pravděpodobně si pamatujete elektrony ze třídy vědy. Jsou to stabilní subatomární částice, které mají záporný elektrický náboj. Nacházejí se v atomech a jsou primárním nosičem elektřiny v pevných materiálech. Ale to, o čem jste pravděpodobně neslyšeli, je myšlenka, že každý elektron existuje… je vlastně úplně stejný elektron.
tato teorie uvádí, že každý elektron ve vesmíru je ve skutečnosti jedna částice, která neustále cestuje dopředu a dozadu v čase. Je v tom spousta složité matematiky, ale řeší některé z největších nezodpovědných otázek kvantové fyziky.
teorii poprvé vymyslel John Archibald Wheeler, teoretický fyzik, který pracoval na vodíkové bombě v Los Alamos a později učil na Princetonu. On je především známý pro oživení zájmu v obecné teorie relativity v roce 1940 a 1950.
stejně Jako mnoho kvantové teorie, myšlenka, že každý elektron je stejný elektron, známý jako Jeden Elektron Teorie, je spíš myšlenkový experiment než teorie.
tak si to rozeberme.
elektrony vypadají stejně
jedním z největších důvodů, proč tento myšlenkový experiment navrhl Wheeler, je to, že každý elektron vypadá úplně stejně. Všechny mají stejnou hmotnost a stejný elektrický náboj.
to v konečném důsledku znamená, že je nemožné rozeznat elektrony od sebe vůbec. Takže není divu, že Wheeler vymyslel myšlenku, že pokud všechny elektrony vypadají stejně a působí stejně, pak jsou možná stejný elektron.
související: FYZIKOVÉ JEN DĚLAL ELEKTRONIKU, KTERÉ zapínají A vypínají RYCHLOSTÍ SVĚTLA
což Naznačuje, že celý vesmír obsahuje pouze jeden elektron, se může zdát, že všechny absurdní, když vezmeme v úvahu, že jediná změna by byla představa toho, co elektron je. V praxi by vše fungovalo stejně.
podle teorie jednoho elektronu, stejně jako elektron může být odražen v prostoru, když je zasažen světlem, elektron může být také schopen odrazit se zpět v čase. Důsledkem toho je, že elektrony pohybující se zpět v čase jsou pozitrony, antihmota složka elektronů. Takže nejen, že jsou všechny elektrony stejný elektron, ale všechny pozitrony jsou také stejný elektron pohybující se dozadu.
jako profesor učil Wheeler dnes slavného fyzika Richarda Feynmana, když byl doktorandem. Feynman proslul Wheelerovou teorií, když v roce 1965 přijal Nobelovu cenu. Zde je to, co řekl Feynman:
jsem obdržel telefonát, jeden den na graduate college v Princetonu, Profesor Kolář, v nichž řekl, „Feynman, já vím, proč všechny elektrony mají stejný náboj a stejné hmotnosti.““Proč?““Protože jsou všichni stejný elektron!“A pak vysvětlil, na telefon, „předpokládám, že svět řádky, které jsme obvykle zvážení, než v čase a prostoru – místo toho, aby pouze v čase byly obrovský uzel, a pak, když jsme se snížit přes uzel, tím, že letadlo odpovídá pevně stanovené době, budeme vidět mnoho, mnoho světových tratích a to by znamenalo mnoho elektronů, až na jednu věc. Pokud se v jedné části je to obyčejný elektron světě linka, v části, v níž je obrácen sám a se vrací z budoucnosti máme špatné znamení správný čas – na správném čtyři rychlosti – a to je ekvivalentní s měnící znamení náboj, a proto, že část cesty by se chovat jako pozitron.“
pro mnoho fyziků, to, co Wheeler navrhoval, se opravdu nezdálo tak absurdní. Fyzikové již pracují s myšlenkou, že elektrony a pozitrony, Kolář navrhl způsob, jak se připojit každý v existenci současně jako způsob, jak vysvětlit, proč nikdo nemohl říct rozdíl mezi nimi.
jak by tato teorie vlastně vypadala?
odhaduje se, že ve vesmíru je zhruba 10 až 80 atomů. Pokud ignorujeme skutečnost, že mnoho atomů má více než jeden elektron, můžeme zjednodušit počet elektronů ve vesmíru jako přibližně 10 na sílu 80.
ačkoli jsou elektrony považovány za stabilní pro teoretické účely, experimentální dolní hranice střední životnosti elektronu je často udávána jako 6,6×1028 let. Pomocí toho můžeme získat představu o tom, jak se tato teorie vlastně odehrává.
teorie, a tyto čísla znamenají, že jeden elektron v existenci cestoval vesmírem 1080 krát, pokaždé brát 460 kvadrilionů let. Můžeme tato čísla zdvojnásobit pokaždé, když se elektron musel vrátit časem, což se rovná tomu, že jeden elektron v teorii jednoho elektronu je starý 10105 let.
chyba dat v teorii
to vše je docela zajímavé zvážit, ale v kořenu tohoto myšlenkového experimentu je problém.
Pokud jeden elektron cestuje dopředu v čase jako elektron a dozadu jako pozitron, to by znamenalo, že v daném bodě, tam by měl být stejný počet pozitronů, jako jsou elektrony.
související: Nová studie objevuje miliardy zapletených elektronů v kovu
víme, že to není pravda, a protože tomu tak je, můžeme se silnou jistotou odvodit, že teorie jednoho elektronu nemůže držet.
je pravděpodobné, že Wheeler věděl, že tomu tak je po celou dobu. Ve svých pamětech píše:
„věděl jsem, samozřejmě, že, alespoň v naší části vesmíru, tam je mnoho více elektronů než pozitronů, ale já jsem ještě zjistil, že je vzrušující nápad myslet si, že trajektorie v časoprostoru, že by mohlo jít neomezené v žádném směru — dopředu, dozadu, nahoru, dolů, doleva, nebo doprava.“
Wheeler byl téměř jistý, že jeho myšlenkový experiment nebyl odrazem skutečné kvantové reality, ale udělal poznámku, že myšlenka, že tam nejsou stejný počet pozitrony jako elektrony platí pouze pro náš pozorovatelný vesmír. Je možné, že to není případ součtu vesmíru.
na konci dne je teorie jednoho elektronu poměrně zajímavým myšlenkovým experimentem k zamyšlení, i když fyzika není vaším džemem. Myslím, že je to teoreticky možné, i když vysoce nepravděpodobné, že částice, která existuje všude ve vesmíru, je vlastně stejné částice, cestování časem – no, to je docela v pohodě.