaanvallen vinden om die reden op maandagmorgen plaats. Dat heeft te maken met het feit dat veel (avond-) mensen in het weekend uitslapen. Op maandag hebben ze extra moeite om uit bed te komen.” Aldus professor A. Kalsbeek (AMC-UvA).

Visualisatie van de signalen veroorzaakte grote opwinding bij het onderzoeksteam van Dr Pacha in Delhi. De beelden waren wat vreemd vlekkerig maar toonden onmiskenbaar de weelderige vegetatie van tropisch regenwoud.

“Brazilië,” constateerde de botanicus in het team na enige tijd.

Ineens dook er een halfnaakte indiaan op en even later nog een aantal. Ze leken in een rituele trance maakten ritmische bewegingen. Plotseling stormde er één in beeld met opgeheven arm. In zijn hand een klein soort kromzwaard. De uitzending stopte abrupt.

Het is jammer dat we maar één woord hebben voor ‘de tijd’. Het leidt tot spraakverwarring en draagt bij aan de ongrijpbaarheid van het fenomeen. Iedereen weet wat er met de tijd wordt bedoeld maar niemand weet wat het precies is. We volstaan met adjectieven als cyclisch, lineair, objectief en vulgair. Cyclisch voor de kloktijd, lineair voor de thermodynamische tijd (die maar één richting kent), objectief voor de fysische tijd (t; die geen verleden of toekomst kent) en vulgair voor de tijd zoals we die beleven. Maar dat ‘opknippen’ is verwarrend en dat maakt het mysterie alleen maar groter.

De heilige graal van de natuurkunde is sinds halverwege de vorige eeuw een formule die de vier fundamentele krachten omvat. Voor de elektromagnetische kracht en de sterke- en zwakke kernkracht is dat inmiddels gelukt (het standaardmodel) maar de zwaartekracht past daar niet in. De algemene relativiteitstheorie (wereld van het grote) leek onverenigbaar met de kwantummechanica (wereld van het kleine).*

De natuurkundigen Archibald Wheeler en Bryce DeWitt lukte het in de jaren zestig van de vorige eeuw om de zwaartekracht met de andere drie fundamentele krachten in één universele formule samen te brengen. Die prestatie werd echter genegeerd omdat de tijd uit de vergelijking was verdwenen. Alleen kwantumverstrengeling zou een oplossing kunnen bieden.

Nu die verstrengeling experimenteel is aangetoond,* krijgt de Wheeler-DeWitt-vergelijking de erkenning die het verdient. Tijd is geen fundamenteel maar een emergent fenomeen dat ontstaat uit kwantumverstrengeling.

Voor de fysicus Julian Barbour wordt hiermee bevestigd dat tijd een product is van ons brein. Alleen verandering is wat we waarnemen. Verandering, die door de fysica werd geformaliseerd als beweging: een ruimtelijke verplaatsing in de tijd. Maar die tijd is eigenlijk een zinsbegoocheling De voortdurend in dezelfde richting stromende beweging van verleden naar toekomst is een neuronale interpretatie van een veranderende omgeving. Om organismen die hersens hebben, zoals wijzelf, te helpen overleven. Objectieve tijd bestaat helemaal niet.*

Volgens Barbour is ons universum opgebouwd uit een eindeloze reeks van nu-momenten, waar wij ons langs lijken te bewegen. Elk nu-moment bevat een bepaalde configuratie van alles wat er is in het heelal en al die nu-momenten bestaan allemaal tegelijkertijd. Dat betekent overigens ook dat het thermodynamische éénrichtingsverkeer van de tijd niet langer geldt. Naast de altijd toenemende entropie heeft Barbour daarom ook de entaxie geïntroduceerd, die voortdurend afneemt.

Het concept van onveranderlijke beweging bestond al maar haar wiskundige formalisering is te danken aan het inzicht van Isaac Newton: v_t= v₀ (de snelheid [velocitatum] van de beweging is na een willekeurige tijd t [tempus] gelijk aan de beginsnelheid). Hij anticipeerde daarmee op ideeën van Griekse natuurfilosofen onder wie ooit een geniaal (maar wellicht onjuist) concept is ontstaan: snelheid. Oftewel (voort)beweging gedurende een bepaalde tijd: v = s/t waarbij s [spatium] staat voor de afgelegde weg. Via deze gedachtegang werd de lineaire tijd formeel ingevoerd.

Als kleinste fragment van periodieke tijdseenheden (dag, maand jaar) is de seconde tot fundamentele eenheid van lineaire tijd benoemd. Het kortste stukje lineaire tijd duurt iets minder dan 5½ x 10^-44seconde en is de hoeveelheid tijd die licht nodig heeft om een afstand gelijk aan 1 plancklengte (de kleinst denkbare lengte; ca 1,6 x 10^-35meter) af te leggen. Het zijn deze onvoorstelbaar kleine fragmenten die Julian Barbour nu-momenten noemt en waarmee hij zijn universum, genaamd Platonia, heeft gevuld.

Voor wie de realiteit van lineaire, fysieke tijd wel aanvaardt, rijst de vraag of deze eindeloos is, dan wel een begin- en eindpunt heeft. Daarover wordt verschillend gedacht. Sommigen geloven in een begin door schepping, anderen prefereren een oerknal; sommigen verwachten als eindpunt een laatste oordeel, anderen hopen op een soort syntropische zelfverwerkelijking van alle levende materie aan het einde van het heelal. Dat fysieke tijd echt bestaat, trekt men over het algemeen niet in twijfel. Dat de tijd maar in één richting beweegt vinden de meesten ook vanzelfsprekend. De relatie met entropie is minder algemeen bekend en dat deze in een uitdijend heelal alleen maar kan toenemen, zal maar weinig mensen storen. Omdat het onder astrofysici onduidelijk is waarom de entropie in het jonge heelal zo laag was en bovendien niet past in Barbours Platonia, is de entaxie geïntroduceerd. Daarmee worden ook de nu-momenten met een hoge mate van orde in het heelal vertegenwoordigd.

Het begrip ruimtetijd, met tijd als 4^e dimensie, wordt in wetenschappelijke kringen algemeen erkend. De wiskundige bouwstenen van de ruimtetijd zijn coördinaten (vier in elk punt). In de kwantumfysica zijn theorieën ontwikkeld die de grondslag van zelfs de meest elementaire bouwstenen proberen te verduidelijken. Op kwantumniveau wordt de ruimtetijd gevormd uit niet-lokale informatie, d.w.z. verstrengelde stukjes informatie (qubits). Met verstrengeling wordt bedoeld dat die informatie wordt gedeeld door verschillende punten in de ruimtetijd. De hoeveelheid informatie die kan worden gedeeld, de temporale verstrengelingsentropie, is maximaal naarmate de punten in de ruimtetijd het verst van ons verwijderd zijn en wordt 0 op het moment dat we ‘nu’ noemen. Een dergelijke emergente tijd kan echter alleen bestaan in de abstracte beslotenheid van complexe wiskundige formules. In onze aardse hersenen is er geen plaats voor. Een echte voorstelling kun je er niet van maken.

Waar we ook geen voorstelling van kunnen maken is ons Zelf. Dat is zo gek nog niet, want juist als ons Zelf, ons bewustzijn, zich uit alle macht probeert bewust te maken van zichzelf, is er sprake van een recursief proces, een poging om het droste-effect te doorgronden. Dat hoeven overigens geen ijdele pogingen te zijn. Als je de tijd maar niet uit het oog verliest. Volgens de Bhagavad Gita is het Zelf echter tijdloos, onafhankelijk van onze geboorte en onze dood. Ons Zelf lijkt samen te vallen met de tijd, eeuwigdurend en onbegrensd. Is Tijd eigenlijk een zich steeds herhalende projectie van je Zelf?*

Hoe het is om te leven volgens een cyclus die veel langer duurt dan een paar dagen of maanden is even moeilijk voor te stellen als een kleur die je nog nooit gezien hebt of een absoluut ‘gevoel’ voor tijd. Toch zijn er heel wat organismen op aarde die leven volgens een dergelijk infradiaan ritme.

In het Sumatraanse regenwoud leven de penisplanten (Amorphophallus titanum) die maar eens in de drie jaar bloeien en fonteinbamboes (Fargesia nitida) doen er meer dan honderd jaar over voor zij weer in staat zijn tot geslachtelijke voortplanting.

Veel dieren kennen een zogenaamde diapauze, een hormonaal geregelde stilstand in de ontwikkeling die vooral voorkomt bij insecten en andere geleedpotigen. Sommige soorten kunnen jarenlang als pop overleven alvorens ze als volwassen dier tevoorschijn komen. Over welke uitwendige prikkel(s) daarbij precies een rol speelt of spelen, tast men nog in het duister. De poppen van Prodoxus y-inversus werden blootgesteld aan veranderende warmte-, vochtigheid- en lichtcondities alvorens de vlindertjes na negentien jaar voor de dag kwamen.

De larven van kevers en cicaden kunnen langdurig onder de grond leven om na jaren tamelijk onverwacht als volwassen dier het luchtruim te kiezen. Al heeft een volwassen huisboktor (Hylotrupes bajulus) maar een paar weken de tijd om van de buitenlucht te genieten en nageslacht te verwekken, de larven kunnen wel tien jaar lang gangetjes knagen in naaldhout. De serenades van zangcicaden dienen ervoor dat partners elkaar kunnen vinden. Daar hebben ze hooguit een paar weken de tijd voor. De jonge cicaden leven enkele decimeters onder de grond en komen pas na dertien (Magicicad tredecim) of zeventien (Magicicada septemdecim) jaar naar boven om te paren. Dat doen ze dan wel allemaal tegelijk.* Waardoor de synchroniciteit van de larven precies getriggerd wordt, is onbekend.

De hierboven beschreven voorbeelden van infradiane ritmes zijn herhalingen van vrijwel identieke gebeurtenissen. Maar ook de opeenvolging van minder exacte kopieën kan men tot een cyclus rekenen, zoals de herhaling van historische patronen. En daarbij hoeft op lange termijn de tussenliggende periode evenmin constant te zijn. Integendeel. Naarmate men verder teruggaat in de tijd kan deze juist steeds langer worden.

Het gaat hier om zogenaamde emergente cycli, waarbij telkens de voorwaardelijke condities worden gecreëerd die nodig zijn om iets nieuws te laten ontstaan. Onze huidige hoogstaande technologie zou niet bestaan zonder de ontwikkeling van de stoommachine om elektriciteit op te wekken in de 18^e/19^e eeuw. Hetgeen op zich weer nooit mogelijk was geweest zonder de exploitatie van delfstoffen als steenkool, die we op hun beurt weer hebben te danken aan de rijke plantengroei in een ver verleden.

Ook op andere wijze hebben wij ons bestaan aan de planten te danken. Homo sapiens zou er nooit geweest zijn als er geen zoogdieren waren ontstaan (ca. 200 miljoen jaar geleden). En zoogdieren zouden niet bestaan hebben als er geen amniota (op het lande levende viervoeters) zouden zijn ontstaan (ca 320 miljoen jaar geleden). Die weer op hun beurt het land hebben kunnen bevolken dankzij de eerdere kolonisatie ervan door planten (ca. 450 miljoen jaar geleden), zodat er genoeg te eten was.

En over nog langere perioden: meercellige organismen ontstonden ca. 600 miljoen jaar geleden dankzij de eencellige eukaryoten vóór hen die op hun beurt ca. 2 miljard jaar geleden door endosymbiose voortkwamen uit bacteriën , die op hun beurt ruim 3½ miljard jaar geleden zijn ontstaan uit complexe molecuulstructuren (abiogenese), al weten we nog steeds niet hoe.

Zelfs op kosmische schaal kunnen de transities kort na de oerknal als emergente cycli worden opgevat. Het enige verschil is dat hier de tussenliggende periodes steeds langer worden in plaats van omgekeerd.

Tenslotte kan ik NU constateren dat alles wat hierna komt is te danken aan wat hieraan vooraf ging.

Gerelateerde Nederlandstalige literatuur:

George van Hal. Elastisch universum. Fontaine Uitgeverij, 2016

Gerard ’t Hooft. De bouwstenen van de schepping. Bert Bakker, 2013

Jean Lefort. Tellen van tijd. Kalenders door de eeuwen heen. Veen Magazines, 2004

René Meijer. De ether bestaat! Inleiding tot de filognosie. Aadhar, Enschede, 2008

Ilya Prigogine. Het einde van de zekerheden. Uitgeverij Terra-Lannoo, 1996

Till Roenneberg. Het innerlijk uurwerk. Alles over bioritmes. Babel & Voss, 2012

Carlo Rovelli. Het mysterie van de tijd. Prometeus, 2018

Zie ook: http://www.theorderoftime.com/ned/wetenschap/tijdwetenschappen.html

"Mevrouw, kunt u mij misschien helpen? Mijn moeder weet niet dat ik hier ben en ik moet echt naar huis. Ze zal het eten al wel klaar hebben en ik mag niet te laat komen." In de stem van de vraagster klinkt paniek door. Op deze vroege maandagmorgen staat ze met haar jas al in haar handen voor mij. Op haar trui zitten vlekken en het tasje dat ze op de balie van de receptie heeft gezet, puilt uit. Ik zie oude foto's, talloze zakdoekjes, een rol pepermunt en drie boeken zitten. "Echt mevrouw, u moét me helpen. Mijn moeder wordt kwaad als ik te laat ben." Haar blik is angstig. De vrouw is gisteren 93 jaar geworden."Tijd bestaat niet. Het is een schepping van de geest. Het heden heeft geen betekenis." Zo begint professor Maarten van Buuren zijn lezing over `tijd' in het bomvolle Utrechts Academiegebouw. Wie bij de uitgang van het gebouw naar boven kijkt ziet de klok van de Domkerk. Het is acht uur. Althans dat lijkt het in ieder geval te zijn.

De ziel schept tijd

Van Buuren heeft er duidelijk plezier in een lezing te geven over een begrip dat niet meer of minder is dan een dimensie van de geest. De ziel schept de tijd, aldus kerkvader Augustinus (354-430 n. Chr.), die in zijn beroemde boek Confessiones worstelt met het tijdsbegrip. Hij stelt dat er alleen een heden is, waarbinnen drie tijden bestaan: het verleden, heden en de toekomst. Tijd is een distentio animi. Een uitgestrektheid van de geest die bij de mens ontstaat door herinneringen aan het verleden, de aanschouwing van het heden en de verwachtingen voor de toekomst. De twintigste-eeuwse filosoof Husserl borduurt verder op Augustinus. De grondlegger van de fenomenologie meent dat tijd een bewustzijnsverschijnsel is. Dat bewustzijn is intentioneel. Een soort actieradius waarbij de mens terug reikt naar het verleden en vooruit reikt naar de toekomst. Het heden is hiermee een uitrekking van het nu.

Flexibele geest

In het verzorgingstehuis waar ik gedurende mijn eerste studiejaren een bijbaan had, leek het vol te zitten met mensen wier geest nog slechts uitstrekte tot het verleden. Het heden bestond uit de herinnering aan wat geweest was. Ze leefden in een schemergebied tussen het kristalheldere verleden en een nu dat ze niet meer begrepen. De verwarring werd compleet wanneer een vreemde man in een wit uniform zei dat er `straks' gegeten ging worden. Want wat was straks? En wie was die rare vent? Wat moest hij van hen? Hier was iets niet pluis. Hoog tijd om maar eens op te stappen. Ze hadden geen idee waarheen. Want waar waren ze in vredesnaam? Vast in hun herinneringen was de verleden tijd heden en toekomst geworden. Er werd wat afgelopen in de lange gangen van het huis. Sommige ouderen met hun jas al aan. De bestemming? Naar dat wat al geweest is graag. En wel direct. Bovenstaande bewijst dat het tijdsbegrip van Augustinus en Husserl een flexibele geest vereist. Een geest die moeiteloos de deuren naar het verleden en de toekomst kan openen. Wanneer Van Buuren dit zegt, moet ik terugdenken aan de 93-jarige dame die op die maandag zo wanhopig voor mij stond. De scharnieren van haar geest terminaal aangetast door de roest. Ze begon te huilen en snikkend biechtte ze op dat ze de weg kwijt was. "Dat geeft niets mevrouw," stelde ik haar gerust. "Maar mijn moeder dan?" vroeg ze me. Ik twijfelde. Moest ik haar nog verdrietiger maken door te zeggen dat die al lang dood was? Ik besloot de deur naar het heden niet te openen. "Uw moeder weet dat u hier bent vandaag. Wij koken voor u. Geen zorgen." En de vrouw liep opgelucht weg.

In 1962 was u net 23 jaar oud. Wat bracht u ertoe om in volledige afzondering 63 dagen onder de grond te kruipen?

Ik was een ervaren geoloog, moet u weten. In 1961 ontdekten we ongeveer 70 km ten noorden van Nice een ondergrondse gletsjer in de Alpen. Aanvankelijk wilde ik een geologische expeditie uitrusten om de gletsjer twee weken onder de grond te bestuderen. Maar een paar maanden later bedacht ik dat 14 dagen nauwelijks iets zouden opleveren. Ik had minstens 2 maanden nodig. Zo kwam ik op het idee – het idee van mijn leven. Ik besloot om net te doen of ik een beest was, zonder horloge, in het donker, zonder enige besef van tijd.

In plaats van grotten begon u de tijd te bestuderen.

Ja, ik heb een eenvoudige wetenschappelijke werkwijze bedacht. De medewerkers die ik bij de ingang van de grot had gezet, zou ik bellen zodra ik wakker werd, als ik ging eten en vlak voor ik ging slapen. Mijn medewerkers konden mij altijd bellen, maar wel zonder te laten weten hoe laat het daarbuiten was. Zonder het te weten heb ik de grondslagen gelegd voor de chronobiologie van de mens. Al in 1922 had men ontdekt dat ratten een biologische klok hebben. Mijn experiment liet zien dat mensen, net als lagere zoogdieren, ook een lichaamsklok hebben.

Tijdens uw eerste verblijf onder de grond was het stervenskoud en de vochtigheid bedroeg 98%. Wat deed u toen zoal?

Mijn uitrusting was onder de maat en mijn tentje was volgestouwd met spullen. Ik had voortdurend natte voeten en een lichaamstemperatuur onder de 34^O. Ik doodde de tijd met lezen, schrijven en grotonderzoek. Ik lag vaak te denken aan mijn toekomst. Elke keer als ik contact had met de buitenwereld deed ik ook een paar metingen. Allereerst nam ik mijn pols op. In de tweede plaats deed ik een psychologische test. Dan moest ik tellen van 1 tot 120 met de snelheid van één cijfer per seconde. Met die test deden we een belangrijke ontdekking: het kostte me vijf minuten om tot 120 te tellen. Anders gezegd, geestelijk beleefde ik vijf minuten alsof het er twee waren.

Psychologe Elizabeth Loftus heeft een experiment gedaan waarin ze mensen een film van een bankoverval liet zien en vervolgens vroeg hoe lang ze dachten dat die geduurd had. Ze bleken een overschatting te maken van 500%. Kennelijk is onze subjectieve tijdbeleving heel variabel. Hoe beleefde u het verstrijken van de tijd, zonder dat u een klok had?

Mijn gevoel voor tijd was hopeloos in de war. Op 16 juli was ik in de grot afgedaald en ik had me voorgenomen om het experiment op 14 september te beëindigen. Toen ik van de medewerkers buiten hoorde dat die laatste dag was aangebroken, dacht ik dat het pas 20 augustus was. Ik dacht dat ik nog een maand in de grot te gaan had. Mijn tijdbeleving was gehalveerd.

Heeft u enig idee wat de oorzaak is van zo’n enorm verschil tussen psychologische tijd en de klok?

Met dat vraagstuk heb ik me de afgelopen 40 jaar beziggehouden. Ik geloof dat als je helemaal omringd bent door duisternis – het was pikkedonker in de grot, ik had alleen een zaklantaarn – is je geheugen niet in staat om de tijd vast te houden. Je vergeet de dingen. Na één of twee dagen weet je niet meer wat je een paar dagen geleden hebt gedaan. De enige veranderingen die je meemaakt zijn ontwaken en naar bed gaan. Verder is alles compleet zwart. Net één lange saaie dag.

Dit soort isolatie experimenten zouden net zo makkelijk in een laboratorium kunnen worden uitgevoerd. Waarom heeft u ze altijd liever onder de grond willen doen?

Een laboratorium is een prima plek voor dit soort experimenten, maar je moet wel over gemotiveerde mensen beschikken. Het valt niet mee om mensen te vragen een paar maanden lab capsule door te brengen. Tussen 1962 en 1972 heeft een Duitse professor meer dan 150 isolatie experimenten verricht in een kunstmatige ondergrondse bunker, maar dat waren steeds kortdurende proeven, van niet langer dan een maand. De mensen die wij vroegen ondergronds te gaan, waren in de eerste plaats grotonderzoeker en dus geïnteresseerd in grotten en konden dus dank zij hun motivatie langer afgezonderd blijven.

Toen u onder de grond zat, volledig verstoken van elke vorm van tijdmeting, kon u slapen wanneer u maar wilde en precies net zo lang als u wilde. Je zou kunnen zeggen dat u op volmaakte wijze kon slapen. Hoe was dat?

Ik sliep perfect! Mijn lichaam bepaalde wanneer het wilde slapen en wilde eten. Dat is een belangrijk resultaat. We hebben aangetoond dat mijn slaap/waak cyclus geen 24 uur was zoals mensen normaal hebben, maar iets langer – ongeveer 24 uur en 30 minuten. Maar het voornaamste is dat we hebben bewezen dat er onafhankelijk van het natuurlijk dag/nacht ritme op aarde een interne klok bestaat. Tijdens mijn verdere experimenten bleken tot mijn verrassing ook anderen die zich in een grot lieten opsluiten een langere cyclus van meer dan 24 uur te vertonen. In feite raakten ze gewend aan een cyclus van 48 uur: ze bleven 36 uur achtereen actief en sliepen vervolgens 12 tot 14 uur. Toen we dat ontdekt hadden, kreeg ik heel wat subsidie van het Franse leger. Ze wilden dat ik zou uitzoeken hoe een militair te velde zijn waakzaamheid zou kunnen verdubbelen.

Wat heeft u gevonden?

Na mijzelf heb ik vier maanden een andere man in de grot gezet en daarna drie maanden een vrouw. In 1966 heeft weer een andere man zes maanden onder de grond gezeten en daarna hebben we nog twee experimenten van elk vier maanden gedaan. We hebben verschillende slaapstadia onderzocht – het stadium van de snelle oogbewegingen (REM), als je droomt, en de trage slaap – en toen deden we nog een ontdekking. We lieten zien dat er een correlatie is tussen de tijd dat iemand wakker is en hoeveel hij de volgende nacht droomt. Elke tien minuten dat men langer op is, krijgt men ruwweg een minuut extra REM slaap. We vonden ook dat hoe meer je droomt hoe korter je reactietijd is tijdens de eerstvolgende waakperiode. Na deze ontdekking heeft het Franse leger geprobeerd drugs te vinden die de droomtijd kunnen verlengen, in de hoop soldaten te kunnen kweken die dagen van wel 30 uur of nog langer zouden aankunnen.

Tien jaar na uw eerste proefneming met tijd-isolatie ging u weer zelf ondergronds, in Midnight Cave bij Del Rio in Texas, ditmaal voor 205 dagen. Waarom ging u opnieuw?

Twee redenen. Ten eerste was ik benieuwd naar het effect van veroudering op tijdbeleving. De bedoeling was om elke tien of vijftien jaar een proef te nemen om te zien of er iets verandert in de manier waarop mijn hersens tijd waarnemen. In de tweede plaats, iedereen die onder de grond had gezeten kreeg een 48 uurs cyclus, behalve ik. Ik had besloten om zes maanden onder de grond te blijven in een poging om de 48 uurs cyclus te krijgen.

Hoe komt het dat men zo’n 48 uurs cyclus krijgt?

Ik heb geen idee. Ik ben geen theoreticus. De 48 uurs cyclus is een feit. Op grond van mijn waarnemingen weet ik dat het zo is, maar niemand weet wat de reden is van zo’n grote verandering van het slaap-waak ritme. En nu de Koude Oorlog voorbij is, kost het meer moeite om het onderzoek te financieren. De vraag is inmiddels voorgelegd aan wiskundigen en fysiologen.

U deed in 1962 uw eerste ondergrondse isolatie experiment, hetzelfde jaar waarin het belang van schuilkelders door de Cuba Crisis tot de wereld doordrong en nog geen jaar na de lancering van Joeri Gagarin, de eerste mens in de ruimte. Waren die twee gebeurtenissen van invloed op ons denken over een leven onder de grond?

Ik had de tijd mee. Tijdens de Koude Oorlog wisten we nog niets over de menselijke slaap cyclus in de ruimte. Afgezien van de ‘space-race’ tussen de Amerikanen en de Russen was Frankrijk net begonnen met de gebruikmaking van atoomonderzeeboten. Bij de Franse marine had men geen idee hoe het slaapritme van de bemanning het beste kon worden geregeld. Waarschijnlijk is dat de rede waarom ik zoveel financiële steun ontving. NASA onderzocht mijn eerste experiment van 1962 en leverde geld voor een eersteklas wiskundige analyse.

Wat is het toch met dat ondergrondse, dat het ons tegelijkertijd fascineert en angst aanjaagt?

Het is donker. Je hebt verlichting nodig. En als het licht uitgaat, ben je er geweest. In de middeleeuwen dacht men dat grotten werden bewoond door demonen. Maar tegelijkertijd bieden grotten ons hoop. We gaan er naar binnen om mineralen en schatten te zoeken en ze behoren tot de laatste plekken op aarde waar je nog avonturen kunt beleven en nieuwe ontdekkingen kunt doen.

U luidde het nieuwe millennium in met foie gras en champagne op bijna 1000 meter onder de grond in Glamouse Cave, maar u was 3½ dag te laat. Op uw 61e verjaardag was u er ook niet bij. Waarom duurde het bijna 3 decennia voordat u besloot om weer onder de grond te gaan?

Toen ik in 1972 uit de Midnight Cave kwam, had ik een schuld van $ 100.000,- De kosten om mijn experimenten van Frankrijk naar Texas te verhuizen had ik ernstig onderschat en ik moest mijn chronobiologisch onderzoek staken. Heel wat gegevens van dat experiment moeten nog wiskundig worden geanalyseerd. In 1999 besloot ik weer af te dalen in een grot in Zuid Frankrijk. Tijdens mijn verblijf van twee maanden onder de grond bestudeerde ik de invloed van ouderdom op het circadiaanse ritme. Ik volgde het voorbeeld van John Glenn die als 77-jarige de ruimte weer inging.

Ik heb begrepen dat u werkt aan een “permanente meetopstelling voor ondergrondse opsluitingen en chronobiologische experimenten”. Waarmee bent u nog meer bezig?

Met de grotexperimenten is het afgelopen. Je kunt dat soort proeven niet meer doen. Ik was jong toen we ermee begonnen en we namen alle risico’s voor onze rekening. Tegenwoordig worden er grenzen gesteld aan onderzoekers. Er zijn nu ethische commissies. Hier is een voorbeeld. In 1964 was er een microfoontje aangebracht op het hoofd van de man die na mij onder de grond ging. Op een keer vroegen we ons af of hij al 33 uur lag te slapen of dat hij misschien dood was. Het was de eerste keer dat we iemand zo lang hadden zien slapen. Ik stond op het punt om in de grot af te dalen om te kijken wat er aan de hand was. En toen, na 34 uur, hoorden we hem snurken en wisten we dat hij nog in leven was. En een paar minuten later belde hij ons om zijn pols op te nemen. Tegenwoordig zou een arts hem wakker hebben gemaakt omdat het anders veel te gevaarlijk wordt gevonden.

Is het u ooit gelukt om een 48-uurscyclus te krijgen?

Ja. Tijdens het experiment in Texas in 1972 heb ik twee maal een 48-uurs cyclus gehad, maar niet de hele tijd. Ik zou 36 uur aaneengesloten wakker zijn geweest en daarna 12 uur hebben geslapen. Voor mij was er geen verschil tussen zulke lange dagen en de dagen die gewoon 24 uur duurden. Ik heb elke cyclus in mijn dagboek in de grot bijgehouden maar ik heb geen enkele aanwijzing gevonden dat ik die dagen anders heb beleefd. Soms sliep ik 2 uur, soms 18 uur, voor mij was er geen verschil. Die gewaarwording is van grote betekenis. Het gaat om het beleven van tijd. Het gaat om de menselijke psyche. Wat is tijd? We weten het niet.

Michel Siffre heeft zijn wetenschappelijke basis in Parijs. Hij heeft verschillende boeken geschreven, waaronder Beyond Time (McGraw-Hill, 1964) en Découvertes dans le grottes mayas (Arthaud, 1993).

Joshua Foer is freelance wetenschapsjournalist en de auteur van Moonwalking with Einstein: the art and science of remembering everything (Penguin, 2011), in het Nederlands uitgegeven als Het geheugenpaleis (Bezige Bij, 2012).

Hoe genereren de zenuwcellen van de klok in onze hersenen nu precies de “tijd” waarmee ons gedrag, de optimale werking van onze organen, en onze stofwisseling, een endogeen ritme met een periodiciteit van ongeveer 24 uur krijgt? Net als voor de meeste andere lichaamsprocessen ligt de blauwdruk voor het biologisch horloge dat ons dag-nacht ritme regelt, opgeslagen in de genen in ons DNA. Ik heb u zojuist al verteld dat de beide Cry genen werken als klokgenen. Het zal u echter niet verbazen dat, net als in een horloge, twee radertjes niet voldoende zijn om het uurwerk te laten lopen. We kennen inmiddels een tiental zoogdier klokgenen. Ik zal mij voor het uitleggen van het moleculaire principe van de circadiane klok beperken tot de meest essentiële componenten (zie ook Figuur 7).

Figuur 7. Schematische weergave van het moleculaire raderwerk van de circadiane klok.

Laten we beginnen bij de Cry genen, waarbij ik voor het gemak even geen onderscheid maak tussen de Cry1 en Cry2 genen. Omdat het DNA de kern niet kan verlaten en de kern niet beschikt over de middelen om eiwitten te produceren, moet de informatie in de Cry genen eerst worden overgeschreven in kleine boodschapper RNA moleculen die naar het cytoplasma kunnen verhuizen. Dit proces, dat we zeer toepasselijk transcriptie noemen, kan alleen plaatsvinden wanneer zogenaamde transcriptie-activator eiwitten binden aan een karakteristiek stukje DNA aan het begin van het gen, de promoter genaamd. De cel beschikt over een groot arsenaal van transcriptie-activatoren die al naar gelang de behoefte van de cel een specifieke set genen kunnen aanschakelen. Transcriptie van de Cry genen wordt verzorgd door een complex van twee eiwitten, te weten CLOCK en een eiwit dat luistert naar de naam BMAL1, maar waarvan ik u de betekenis van de afkorting verder zal besparen. Dit complex bindt aan een DNA structuur die we E-box noemen, waarna Cry boodschapper RNA wordt aangemaakt. In het cytoplasma aangekomen wordt het Cry boodschapper RNA gebruikt als matrijs voor de productie van CRY eiwitten. Tot zover onderscheiden de Cry genen zich niet van alle andere genen in de cel, dus wat maakt een Cry gen nu een klokgen? De clou van het verhaal is dat wanneer er voldoende CRY eiwit is gevormd, het eiwit naar de kern verhuist en er voor zorgt dat de CLOCK/BMAL1 transcriptiefactor wordt geïnactiveerd. Het gevolg is dat er geen nieuw Cry boodschapper RNA, en dus ook geen nieuw CRY eiwit meer wordt gevormd. Hierdoor begint de CRY eiwitconcentratie terug te lopen totdat de CLOCK/BMAL1 transcriptiefactor niet langer wordt geremd en de cyclus opnieuw kan beginnen. Door dit proces van negatieve terugkoppeling ontstaat een heuse moleculaire oscillator met een periodiciteit van ongeveer 24 uur. Verder verkrijgt het systeem robuustheid doordat ook de aanmaak van Bmal1 boodschapper RNA ritmisch verloopt met een fase die tegenovergesteld is aan die van de Cry genen. Wanneer de Cry genen aan staan, staat het Bmal1 gen uit, en omgekeerd.

Het moge duidelijk zijn dat deze beschrijving een oversimplificatie is van het moleculaire uurwerk. Zo zijn er nog twee eiwitten, luisterend naar de toepasselijke naam Period (PER) 1 en 2 die een soortgelijke rol als de CRY eiwitten spelen en er een complex mee kunnen vormen. Vervolgonderzoek van Inês Chaves, Roel Janssens en Filippo Tamanini heeft laten zien welke domeinen in CRY1 verantwoordelijk zijn voor transport van het eiwit van het cytoplasma naar de kern en voor de binding met andere klokeiwitten, zoals het PER2 eiwit en het CLOCK/BMAL1 complex|10. Verder zijn Monika Bajek en Andre Eker er recent in geslaagd om de staarten van de CRY1 en CRY2 door bacteriën in grote hoeveelheden te laten produceren en daarna te zuiveren. Zij hebben vervolgens laten zien dat er nog andere eiwitten aan de staart van de CRY eiwitten kunnen binden, hetgeen uiteindelijk kan leiden tot de ontdekking van tot nu toe onbekende functies van de CRY1 en CRY2 eiwitten, dan wel nieuwe klokeiwitten.

Net zoals een auto alleen maar kan rijden wanneer de versnellingsbak de motor verbindt met de wielen, zou de circadiane klok van weinig nut zijn als hij niet zou zijn gekoppeld aan klokgestuurde lichaamsfuncties. Hiertoe bevat ons DNA nog een groot aantal zogenaamde klok-gecontroleerde genen die ook ritmisch aan en uit worden gezet door de CLOCK/BMAL1 en CRY eiwitten. Deze klok-gecontroleerde genen zorgen voor de aanmaak van eiwitten die bijvoorbeeld bloeddruk, hartslagfrequentie, energiehuishouding, slaap en hormoonafgifte regelen.

Zie voor de volledige inaugurele rede van Bert van der Horst https:<https://repub.eur.nl/pub/15780/

Het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology (NIST) heeft de atoomklok nog preciezer gemaakt. Onlangs ging het nog om een afwijking van één seconde per vijf miljard jaar, maar dat is nu teruggebracht naar één seconde in 15 miljard jaar.

Door Krijn Soeteman, nieuwsredacteur Tweakers.

Het tweaken van een dergelijk precisie-instrument is geen sinecure, schrijft de organisatie op haar site. De klok werkt door het verschil in energieniveau van de elektronen in de kern van het element strontium te meten. Na de aanpassing is de klok goed genoeg om kleine verschillen in het verstrijken van de tijd te meten op verschillende hoogtes. Dat verschil komt door het verschil in zwaartekracht en is al meetbaar met de klok bij twee centimeter hoogteverschil. Dit effect, gravitatonele tijddiletatie, is een kant van Einsteins relativiteitstheorie en werd al eerder gemeten bij een groter verschil in afstand tot het centrum van de aarde. De laatste keer in 2010 lukte het onderzoekers om dit vast te stellen bij minimaal 33 centimeter.

Om de klok preciezer te maken, plaatsten de onderzoekers supergevoelige thermometers in de vacuümkamer van de klok. Op die manier kunnen de fouten in metingen en berekeningen beter gecorrigeerd worden met betrekking tot de warmte uit de omgeving, de zogenaamde zwarte straling. Het elektrische veld van zwarte straling wijzigt de reactie van de atomen op het laserlicht, waardoor de meting niet precies genoeg is, als daarvoor niet wordt gecorrigeerd.

Toch gaat ook deze precisie de onderzoekers niet ver genoeg. Als het verschil in tijd nog preciezer gemeten kan worden, dat wil zeggen bij een centimeter hoogteverschil, dan kan de vorm van de aarde nog beter bepaald worden. Een van de onderzoekers zegt zelfs tegen de LA Times dat als de klok nog eens duizend keer preciezer gemaakt kan worden, we de 'symfonie van het heelal' kunnen horen, bijvoorbeeld de verandering in ruimtetijd als een ver weg gelegen sterrenstelsel ontploft. Iets dichter bij huis is deze relativistische geodesie ook van belang bij de ontwikkeling van gps-achtige navigatiesystemen.

In de klok worden een paar duizend strontium-atomen in een dertig bij dertig micrometer-kolom bij elkaar gehouden. De kolom bestaat uit 400 cirkelvormige regionen die gevormd worden door de lasers. De trillingen van de atomen kunnen zo heel precies gemeten worden door het netwerk van lasers waar ze in gevangen zitten. De klok 'tikt' met 430 biljoen trillingen per seconde.

Spanje zit in dezelfde tijdzone als Polen en Hongarije, maar ligt geografisch op één lijn met Marokko en Engeland. Spanjaarden slapen daardoor bijna een uur korter en hebben relatief langere werkdagen dan hun Europese buren. Dat heeft een nadelige invloed op het maatschappelijk leven in Spanje.

De oorzaak heeft niets met de zonnestand te maken en stamt uit 1942. Toen heeft Franco de tijdzone aangepast aan die van Nazi-Duitsland uit loyaliteit met Hitler. Het veranderen van de tijdzone heeft wel vaker een politieke grond. Na de annexatie van de Krim door Rusland in 2014 is de klok op het schiereiland een uur vooruit gezet en de zomertijd daar afgeschaft.

Universele tijd (UTC) wordt ook wel gecoördineerde wereldtijd genoemd en is praktisch gelijk aan Greenwich Mean Time GMT. Hier volgt een interview van Sophie Wilkinson (journaliste) met Steve Hanke (hoogleraar JHU in Baltimore) die samen met collega Richard Henry in 2016 de Hanke-Henry Permanent Calender introduceerde.

Hoi, Steve. Hoe willekeurig zijn onze tijdzones momenteel?

“In 1870 had de stad Saint Louis in Missouri zes tijdzones. In Amerikaanse steden en dorpen werden toen 75 verschillende treintijden aangehouden. En de tijd-ruimtecompressie was een chaos, omdat je natuurlijk dingen moet plannen. In 1883 nam Amerika, voornamelijk op aandringen van de verschillende spoorbedrijven, standaard treintijden aan en kregen we daardoor de vier tijdzones die we nu nog steeds hebben in de VS. Hetzelfde geldt voor Duitsland: daar hadden ze vijf verschillende tijdzones, totdat in 1891 de negentig jarige generaal Helmuth von Moltke in zijn laatste grote toespraak in het parlement beweerde dat de enige reden dat hij twee oorlogen had gewonnen was dat hij werkte met een geconsolideerd en verenigd tijdsysteem voor de spoorwegen en logistiek om de troepen te bevoorraden en verplaatsen. Begin jaren zeventig stapten alle piloten en vliegvelden voor de veiligheid over naar de universele tijd. Maar we zitten nu in een ander tijdperk waarin we een enorme tijd-ruimtecompressie zien met het internet. Dus hebben we een heleboel universele tijd die wordt gebruikt zonder dat we ons dat realiseren.”

Maar een nieuwe tijdzone voor het internet heeft niks met veiligheid te maken, toch?

“Het is geen veiligheidsprobleem, maar een coördinatieprobleem. En universele tijd wordt nu al door allerlei mensen gebruikt om praktische redenen. En toen de spoorwegen en piloten nieuwe tijdzones nodig hadden, vroegen ze daar geen toestemming voor, maar deden ze het gewoon, omdat het nodig was.”

Wat is er mis met onze huidige tijdzones?

“Een heel simpel voorbeeld is wanneer je een internationale vergadering of conference call in wil plannen. De fouten en misverstanden die daarbij zo vaak gemaakt worden kosten erg veel tijd en geld.”

Is dat niet een beetje een luxeprobleem?

“Ik denk dat UTC over het algemeen handel en commerciële activiteiten makkelijker maakt, en dat is altijd goed, omdat een stabiele economie tot vrede en welvaart leidt. Maar historisch gezien is er wel altijd onenigheid geweest over wie de tijd bepaalt. Parijs vond het maar niks dat Greenwich de Mean Time opeiste, en veel voormalige kolonies verzetten zich tegen veranderingen in hun tijdzones.”

Tijdzones zoals ze er nu uitzien.

Je zou wel kunnen zeggen dat vooral de technische industrie profiteert van UTC, en dat het lastig is voor mensen in de landbouw en productie.

“Er zitten twee lagen aan. Een daarvan is dat er over tijd gepraat moet worden, omdat dat ertoe zal leiden dat mensen al spontaan het voor de hand liggende systeem [universele tijd] gaan gebruiken. Maar punt twee is dat we twee systemen nodig zullen hebben: je moet een universele tijd hebben voor iedereen, dat zal dan de algemene tijd zijn en het anker zijn, maar je moet daarbovenop ook een werktijdzone hebben. Dus als de zon op z'n hoogst staat, dan ga je lunchen, maar dit zal op verschillende tijden zijn afhankelijk van in welk werelddeel je woont.”

Hoe makkelijk is het om UTC in te voeren?

“Als mensen er eenmaal over na gaan denken, dan is het makkelijk te begrijpen. Als we naar universele tijd gaan, dan zal de werktijdzone een beetje worden opgeschoond – misschien hebben we dan wel 24 werktijdzones verspreid over de wereld. Een winkel in Londen gaat open om negen uur 's ochtends en sluit om vijf uur 's avonds in zonnetijd, maar in universele tijd open je in New York om twee uur 's middags. De overgang is makkelijk te doen, er zijn landen die overgestapt zijn van het Brits-Amerikaanse maatsysteem naar het metrische systeem, en dat is een veel grotere overgang dan naar universele tijd.”

Maar we lijken nu veel meer geobsedeerd te zijn door tijd dan we toen waren door meetsystemen.

“Laten we even aannemen dat dit waar is – dan zou ik zeggen dat het juist makkelijk is om over te stappen; doordat mensen meer geïnteresseerd en geobsedeerd zijn door tijd, is het waarschijnlijk makkelijker om het te veranderen. Henry belde een keertje zijn bejaarde moeder in Toronto op een zomerdag en vroeg aan haar: ‘Hoe is het weer?' Zij antwoordde: 'Het is erg heet, het is bijna dertig graden vandaag' – en hij kon het niet geloven, omdat ze zo oud was en toch zonder het zich te realiseren de overstap had gemaakt van Fahrenheit naar Celsius.”

Denk je dat er verder nog obstakels zijn op de weg naar UTC?

“Ik denk niet dat de obstakels al te groot zijn. Ik geloof in de marktwerking, en ik zie graag dat dingen spontaan en vrijwillig worden opgepakt, en ik denk dat als het logisch is, dat er veel voordelen aan zitten. Al vrij snel zullen jij en ik hierover praten en dan vraag je aan mij: Hoe heb je dat geflikt, moest je naar de Verenigde Naties of naar de politici in Washington? En dan kan ik zeggen: Nee, mensen zijn hier zelf mee begonnen.”

Er zijn wel eerder pogingen geweest om een andere manier van tijd meten in te voeren. In 1999 introduceerde Swatch de Internet Time, waar een dag werd gemeten in duizend ''beats''. Horloges die dat jaar werden verkocht zouden twee tijden aangeven; eentje die de zonnetijd aangaf, en eentje in de zogenaamde internettijd. Maar Swatch is daar in 2001 gestopt. Waarom zal UTC wel blijvend zijn?

“Ik denk niet dat Swatch het aantrekkelijk heeft gebracht. Maar het heeft er wel voor gezorgd dat meer mensen nadenken en praten over de manier waarop we tijd meten. Ik denk dat bedrijven achter de trend aan zullen hobbelen, omdat mensen eerst spontaan UTC gaan gebruiken. Maar horlogebedrijven zullen een fortuin verdienen aan 24-uurshorloges.”

Denk je dat bedrijven als Apple of Google zich realiseren dat ze geld kunnen verdienen aan UTC?

“Ik kan geen antwoord geven op deze vraag, omdat ik niet met hen daarover gesproken heb. Maar dit zijn slimme mensen, ik ga ervan uit dat ze mij binnenkort wel zullen bellen.”

Ze zijn slim en ze zijn rijk. Misschien moet je UTC een keertje aan ze pitchen. Want dit lijkt me niet iets dat één staatshoofd kan invoeren.

“Er zijn natuurlijk wel staatshoofden die graag grote en gewaagde dingen doen, en als een staatshoofd genoeg invloed heeft, zou het best kunnen werken. China, India, of Rusland zouden het kunnen doen.”

En hoe denk je over de culturele significantie van tijd? Zoals Kanye West die tweette dat hij niet wil werken met iemand die hij niet mag bellen om drie uur 's nachts – dat zou niks meer betekenen in UTC.

“Mensen worden door universele tijd afgeschrikt, die zeggen dingen als: ‘Ik wil dat niet, want ik wil niet werken als het donker is of slapen als het licht is,’ –maar wie zou dat wel willen? Dat heeft niks te maken met universele tijd! Als universele tijd ingevoerd wordt, moeten mensen er alsnog over nadenken of degene die ze proberen te bereiken wakker zal zijn of niet.”

Dus in een ideale wereld zouden UTC en zonnetijd naast elkaar bestaan?

“Ja, en het is een natuurlijk verschijnsel. Vanuit een astronomisch oogpunt is de tijd in de wereld nu overal hetzelfde.”

Bedankt, Steve!