W 1940 r. Dwóch słynnych fizyków teoretycznych rozmawiało o elektronie i jego właściwościach, więc doszli do wniosku, że wszystkie elektrony są jednym i tym samym elektronem.
Fizycy John Wheeler i Richard Feynman mieli raczej niekonwencjonalny pogląd na rzeczywistość. Na przykład wysunęli teorię, że w całym Wszechświecie jest tylko jeden elektron, umieszczony naprzemiennie we wszystkich punktach w przestrzeni - od Wielkiego Wybuchu do końca wszystkiego (czy to Wielkiego Rozerwania, Wielkiego Ucisku, śmierci cieplnej, czy cokolwiek innego). Innymi słowy, mówimy o tym, że 10 ^ 80 elektronów, z którymi mamy do czynienia w każdym momencie, to ten sam elektron. Jeden elektron przenika każdy atom i cząsteczkę, niezależnie od czasu i przestrzeni.
Teoria jednoelektronowego wszechświata, zaproponowana przez Johna Wheelera podczas rozmowy telefonicznej z Richardem Feynmanem, zakłada, że wszystkie elektrony i pozytony są w rzeczywistości przejawami pojedynczego obiektu poruszającego się w czasie tam iz powrotem.
Wheeler doszedł do wniosku, że pozyton jest elektronem cofającym się w czasie w wyniku splątania kwantowego. Feynman później sformułował tę samą hipotezę w swoim artykule z 1949 r., The Theory of Positrons, na Harvardzie.
Richard Feynman.
Pomysł opiera się na liniach świata wytyczonych przez każdy elektron w czasoprzestrzeni. Wheeler zasugerował, że zamiast niezliczonych takich linii, wszystkie mogłyby być częścią pojedynczej linii narysowanej przez jeden elektron, jak ogromny splątany węzeł. Każda chwila czasu jest częścią czasoprzestrzeni i przecina się wielokrotnie z linią świata połączoną w węźle. W punktach przecięcia połowa linii będzie skierowana do przodu w czasie, a połowa do tyłu. Wheeler zasugerował, że te odwrotne sekcje reprezentują antycząstkę elektronu, pozyton.
Atak klonów
Film promocyjny:
Kwanty istnieją poza czasoprzestrzenią i nie zajmują trójwymiarowych pozycji. Można nawet powiedzieć (ale z wielką ostrożnością), że sama przestrzeń i czas są tworzone przez interakcje kwantów, a mianowicie na drodze splątania kwantowego, co zostało potwierdzone eksperymentalnie. Co więcej, w „zagmatwanym” wszechświecie czas może być tylko iluzją. A to prowadzi nas do kolejnego ważnego pytania: co oznacza splątanie wszystkich cząstek? Co dla elektronu oznacza istnienie poza przestrzenią i czasem?
Wyobraź sobie cząstkę poruszającą się niewiarygodnie szybko w czasie na bardzo wczesnych etapach wszechświata. Podróżuje tak daleko w przyszłość, że „rozbija się” o „ścianę” (niech to będzie koniec ekspansji Wszechświata, gdzie cząstka nie może już „poruszać się” w entropii) i odbija się w czasie, gdzie „rozbija się” o Wielki Wybuch, skąd wystartowała początkowo. Powtarzanie tego procesu w kółko z bardzo dużą prędkością stworzy klony tej samej cząstki - w naszym przypadku elektronu - i będzie wyglądać, jakby cząsteczek było bilionów i są one wszędzie.
John Archibald Wheeler.
Jeśli jest to zbyt trudne, spróbujmy innego eksperymentu myślowego.
Gdybyś w poniedziałek cofnął się w czasie w niedzielę i wrócił do domu, a następnie powtarzał ten proces przez cały tydzień (do piątku), miałbyś pięć kopii siebie w tę samą niedzielę! Teraz wyobraź sobie, że elektron robi to biliony razy, a „niedziela” to współczesna era we wszechświecie.
O tej koncepcji „pozytonu” (antycząstki elektronu) mówił Richard Feynman. Nieco później fizyk teoretyczny Yoichiro Nambu zastosował ją do całego generowania i anihilacji par cząstka-antycząstka w swoim artykule opublikowanym w 1950 roku, stwierdzając, że „możliwe tworzenie i anihilacja par, które mogą wystąpić w dowolnym momencie, nie jest tworzeniem i nie anihilacja, a jedynie zmiana kierunku przemieszczania się cząstek z przeszłości w przyszłość lub z przyszłości w przeszłość”.
Może to być również powodem, dla którego niemożliwe jest jednoczesne ustalenie pędu elektronu i jego położenia (zgodnie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga). Aby zrozumieć, dlaczego Wheeler myślał o elektronach w ten sposób, musimy rozważyć ich właściwości.
Wszechświat jednoelektronowy
Kwanty nie przypominają znanych wszystkim „obiektów”. Świat kwantowy jest generalnie dziwny, powiedział o tym sam Richard Feynman: „Myślę, że mogę śmiało powiedzieć, że nikt nie rozumie mechaniki kwantowej”.
Elektrony mają dualizm korpuskularno-falowy. Oznacza to, że mogą zachowywać się zarówno jako cząstki, jak i jako fale, w zależności od interakcji. Aby dokładniej konceptualizować kwanty, stan falowy należy traktować jako obszar prawdopodobieństwa, który piszemy w postaci wzorca interferencyjnego, a stan cząstki to samo prawdopodobieństwo, które zapadło się w jeden punkt interakcji.
Wzór zakłóceń w eksperymencie z dwoma szczelinami.
Według Ogólnej Teorii Względności (GTR) przestrzeń i czas to jedno, ale jeśli chodzi o GTR z mechaniką kwantową, teoretycy i kosmolodzy mają problemy. Wiedzą jednak, że we współczesnym modelu kosmologicznym początek Wszechświata to osobliwość - ponadczasowy stan przestrzeni i nadal nie ma pełnego zrozumienia tego faktu.
Nie można z całą pewnością powiedzieć, że przed Wielkim Wybuchem istniała osobliwość - która stworzyłaby sprzeczność, umieszczając ponadczasowość w „czasie”. Co więcej, ponadczasowe nie ma tymczasowego związku, nie może istnieć przed czymś ani po czymś. Ogólna teoria względności mówi, że czas i przestrzeń są jedną tkaniną, co oznacza, że przestrzeń nie może mieć własnego, oddzielnego czasu, a czas nie może mieć własnej, oddzielnej przestrzeni.
Kwantowe mają pewne podobieństwa z „osobliwością” Wielkiego Wybuchu: obie reprezentują ponadczasową, pozbawioną przestrzeni energię. Ponieważ są zarówno ponadczasowe, jak i międzywymiarowe, są nierozłączne, ponieważ sama koncepcja separacji istnieje w kontinuum czasoprzestrzennym.
Względność kwantowa
Jeśli kwanty i osobliwość są nierozłączne, to są jednym i tym samym. To prowadzi nas do kolejnego ważnego punktu. Osobliwość nie zniknęła podczas eksplozji miliardy lat temu. Quanta to osobliwość oddziałująca ze sobą. Wtedy dosłownie okazuje się, że wszystko jest jednym. To jest teoria względności kwantowej.
Możesz zapytać, co z grawitacją? Ogólna teoria względności stwierdza, że grawitacja jest geometryczną własnością przestrzeni i czasu, a dowody eksperymentalne sugerują, że przestrzeń i czas są produktami ubocznymi splątania kwantowego. Naukowcy odkryli niedawno, że niektóre modele geometryczne można wykorzystać do znacznego uproszczenia obliczeń oddziaływań kwantowych i splątania kwantowego. Nie musisz iść daleko, aby założyć, że geometria, która tworzy grawitację, jest w rzeczywistości właściwością kwantowych regionów prawdopodobieństwa.
Splątanie kwantowe w oczach artysty.
Splątanie kwantowe omija ograniczenia prędkości, przy których informacje mogą być przesyłane. Interakcje między splątanymi cząstkami zachodzą natychmiast, niezależnie od tego, jak daleko są od siebie. Z topologicznego punktu widzenia fakt ten pozwala przypuszczać, że nie ma między nimi przestrzeni. Czy czas jest rzeczywisty, czy jest tylko iluzją percepcji stworzoną przez obserwatora? Czy przestrzeń jest tak iluzoryczna jak czas?
Jedyną opcją, w której elektron mógłby być jednocześnie „tu” i „tam”, jest iluzoryczne oddzielenie przeszłości, teraźniejszości i przyszłości. Jeśli istnieje jakaś pierwotna tkanina, na której wszystko dzieje się w tym samym czasie, wówczas jeden elektron może przypominać nici w dzianinach, za pomocą których tkana jest tkanina. Jednak oczywiście ta hipoteza ma swoje własne poważne problemy i pytania.
Krytyka i kontrowersje
Brakująca antymateria. We wszechświecie Wheelera powinniśmy mieć równą liczbę pozytonów i elektronów, ale w rzeczywistości tak nie jest. Elektronów jest niezmiernie więcej niż pozytonów. Według Feynmana omawiał tę kwestię z Wheelerem, a ten ostatni zasugerował, że brakujące pozytony mogą być ukryte w protonach (za pomocą przechwytywania pozytonów).
Poza tym istnieje coś takiego jak inne właściwości elektronów. Te cząstki ulegają rozkładowi. W przypadku jednego elektronu liczba reinkarnowanych wszechświatów rosłaby coraz bardziej i stawała się mniej stabilna.
Wynik
Teoria jednoelektronowego wszechświata brzmi intrygująco i interesująco, ale nie da się tego udowodnić. Do opisanych powyżej problemów teorii można dodać pytanie, dlaczego liczba elektronów we Wszechświecie jest skończona, a nie odwrotnie? Te proste, ale graficzne przykłady podają w wątpliwość całą hipotezę.
Jeśli jednak teoria jest poprawna, co jeszcze może oznaczać dla nas? Być może każda inna cząstka - od protonów po neutrony, a nawet egzotyczne cząstki, takie jak neutrina - jest również tylko jedną cząstką podróżującą w czasie tam iz powrotem. To z kolei oznaczałoby, że nie tylko składamy się z tych samych cząstek, ale w rzeczywistości każdy z nas składa się z jednego protonu, jednego neutronu i jednego elektronu.
Sam Feynman, jak przyznał, nigdy nie traktował poważnie pomysłu Wheelera, ale to ona podsunęła mu pomysł, że elektron i pozyton są połączone. Opierając się na fakcie, że te cząstki różnią się tylko ładunkiem, naukowiec udowodnił, że jeśli wystrzelisz elektron z powrotem wzdłuż osi czasu, będzie on całkowicie identyczny z pozytonem. Oczywiście nie jest to prawda, ale tylko fizyczna interpretacja zjawiska. 25 lat po spekulacjach na temat jednoelektronowego wszechświata w 1965 roku Feynman otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Być może najważniejszą lekcją z teorii wszechświata jednoelektronowego jest to, że bez względu na to, jak dziwaczny i niemożliwy może się wydawać pomysł, nigdy nie wiesz, do czego może doprowadzić, dopóki go nie zbadasz.
Vladimir Guillen