u herinnert zich waarschijnlijk elektronen uit de wetenschapsklas. Het zijn stabiele subatomaire deeltjes met een negatieve elektrische lading. Ze worden gevonden in atomen en zijn de primaire drager van elektriciteit in vaste materialen. Maar, waar je waarschijnlijk nog niet van gehoord hebt, is het idee dat elk en elk elektron bestaat… is eigenlijk precies hetzelfde elektron.
deze theorie stelt dat elk elektron in het heelal eigenlijk één deeltje is dat voortdurend terug en vooruit door de tijd reist. Er is veel ingewikkelde wiskunde bij betrokken, maar het lost enkele van de grootste onbeantwoorde vragen van de kwantumfysica op. De theorie werd voor het eerst bedacht door John Archibald Wheeler, een theoretisch natuurkundige die werkte aan de waterstofbom in Los Alamos en later doceerde aan Princeton. In de jaren 40 en 50 is hij vooral bekend om zijn hernieuwde interesse in de algemene relativiteitstheorie.
net als vele kwantumtheorieën is het idee dat elk elektron hetzelfde elektron is, bekend als de Eenelektrontheorie, meer een gedachte-experiment dan een theorie.
dus laten we het opsplitsen.
elektronen zien er allemaal hetzelfde uit
Eén van de belangrijkste redenen waarom Wheeler dit gedachte-experiment heeft voorgesteld, is dat elk elektron er precies hetzelfde uitziet. Ze hebben allemaal dezelfde massa en dezelfde elektrische lading.
dit betekent uiteindelijk dat het onmogelijk is om elektronen uit elkaar te houden. Dus, het is niet verwonderlijk dat Wheeler bedacht het idee dat als alle elektronen er hetzelfde uitzien en hetzelfde handelen, dan zijn ze misschien hetzelfde elektron.
gerelateerd: Natuurkundigen hebben zojuist elektronica gemaakt die met de lichtsnelheid
in-en uitschakelen en voorstellen dat het hele universum slechts één elektron bevat, lijkt misschien niet zo absurd, als we bedenken dat de enige verandering zou zijn in het idee van wat een elektron is. In de praktijk zou alles nog steeds hetzelfde functioneren.
volgens de Eenelektrontheorie kan een elektron, net zoals een elektron in de ruimte kan worden rondgestuiterd wanneer het met licht wordt geraakt, ook in staat zijn om terug te stuiteren in de tijd. Het gevolg hiervan is dat elektronen die terug in de tijd bewegen positronen zijn, de antimateriecomponent van elektronen. Dus niet alleen zijn alle elektronen hetzelfde elektron, maar alle positronen zijn ook hetzelfde elektron dat achteruit beweegt.= = Biografie = = Wheeler was hoogleraar aan de beroemde natuurkundige Richard Feynman. Feynman bracht Wheeler ‘ s theorie naar voren toen hij in 1965 zijn Nobelprijs in ontvangst nam. Dit is wat Feynman zei:Op een dag kreeg ik een telefoontje van Professor Wheeler aan het graduate college in Princeton, waarin hij zei: “Feynman, ik weet waarom alle elektronen dezelfde lading en dezelfde massa hebben.””Waarom?””Omdat ze allemaal hetzelfde elektron zijn!”En, zo legde hij uit aan de telefoon,” Stel dat de wereldlijnen die we gewoonlijk eerder in tijd en ruimte beschouwden – in plaats van alleen maar in de tijd omhoog te gaan, een enorme knoop waren, en dan, als we door de knoop sneden, door het vlak dat overeenkomt met een vaste tijd, zouden we vele, vele wereldlijnen zien en dat zouden vele elektronen voorstellen, behalve één ding. Als in één sectie dit een gewone elektronenwereld lijn is, in het gedeelte waarin het zichzelf omdraaide en terug komt uit de toekomst, hebben we het verkeerde teken naar de juiste tijd – naar de juiste vier snelheden – en dat is gelijk aan het veranderen van het teken van de lading, en daarom zou dat deel van een pad zich als een positron gedragen.”
voor veel natuurkundigen leek wat Wheeler voorstelde niet zo absurd. Natuurkundigen werkten al met het idee van elektronen en positronen, Wheeler stelde gewoon een manier voor om elk van de bestaande gelijktijdig te verbinden als een manier om uit te leggen waarom niemand het verschil tussen hen kon zien.
hoe zou deze theorie er eigenlijk uitzien?
naar schatting zijn er ongeveer 10 tot de macht van 80 atomen in het heelal. Als we het feit negeren dat veel atomen meer dan één elektron hebben, kunnen we het aantal elektronen in het universum vereenvoudigen als rond 10 tot de macht van 80.
hoewel elektronen voor theoretische doeleinden als stabiel worden beschouwd, wordt de experimentele ondergrens voor de gemiddelde levensduur van het elektron vaak gegeven op 6,6×1028 jaar. Hiermee kunnen we een idee krijgen van hoe deze theorie zich eigenlijk afspeelt.
de theorie en deze getallen impliceren dat het ene elektron dat bestaat 1080 keer door het universum heeft gereisd, waarbij het telkens 460 septillion jaar in beslag nam. We kunnen deze getallen verdubbelen voor elke keer dat het elektron terug moest gaan door de tijd, wat gelijk staat aan het ene elektron in de elektronentheorie dat 10105 jaar oud is.
de data fout in de theorie
dit alles is vrij interessant om te overwegen, maar er is een probleem aan de basis van dit gedachte-experiment.
als een enkel elektron als elektron vooruit door de tijd reist en terug door als een positron, zou dat betekenen dat er op een bepaald punt hetzelfde aantal positronen moet zijn als er elektronen zijn.
gerelateerd: Nieuwe studie ontdekt miljarden verstrengelde elektronen in een metaal
We weten dat dit niet waar is, en aangezien dat het geval is, kunnen we met een sterk vertrouwen concluderen dat de één-elektronentheorie niet kan houden.Het is waarschijnlijk dat Wheeler al die tijd wist dat dit het geval was. In zijn memoires schrijft hij:
” ik wist natuurlijk dat er, tenminste in onze Hoek van het universum, veel meer elektronen zijn dan positronen, maar ik vond het nog steeds een spannend idee om te denken aan trajecten in de ruimtetijd die onbeperkt kunnen gaan in elke richting — vooruit in de tijd, achteruit in de tijd, omhoog, omlaag, links of rechts.Wheeler was er bijna zeker van dat zijn gedachte-experiment geen weerspiegeling was van de werkelijke kwantum realiteit, maar hij merkte wel op dat het idee dat er niet hetzelfde aantal positronen zijn als elektronen alleen geldt voor ons waarneembare universum. Het is mogelijk dat het niet het geval is voor de som van het universum.
aan het eind van de dag is de Eenelektrontheorie een interessant denkexperiment om over na te denken, zelfs als de fysica niet jouw storing is. Om te denken dat het theoretisch mogelijk is, hoewel hoogst onwaarschijnlijk, dat een deeltje dat overal in het universum bestaat eigenlijk hetzelfde deeltje is, dat door de tijd reist – nou, dat is vrij cool.