du husker sandsynligvis elektroner fra videnskabsklasse. De er stabile subatomære partikler, der har en negativ elektrisk ladning. De findes i atomer og er den primære bærer af elektricitet i faste materialer. Men hvad du sandsynligvis ikke har hørt om, er ideen om, at hver eneste elektron eksisterer… er faktisk den nøjagtige samme elektron.
denne teori siger, at hver elektron i universet faktisk er en partikel, der konstant bevæger sig baglæns og fremad gennem tiden. Der er en masse kompliceret matematik involveret, men det løser nogle af kvantefysikkens største ubesvarelige spørgsmål.
teorien blev først gennemtænkt af John Archibald, en teoretisk fysiker, der arbejdede på brintbomben i Los Alamos og senere underviste i Princeton. Han er stort set kendt for at genoplive interessen for generel relativitet i 1940 ‘erne og 1950’ erne.
ligesom mange kvanteteorier er ideen om, at hver elektron er den samme elektron, kendt som One Electron Theory, mere et tankeeksperiment end en teori.
så lad os bryde det ned.
elektroner ser alle ens ud
en af de største grunde til, at dette tankeeksperiment blev foreslået af hjulet, er, at hver eneste elektron ser nøjagtig den samme ud. De har alle den samme masse og den samme elektriske ladning.
dette betyder i sidste ende, at det er umuligt at skelne elektroner fra hinanden overhovedet. Så det er ikke overraskende, at Hjuler tænkte på ideen om, at hvis alle elektroner ser ens ud og virker ens, så er de måske den samme elektron.
relateret: Fysikere lavede netop elektronik, der tænder og slukker ved lysets hastighed
foreslår, at hele universet kun indeholder en elektron, måske ikke virker så absurd, når vi overvejer, at den eneste ændring ville være ideen om, hvad en elektron er. I praksis vil alt stadig fungere det samme.
ifølge den ene elektron teori, på samme måde som en elektron kan hoppes rundt i rummet, når ramt med lys, elektronen kan også være i stand til at hoppe baglæns i tiden. Konsekvensen af dette er, at elektroner, der bevæger sig baglæns i tiden, er positroner, antimatterkomponenten af elektroner. Så ikke kun er alle elektroner den samme elektron, men alle positroner er også den samme elektron, der bevæger sig bagud.
som professor underviste han den nu berømte fysiker Richard Feynman, da han var ph.d.-studerende. Feynman rejste berømt sin teori, da han accepterede sin Nobelpris i 1965. Her er hvad Feynman sagde:
jeg modtog et telefonopkald en dag på graduate college i Princeton fra Professor hjul, hvor han sagde: “Feynman, jeg ved, hvorfor alle elektroner har den samme ladning og den samme masse.””Hvorfor?””Fordi de er alle de samme elektron!”Og så forklarede han i telefonen:” Antag, at de verdenslinjer, som vi normalt overvejede før i tid og rum – i stedet for kun at gå op i tiden, var en enorm knude, og så, når vi skar gennem knuden, ved flyet svarende til en fast tid, ville vi se mange, mange verdenslinjer, og det ville repræsentere mange elektroner, bortset fra en ting. Hvis det i et afsnit er en almindelig elektronverdenslinje, i det afsnit, hvor den vendte sig om og kommer tilbage fra fremtiden, har vi det forkerte tegn til den rette tid – til de rigtige fire hastigheder – og det svarer til at ændre tegn på ladningen, og derfor vil den del af en sti fungere som en positron.”
for mange fysikere syntes det, som han foreslog, virkelig ikke så absurd. Fysikere arbejdede allerede med ideen om elektroner og positroner, og han foreslog netop en måde at forbinde hver eneste, der eksisterede samtidigt som en måde at forklare, hvorfor ingen kunne fortælle forskellen mellem dem.
hvordan ville denne teori faktisk se ud?
det anslås, at der er omkring 10 til kraften af 80 atomer i universet. Hvis vi ignorerer det faktum, at mange atomer har mere end en elektron, kan vi forenkle antallet af elektroner i universet som omkring 10 til kraften på 80.
selvom elektroner behandles som stabile til teoretiske formål, gives den eksperimentelle nedre grænse for elektronens gennemsnitlige levetid ofte som 6,6 til 1028 år. Ved hjælp af dette kan vi få en ide om, hvordan denne teori rent faktisk spiller ud.
teorien og disse tal indebærer, at den ene elektron i eksistens har rejst gennem universet 1080 gange, hver gang tager 460 septillion år. Vi kan fordoble disse tal for hver gang elektronen måtte gå tilbage gennem tiden, hvilket svarer til den ene elektron i den ene Elektronteori, der er 10105 år gammel.
datafejlen i teorien
alt dette er ret interessant at overveje, men der er et problem i roden til dette tankeeksperiment.
hvis en enkelt elektron bevæger sig fremad gennem tiden som en elektron og bagud gennem som en positron, ville det betyde, at der på et givet tidspunkt skulle være det samme antal positroner, som der er elektroner.
relateret: Ny undersøgelse opdager milliarder af sammenfiltrede elektroner i et METAL
vi ved, at dette ikke er sandt, og da det er tilfældet, kan vi udlede med stærk tillid, at den ene Elektronteori ikke kan holde.
det er sandsynligt, at han vidste, at dette var tilfældet hele tiden. I sin erindringsbog skriver han:
“jeg vidste selvfølgelig, at der i hvert fald i Vores hjørne af universet er meget flere elektroner end positroner, men jeg fandt det stadig en spændende ide at tænke på baner i rumtid, der kunne gå ubegrænset i enhver retning — fremad i tiden, bagud i tiden, op, ned, venstre eller højre.”
han var næsten sikker på, at hans tankeeksperiment ikke var en afspejling af den faktiske kvantevirkelighed, men han bemærkede, at ideen om, at der ikke er det samme antal positroner som elektroner, kun gælder for vores observerbare univers. Det er muligt, at det ikke er tilfældet for universets samlede sum.
i slutningen af dagen er One Electron Theory et ret interessant tankeeksperiment at overveje, selvom fysik ikke er din marmelade. At tro, at det er teoretisk muligt, selvom det er meget usandsynligt, at en partikel, der findes overalt i hele universet, faktisk er den samme partikel, der rejser gennem tiden – det er ret cool.