Probablemente recuerdes electrones de la clase de ciencias. Son partículas subatómicas estables que tienen una carga eléctrica negativa. Se encuentran en átomos y son el principal portador de electricidad en materiales sólidos. Pero, de lo que probablemente no han oído hablar, es de la idea de que todos y cada uno de los electrones en existencia… es exactamente el mismo electrón.
Esta teoría establece que cada electrón en el universo es en realidad una partícula que viaja continuamente hacia atrás y hacia adelante a través del tiempo. Hay muchas matemáticas complicadas involucradas, pero resuelve algunas de las preguntas más grandes de la física cuántica sin respuesta.
La teoría fue ideada por primera vez por John Archibald Wheeler, un físico teórico que trabajó en la bomba de hidrógeno en Los Álamos y más tarde enseñó en Princeton. Es ampliamente conocido por revivir el interés en la relatividad general en las décadas de 1940 y 1950.
Como muchas teorías cuánticas, la idea de que cada electrón es el mismo electrón, conocida como Teoría de un Electrón, es más un experimento mental que una teoría.
Así que vamos a desglosarlo.
Todos los electrones tienen el mismo aspecto
Una de las mayores razones por las que Wheeler propuso este experimento mental es que todos y cada uno de los electrones se ven exactamente iguales. Todos tienen la misma masa y la misma carga eléctrica.
En última instancia, esto significa que es imposible distinguir los electrones en absoluto. Por lo tanto, no es sorprendente que Wheeler ideara la idea de que si todos los electrones se ven iguales y actúan igual, entonces tal vez sean el mismo electrón.
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Proponiendo que todo el universo contiene solo un electrón puede no parecer tan absurdo, cuando consideramos que el único cambio sería la idea de lo que es un electrón. En la práctica, todo seguiría funcionando igual.
De acuerdo con la teoría de Un electrón, de la misma manera que un electrón puede rebotar en el espacio cuando es golpeado con la luz, el electrón también puede rebotar hacia atrás en el tiempo. La consecuencia de esto es que los electrones que se mueven hacia atrás en el tiempo son positrones, el componente de antimateria de los electrones. Así, no solo todos los electrones son el mismo electrón, sino que todos los positrones son también el mismo electrón moviéndose hacia atrás.
Como profesor, Wheeler enseñó al ahora famoso físico Richard Feynman, cuando era estudiante de doctorado. Feynman mencionó la famosa teoría de Wheeler cuando aceptó su Premio Nobel en 1965. Esto es lo que Feynman dijo:
Un día recibí una llamada telefónica en la universidad de posgrado de Princeton del profesor Wheeler, en la que dijo: «Feynman, sé por qué todos los electrones tienen la misma carga y la misma masa.»»¿Por qué?»»Porque, ¡todos son el mismo electrón!»Y, luego explicó por teléfono,» supongamos que las líneas de mundo que normalmente estábamos considerando antes en el tiempo y el espacio, en lugar de solo subir en el tiempo, fueran un nudo tremendo, y luego, cuando cortamos el nudo, por el plano correspondiente a un tiempo fijo, veríamos muchas, muchas líneas de mundo y que representarían muchos electrones, excepto por una cosa. Si en una sección esta es una línea de mundo de electrones ordinaria, en la sección en la que se invierte y regresa del futuro, tenemos el signo equivocado al tiempo adecuado, a las cuatro velocidades adecuadas, y eso equivale a cambiar el signo de la carga, y, por lo tanto, esa parte de un camino actuaría como un positrón.»
Para muchos físicos, lo que Wheeler estaba proponiendo en realidad no parecía tan absurdo. Los físicos ya estaban trabajando con la idea de electrones y positrones, Wheeler acaba de proponer una forma de conectar todos y cada uno de los que existen simultáneamente como una forma de explicar por qué nadie podía notar la diferencia entre ellos.
¿Cómo se vería realmente esta teoría?
Se estima que hay aproximadamente 10 a la potencia de 80 átomos en el universo. Si ignoramos el hecho de que muchos átomos tienen más de un electrón, podemos simplificar el número de electrones en el universo como alrededor de 10 a la potencia de 80.
Aunque los electrones se tratan como estables para fines teóricos, el límite inferior experimental para la vida media del electrón a menudo se da como 6,6×1028 años. Usando esto, podemos tener una idea de cómo se desarrolla esta teoría.
La teoría y estos números implican que el electrón en existencia ha viajado a través del universo 1080 veces, cada vez tomando 460 septillones de años. Podemos duplicar estos números por cada vez que el electrón tuvo que retroceder en el tiempo, lo que equivale a que un electrón en la Teoría de Un Electrón tiene 10105 años.
La falla de datos en la teoría
Todo esto es bastante interesante de considerar, pero hay un problema en la raíz de este experimento mental.
Si un solo electrón viaja hacia adelante a través del tiempo como electrón y hacia atrás a través de un positrón, eso significaría que en cualquier punto dado, debería haber el mismo número de positrones que hay electrones.
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Sabemos que esto no es cierto, y como ese es el caso, podemos deducir con gran confianza que la Teoría de Un Electrón no puede sostenerse.
Es probable que Wheeler supiera que este era el caso desde el principio. En sus memorias, escribe:
» Sabía, por supuesto, que, al menos en nuestro rincón del universo, hay muchos más electrones que positrones, pero aún así me pareció una idea emocionante pensar en trayectorias en el espacio — tiempo que pudieran ir sin restricciones en cualquier dirección: hacia adelante en el tiempo, hacia atrás en el tiempo, arriba, abajo, izquierda o derecha.»
Wheeler estaba casi seguro de que su experimento mental no era un reflejo de la realidad cuántica real, pero notó que la idea de que no hay el mismo número de positrones que electrones solo es cierta para nuestro universo observable. Es posible que no sea el caso de la suma total del universo.
Al final del día, la Teoría de Un Electrón es un experimento mental bastante interesante para reflexionar, incluso si la física no es tu atasco. Pensar que es teóricamente posible, aunque altamente improbable, que una partícula que existe en todas partes del universo sea en realidad la misma partícula, viajando a través del tiempo, bueno, eso es bastante genial.