당신은 아마 과학 수업에서 전자를 기억합니다. 그들은 음전하를 가진 안정적인 아 원자 입자입니다. 그들은 원자에서 발견 하 고 고체 물질에 전기의 주요 캐리어입니다. 하지만,여러분이 아마 들어보지 못한 것은,각각의 모든 전자가 존재한다는 생각입니다… 실제로 동일한 전자입니다.
이 이론은 우주의 모든 전자는 실제로 시간을 통해 지속적으로 앞뒤로 이동하는 하나의 입자라고 말합니다. 이 관련된 복잡한 수학이 많이 있지만,양자 물리학의 가장 큰 대답 할 수없는 질문의 일부를 해결 않습니다.
이 이론은 로스 알 라모스에서 수소 폭탄을 연구하고 나중에 프린스턴에서 가르친 이론 물리학 자 존 아치 볼드 휠러에 의해 처음 생각되었습니다. 그는 1940 년대와 1950 년대에 일반 상대성 이론에 대한 관심을 되살리는 것으로 유명하다.
많은 양자 이론과 마찬가지로 모든 전자가 동일한 전자라는 생각은 이론보다는 사고 실험에 가깝다.
그래서 그것을 분해하자.
전자는 모두 같은 모양
이 사고 실험이 휠러에 의해 제안 된 가장 큰 이유 중 하나는 각각의 모든 전자가 정확히 같은 모양이다. 그들은 모두 같은 질량과 같은 전기 요금을 가지고 있습니다.
이것은 궁극적으로 전자를 전혀 구별 할 수 없다는 것을 의미합니다. 그래서,휠러가 모든 전자가 똑같아 보이고 똑같이 행동한다면 아마도 그들은 같은 전자라는 생각을 생각해 낸 것은 놀라운 일이 아닙니다.
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우주 전체가 하나의 전자를 포함하고 있다고 제안하는 것은 우리가 유일한 변화가 전자가 무엇인지에 대한 아이디어 일 것이라고 생각할 때 그 모든 터무니없는 것처럼 보이지 않을 수도 있습니다. 실용성에서는 모든 것이 여전히 동일하게 작동합니다.
하나의 전자 이론에 따르면,전자가 빛으로 쳤을 때 공간에서 튕길 수있는 것과 같은 방식으로 전자는 시간 내에 뒤로 튕길 수 있습니다. 이 결과는 시간에 거꾸로 움직이는 전자가 전자의 반물질 구성 요소 인 양전자라는 것입니다. 따라서 모든 전자가 같은 전자일 뿐만 아니라 모든 양전자도 같은 전자가 뒤로 움직입니다.
교수로서 휠러는 박사 과정 학생이었을 때 현재 유명한 물리학 자 리처드 파인만을 가르쳤다. 파인만은 1965 년 노벨상을 받아 들였을 때 휠러의 이론을 널리 알렸다. 파인만이 말한 것:
나는 어느 날 프린스턴 대학원에서 휠러 교수로부터 전화를 받았는데,그는”파인만,나는 왜 모든 전자들이 같은 전하와 같은 질량을 가지고 있는지 안다.””왜?”그들은 모두 같은 전자이기 때문에!”그리고 그는 전화로 설명했습니다.”우리가 일반적으로 시간과 공간에서 이전에 고려했던 세계선이 엄청난 매듭이라고 가정 해 봅시다.그리고 우리가 매듭을 자르면 고정 된 시간에 해당하는 평면으로,우리는 많은 세계선을 볼 것이고 그것은 한 가지를 제외하고는 많은 전자를 나타낼 것입니다. 한 섹션에서 이것이 보통의 전자 세계 선이라면,그 자체가 역전되고 미래에서 돌아 오는 섹션에서 우리는 적절한 시간에 대한 잘못된 부호를 가지고 있습니다-적절한 4 개의 속도-그리고 그것은 전하의 부호를 바꾸는 것과 같습니다,따라서 경로의 그 부분은 양전자처럼 행동 할 것입니다.”
많은 물리학자들에게 휠러가 제안한 것은 그렇게 터무니없는 것처럼 보이지 않았습니다. 물리학 자들은 이미 전자와 양전자의 아이디어를 가지고 일하고 있었고,휠러는 왜 아무도 그들 사이의 차이를 말할 수 없는지 설명하는 방법으로 현존하는 모든 하나를 동시에 연결하는 방법을 제안했습니다.
이 이론은 실제로 어떻게 생겼을까요?
우주에는 80 개의 원자의 약 10 제곱이 있는 것으로 추정된다. 많은 원자가 하나 이상의 전자를 가지고 있다는 사실을 무시하면 우주의 전자 수를 약 10 의 80 제곱으로 단순화 할 수 있습니다.
전자는 이론상 안정적인 것으로 취급되지만,전자의 평균 수명에 대한 실험적 하한은 종종 6.6 1028 년으로 주어진다. 이것을 사용하여,우리는 이 이론이 실제로 어떻게 작용하는지에 대한 아이디어를 얻을 수 있습니다.
이론과 이 숫자는 존재하는 하나의 전자가 우주를 1080 번 여행했으며,매번 460 셉티온 년이 걸렸다는 것을 의미한다. 우리는 전자가 시간을 거슬러 갈 때마다 이 숫자를 두 배로 늘릴 수 있습니다.이것은 하나의 전자 이론에서 10105 년 된 하나의 전자와 같습니다.
이론의 데이터 결함
이 모든 것은 고려하기가 다소 흥미롭지 만,이 사고 실험의 근원에는 문제가 있습니다.
단일 전자가 전자로 시간을 통해 앞으로 이동하고 양전자로 뒤로 이동한다면,이는 주어진 지점에서 전자가 존재하는 양전자와 같은 수의 양전자가 있어야한다는 것을 의미합니다.
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우리는 이것이 사실이 아니라는 것을 알고 있으며,그 경우이기 때문에 하나의 전자 이론이 보유 할 수 없다는 강한 확신을 가지고 추론 할 수 있습니다.
휠러는 이 사실을 항상 알고 있었을 것이다. 그의 회고록에서 그는 다음과 같이 씁니다:
“나는 물론,적어도 우주의 구석에는 양전자보다 많은 전자가 있다는 것을 알았지 만,나는 여전히 어떤 방향 으로든 제한없이 갈 수있는 시공간의 궤적을 생각하는 것이 흥미로운 아이디어라는 것을 발견했다.”
휠러는 자신의 사고 실험이 실제 양자 현실을 반영하지 않았다는 것을 거의 확신했지만,전자와 같은 수의 양전자가 없다는 생각은 우리의 관측 가능한 우주에서만 사실이라는 점에 주목했다. 우주의 총합에 대해서는 그렇지 않을 수도 있습니다.
하루의 끝에서,하나의 전자 이론은 물리학이 당신의 잼이 아니더라도 숙고하기에 다소 흥미로운 사고 실험입니다. 이론적으로 가능하다고 생각하는 것,비록 가능성은 희박하지만,우주 곳곳에 존재하는 입자는 실제로 같은 입자이며,시간을 통해 여행합니다-글쎄,그건 꽤 멋지다.