pewnie pamiętasz elektrony z zajęć z fizyki. Są stabilnymi cząstkami subatomowymi, które mają ujemny ładunek elektryczny. Znajdują się w atomach i są głównym nośnikiem energii elektrycznej w materiałach stałych. Ale to, o czym prawdopodobnie nie słyszeliście, to idea, że każdy elektron istnieje… jest dokładnie tym samym elektronem.
teoria ta stwierdza, że każdy elektron we wszechświecie jest w rzeczywistości jedną cząstką, która nieustannie podróżuje do tyłu i do przodu w czasie. W grę wchodzi wiele skomplikowanych zagadnień matematycznych, ale to rozwiązuje niektóre z największych pytań fizyki kwantowej.
teoria została po raz pierwszy wymyślona przez Johna Archibalda Wheelera, fizyka teoretycznego, który pracował nad bombą wodorową w Los Alamos, a później nauczał w Princeton. Jest w dużej mierze znany z ożywienia zainteresowania ogólną teorią względności w latach 40. i 50. XX wieku.
podobnie jak wiele teorii kwantowych, idea, że każdy elektron jest tym samym elektronem, znana jako teoria jednego elektronu, jest bardziej eksperymentem myślowym niż teorią.
więc Podzielmy to.
wszystkie elektrony wyglądają tak samo
jednym z największych powodów, dla których ten eksperyment myślowy został zaproponowany przez Wheelera, jest to, że każdy elektron wygląda dokładnie tak samo. Wszystkie mają tę samą masę i ten sam ładunek elektryczny.
to ostatecznie oznacza, że nie można w ogóle odróżnić elektronów. Nic więc dziwnego, że Wheeler wpadł na pomysł, że jeśli wszystkie elektrony wyglądają tak samo i działają tak samo, to może są tym samym elektronem.
podobne: Fizycy właśnie stworzyli elektronikę, która włącza się i wyłącza z prędkością światła
sugerując, że cały wszechświat zawiera tylko jeden elektron, może nie wydawać się aż tak absurdalny, jeśli weźmiemy pod uwagę, że jedyną zmianą byłoby pojęcie, czym jest elektron. W praktyce wszystko nadal funkcjonowałoby tak samo.
zgodnie z teorią jednego elektronu, w taki sam sposób, w jaki elektron może być odbijany w przestrzeni po uderzeniu światłem, elektron może również być w stanie odbijać się do tyłu w czasie. Konsekwencją tego jest to, że elektrony poruszające się wstecz w czasie są pozytonami, składnikiem antymaterii elektronów. Więc nie tylko wszystkie elektrony są tym samym elektronem, ale wszystkie pozytony są również tym samym elektronem poruszającym się do tyłu.
jako profesor, Wheeler uczył słynnego fizyka Richarda Feynmana, kiedy był doktorantem. Feynman znany wychował teorię Wheelera, kiedy przyjął Nagrodę Nobla w 1965 roku. Oto co powiedział Feynman:
pewnego dnia otrzymałem telefon od profesora Wheelera na studiach podyplomowych w Princeton, w którym powiedział: „Feynman, wiem, dlaczego wszystkie elektrony mają ten sam ładunek i tę samą masę.”Dlaczego?””Ponieważ wszystkie są tym samym elektronem!”A potem wyjaśnił przez telefon:” przypuśćmy, że linie świata, które zwykle rozważaliśmy wcześniej w czasie i przestrzeni-zamiast tylko wznosić się w czasie, były ogromnym węzłem, a potem, kiedy przecięliśmy węzeł, przez płaszczyznę odpowiadającą ustalonemu czasowi, zobaczylibyśmy wiele, wiele linii świata, które reprezentowałyby wiele elektronów, z wyjątkiem jednej rzeczy. Jeśli w jednym odcinku jest to zwykła linia świata elektronów, w odcinku, w którym odwraca się i wraca z przyszłości, mamy zły znak do właściwego czasu – do właściwych czterech prędkości – i to jest równoznaczne ze zmianą znaku ładunku, a zatem ta część ścieżki działałaby jak pozyton.”
dla wielu fizyków to, co proponował Wheeler, nie wydawało się tak absurdalne. Fizycy pracowali już nad ideą elektronów i pozytonów, Wheeler zaproponował sposób połączenia wszystkich istniejących jednocześnie jako sposób wyjaśnienia, dlaczego nikt nie może odróżnić ich od siebie.
jak właściwie wyglądałaby ta teoria?
szacuje się, że we wszechświecie jest około 10 do potęgi 80 atomów. Jeśli zignorujemy fakt, że wiele atomów ma więcej niż jeden elektron, możemy uprościć liczbę elektronów we wszechświecie jako około 10 do potęgi 80.
chociaż elektrony są traktowane jako stabilne do celów teoretycznych, eksperymentalna dolna granica dla średniego życia elektronu jest często podawana jako 6,6×1028 lat. Używając tego, możemy dowiedzieć się, jak ta teoria się rozgrywa.
teoria i te liczby sugerują, że jeden istniejący elektron podróżował przez wszechświat 1080 razy, za każdym razem zajmując 460 septylionów lat. Możemy podwoić te liczby za każdym razem, gdy elektron musiał cofnąć się w czasie, co oznacza, że jeden elektron w teorii jednego elektronu ma 10105 lat.
wada danych w teorii
wszystko to jest dość interesujące do rozważenia, ale jest problem u podstaw tego eksperymentu myślowego.
jeśli pojedynczy elektron przemieszcza się do przodu w czasie jako elektron i do tyłu jako pozyton, oznaczałoby to, że w danym punkcie powinna być taka sama liczba pozytonów, jak elektrony.
podobne: Nowe badania odkrywają miliardy splątanych elektronów w metalu
wiemy, że to nieprawda, a ponieważ tak jest, możemy wywnioskować z silną pewnością, że teoria jednego elektronu nie może utrzymać.
jest prawdopodobne, że Wheeler wiedział, że tak było przez cały czas. W swoich wspomnieniach pisze:
„oczywiście wiedziałem, że przynajmniej w naszym zakątku wszechświata jest o wiele więcej elektronów niż pozytonów, ale nadal uważam za ekscytujący pomysł myślenie o trajektoriach w czasoprzestrzeni, które mogą iść nieograniczone w dowolnym kierunku — do przodu w czasie, do tyłu w czasie, w górę, w dół, w lewo lub w prawo.”
Wheeler był prawie pewien, że jego eksperyment myślowy nie jest odzwierciedleniem rzeczywistej rzeczywistości kwantowej, ale zauważył, że idea, że nie ma takiej samej liczby pozytonów jak elektrony, jest prawdziwa tylko dla naszego obserwowalnego wszechświata. Możliwe, że nie dotyczy to sumy całego wszechświata.
w końcu teoria elektronów jest dość interesującym eksperymentem myślowym do rozważenia, nawet jeśli fizyka nie jest Twoim problemem. Myślenie, że teoretycznie jest możliwe, choć bardzo mało prawdopodobne, że cząstka, która istnieje wszędzie we wszechświecie, jest tą samą cząstką, podróżującą w czasie-cóż, to całkiem fajne.