Probabilmente ricordi gli elettroni della classe di scienze. Sono particelle subatomiche stabili che hanno una carica elettrica negativa. Si trovano negli atomi e sono il principale vettore di elettricità nei materiali solidi. Ma, quello che probabilmente non avete sentito parlare, è l’idea che ogni elettrone in esistenza… è in realtà lo stesso elettrone.
Questa teoria afferma che ogni elettrone nell’universo è in realtà una particella che viaggia continuamente avanti e indietro nel tempo. C’è un sacco di matematica complicata coinvolta, ma risolve alcune delle più grandi domande senza risposta della fisica quantistica.
La teoria è stata pensata per la prima volta da John Archibald Wheeler, un fisico teorico che ha lavorato sulla bomba all’idrogeno a Los Alamos e in seguito ha insegnato a Princeton. Egli è in gran parte noto per rilanciare l’interesse per la relatività generale nel 1940 e 1950.
Come molte teorie quantistiche, l’idea che ogni elettrone è lo stesso elettrone, noto come la Teoria di un elettrone, è più di un esperimento mentale che una teoria.
Quindi scomponiamolo.
Gli elettroni hanno tutti lo stesso aspetto
Uno dei motivi principali per cui questo esperimento mentale è stato proposto da Wheeler è che ogni elettrone ha lo stesso aspetto. Hanno tutti la stessa massa e la stessa carica elettrica.
Questo alla fine significa che è impossibile distinguere gli elettroni. Quindi, non sorprende che Wheeler abbia pensato che se tutti gli elettroni hanno lo stesso aspetto e agiscono allo stesso modo, allora forse sono lo stesso elettrone.
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Proponendo che l’intero universo contenga un solo elettrone potrebbe non sembrare così assurdo, se consideriamo che l’unico cambiamento sarebbe l’idea di cosa sia un elettrone. Nella praticità, tutto funzionerebbe ancora allo stesso modo.
Secondo la teoria di un elettrone, nello stesso modo in cui un elettrone può essere rimbalzato nello spazio quando viene colpito dalla luce, l’elettrone potrebbe anche essere in grado di rimbalzare all’indietro nel tempo. La conseguenza di ciò è che gli elettroni che si muovono all’indietro nel tempo sono positroni, la componente antimateria degli elettroni. Quindi, non solo tutti gli elettroni sono lo stesso elettrone, ma tutti i positroni sono anche lo stesso elettrone che si muove all’indietro.
Come professore, Wheeler insegnò all’ormai famoso fisico Richard Feynman, quando era uno studente di dottorato. Feynman ha notoriamente sollevato la teoria di Wheeler quando ha accettato il suo premio Nobel nel 1965. Ecco cosa ha detto Feynman:
Un giorno ho ricevuto una telefonata al graduate college di Princeton dal professor Wheeler, in cui ha detto: “Feynman, so perché tutti gli elettroni hanno la stessa carica e la stessa massa.””Perché?”Perché, sono tutti lo stesso elettrone!”E, poi spiegò al telefono,” supponiamo che le linee del mondo che stavamo normalmente considerando prima nel tempo e nello spazio – invece di salire solo nel tempo fossero un nodo tremendo, e poi, quando tagliamo il nodo, dal piano corrispondente a un tempo fisso, vedremmo molte, molte linee del mondo e che rappresenterebbero molti elettroni, tranne una cosa. Se in una sezione questa è una normale linea del mondo degli elettroni, nella sezione in cui si è invertita e sta tornando dal futuro abbiamo il segno sbagliato al tempo giusto – alle quattro velocità appropriate – e questo equivale a cambiare il segno della carica, e, quindi, quella parte di un percorso agirebbe come un positrone.”
A molti fisici, ciò che Wheeler stava proponendo in realtà non sembrava così assurdo. I fisici stavano già lavorando con l’idea di elettroni e positroni, Wheeler ha appena proposto un modo per collegare ogni singolo esistente contemporaneamente come un modo per spiegare perché nessuno poteva dire la differenza tra loro.
Che aspetto avrebbe questa teoria?
Si stima che ci siano circa 10 alla potenza di 80 atomi nell’universo. Se ignoriamo il fatto che molti atomi hanno più di un elettrone, possiamo semplificare il numero di elettroni nell’universo come circa 10 alla potenza di 80.
Sebbene gli elettroni siano trattati come stabili per scopi teorici, il limite inferiore sperimentale per la vita media dell’elettrone è spesso dato come 6,6×1028 anni. Usando questo, possiamo avere un’idea di come questa teoria si svolge effettivamente.
La teoria e questi numeri implicano che l’unico elettrone esistente abbia viaggiato attraverso l’universo 1080 volte, impiegando ogni volta 460 anni settilioni. Possiamo raddoppiare questi numeri per ogni volta che l’elettrone ha dovuto tornare indietro nel tempo, il che equivale a un elettrone nella Teoria di un elettrone che ha 10105 anni.
Il difetto dei dati nella teoria
Tutto questo è piuttosto interessante da considerare, ma c’è un problema alla base di questo esperimento mentale.
Se un singolo elettrone viaggia in avanti nel tempo come un elettrone e all’indietro come un positrone, ciò significherebbe che in un dato punto, ci dovrebbe essere lo stesso numero di positroni come ci sono elettroni.
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Sappiamo che questo non è vero, e poiché è così, possiamo dedurre con forte sicurezza che la Teoria di un elettrone non può reggere.
È probabile che Wheeler sapesse che questo era il caso da sempre. Nel suo libro di memorie, scrive:
“Sapevo, ovviamente, che, almeno nel nostro angolo dell’universo, ci sono molti più elettroni che positroni, ma ho comunque trovato un’idea eccitante pensare a traiettorie nello spaziotempo che potrebbero andare senza restrizioni in qualsiasi direzione — avanti nel tempo, indietro nel tempo, su, giù, sinistra o destra.”
Wheeler era quasi certo che il suo esperimento mentale non fosse un riflesso della realtà quantistica reale, ma notò che l’idea che non ci siano lo stesso numero di positroni degli elettroni è vera solo per il nostro universo osservabile. È possibile che non sia il caso per la somma totale dell’universo.
Alla fine della giornata, la Teoria di un elettrone è un esperimento mentale piuttosto interessante su cui riflettere, anche se la fisica non è la tua marmellata. Pensare che sia teoricamente possibile, anche se altamente improbabile, che una particella che esiste ovunque in tutto l’universo sia in realtà la stessa particella, che viaggia nel tempo – beh, è piuttosto bello.