Vous vous souvenez probablement des électrons de la classe de science. Ce sont des particules subatomiques stables qui ont une charge électrique négative. Ils se trouvent dans les atomes et sont le principal vecteur d’électricité dans les matériaux solides. Mais, ce dont vous n’avez probablement pas entendu parler, c’est l’idée que chaque électron existe… est en fait exactement le même électron.
Cette théorie affirme que chaque électron dans l’univers est en fait une particule qui voyage continuellement en arrière et en avant dans le temps. Il y a beaucoup de mathématiques compliquées impliquées, mais cela résout certaines des plus grandes questions sans réponse de la physique quantique.
La théorie a été imaginée pour la première fois par John Archibald Wheeler, un physicien théoricien qui a travaillé sur la bombe à hydrogène à Los Alamos et qui a ensuite enseigné à Princeton. Il est largement connu pour avoir ravivé l’intérêt pour la relativité générale dans les années 1940 et 1950.
Comme beaucoup de théories quantiques, l’idée que chaque électron est le même électron, connue sous le nom de Théorie d’un électron, est plus une expérience de pensée qu’une théorie.
Alors décomposons-le.
Les électrons se ressemblent tous
L’une des principales raisons pour lesquelles cette expérience de pensée a été proposée par Wheeler est que chaque électron est exactement le même. Ils ont tous la même masse et la même charge électrique.
Cela signifie finalement qu’il est impossible de séparer les électrons. Il n’est donc pas surprenant que Wheeler ait imaginé l’idée que si tous les électrons se ressemblent et agissent de la même manière, alors ils sont peut-être le même électron.
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Proposer que l’univers entier ne contienne qu’un seul électron ne semble pas si absurde, quand on considère que le seul changement serait à l’idée de ce qu’est un électron. En pratique, tout fonctionnerait toujours de la même manière.
Selon la théorie de l’électron unique, de la même manière qu’un électron peut rebondir dans l’espace lorsqu’il est frappé par la lumière, l’électron pourrait également rebondir dans le temps. La conséquence de ceci est que les électrons se déplaçant vers l’arrière dans le temps sont des positrons, la composante d’antimatière des électrons. Ainsi, non seulement tous les électrons sont le même électron, mais tous les positrons sont également le même électron se déplaçant vers l’arrière.
En tant que professeur, Wheeler a enseigné au désormais célèbre physicien Richard Feynman, lorsqu’il était étudiant au doctorat. Feynman a évoqué la théorie de Wheeler lorsqu’il a accepté son prix Nobel en 1965. Voici ce que Feynman a dit:
Un jour, au Graduate college de Princeton, j’ai reçu un appel téléphonique du professeur Wheeler, dans lequel il disait: « Feynman, je sais pourquoi tous les électrons ont la même charge et la même masse. » » Pourquoi? » » Parce que, ils sont tous le même électron! »Et, puis il a expliqué au téléphone, « supposons que les lignes du monde que nous envisagions habituellement auparavant dans le temps et dans l’espace – au lieu de seulement remonter dans le temps étaient un nœud énorme, et ensuite, lorsque nous coupions le nœud, par le plan correspondant à un temps fixe, nous verrions beaucoup, beaucoup de lignes du monde et cela représenterait beaucoup d’électrons, sauf pour une chose. Si, dans une section, il s’agit d’une ligne du monde électronique ordinaire, dans la section dans laquelle elle s’est inversée et revient du futur, nous avons le mauvais signe au bon moment – aux quatre vitesses appropriées – et cela équivaut à changer le signe de la charge, et, par conséquent, cette partie d’un chemin agirait comme un positron. »
Pour de nombreux physiciens, ce que Wheeler proposait ne semblait vraiment pas si absurde. Les physiciens travaillaient déjà avec l’idée des électrons et des positrons, Wheeler vient de proposer un moyen de relier chacun d’entre eux simultanément afin d’expliquer pourquoi personne ne pouvait faire la différence entre eux.
À quoi ressemblerait réellement cette théorie?
On estime qu’il y a environ 10 à la puissance de 80 atomes dans l’univers. Si nous ignorons le fait que de nombreux atomes ont plus d’un électron, nous pouvons simplifier le nombre d’électrons dans l’univers d’environ 10 à la puissance de 80.
Bien que les électrons soient traités comme stables à des fins théoriques, la borne inférieure expérimentale de la durée de vie moyenne de l’électron est souvent donnée comme 6,6×1028 ans. En utilisant cela, nous pouvons avoir une idée de la façon dont cette théorie se déroule réellement.
La théorie et ces nombres impliquent que l’électron existant a traversé l’univers 1080 fois, prenant à chaque fois 460 septillions d’années. Nous pouvons doubler ces nombres pour chaque fois que l’électron a dû remonter dans le temps, ce qui équivaut à un électron dans la Théorie d’un électron ayant 10105 ans.
La faille de données dans la théorie
Tout cela est plutôt intéressant à considérer, mais il y a un problème à la racine de cette expérience de pensée.
Si un seul électron avance dans le temps en tant qu’électron et recule en tant que positron, cela signifierait qu’à un point donné, il devrait y avoir le même nombre de positrons qu’il y a d’électrons.
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Nous savons que ce n’est pas vrai, et puisque c’est le cas, nous pouvons en déduire avec une forte confiance que la Théorie d’Un électron ne peut pas tenir.
Il est probable que Wheeler savait que c’était le cas depuis le début. Dans ses mémoires, il écrit:
« Je savais, bien sûr, qu’au moins dans notre coin de l’univers, il y a beaucoup plus d’électrons que de positrons, mais j’ai quand même trouvé une idée passionnante de penser à des trajectoires dans l’espace—temps qui pourraient aller sans restriction dans n’importe quelle direction – en avant dans le temps, en arrière dans le temps, en haut, en bas, à gauche ou à droite. »
Wheeler était presque certain que son expérience de pensée n’était pas le reflet de la réalité quantique réelle, mais il a noté que l’idée qu’il n’y a pas le même nombre de positrons que d’électrons n’est vraie que pour notre univers observable. Il est possible que ce ne soit pas le cas pour la somme totale de l’univers.
Au bout du compte, la Théorie de l’électron unique est une expérience de pensée assez intéressante à méditer, même si la physique n’est pas votre bourrage. Penser qu’il est théoriquement possible, bien que hautement improbable, qu’une particule qui existe partout dans l’univers soit en fait la même particule, voyageant dans le temps – eh bien, c’est plutôt cool.