Vuonna 1940 kaksi kuuluisaa teoreettista fyysikkoa puhui elektronista ja sen ominaisuuksista, joten heillä oli ajatus, että kaikki elektronit ovat yksi ja sama elektroni.
Fyysikoilla John Wheelerillä ja Richard Feynmanilla oli melko epätavallinen näkemys todellisuudesta. Esimerkiksi he teorioivat, että koko maailmankaikkeudessa on vain yksi elektroni, joka sijaitsee vuorotellen kaikissa avaruuden pisteissä - Isosta räjähdyksestä kaiken loppuun (olipa kyse sitten iso repiminen, iso puristus, lämpökuolema tai jotain muuta). Toisin sanoen, puhumme tosiasiasta, että 10 ^ 80 elektronia, joiden kanssa olemme tekemisissä jokaisella ajanhetkellä, ovat sama elektroni. Yksi elektroni läpäisee jokaisen atomin ja molekyylin, tilasta ja ajasta riippumatta.
Yhden elektronin maailmankaikkeuden teoria, jonka John Wheeler ehdotti puhelinkeskusteluissa Richard Feynmanin kanssa, ehdottaa, että kaikki elektronit ja positronit ovat itse asiassa yhden esineen ilmentymiä, jotka liikkuvat ajassa eteenpäin.
Wheeler työnnettiin siihen johtopäätökseen, että positroni on elektroni, joka liikkuu taaksepäin ajassa kvantti-takertumisen avulla. Myöhemmin Feynman ilmaisi saman hypoteesin Harvardissa vuonna 1949 julkaistussa artikkelissa The Theory of Positrons.
Richard Feynman.
Idea perustuu maailmalinjoihin, jotka jokainen elektroni jäljittää avaruuden ajan läpi. Wheeler ehdotti, että lukemattomien sellaisten viivojen sijasta ne voisivat kaikki olla osa yhtä elektronia, jonka vetäisi yksi elektroni, kuin valtava sotkuinen solmu. Jokainen ajankohta on osa avaruus-aikaa ja leikkaa solmuun kytketyn maailmanlinjan kanssa monta kertaa. Risteyspisteissä puolet linjoista suunnataan eteenpäin ajoissa ja puolet taaksepäin. Wheeler ehdotti, että nämä käänteiset leikkeet edustavat elektronin antihiukkasta, positronia.
Kloonien hyökkäys
Mainosvideo:
Kvantit ovat olemassa avaruus-ajan ulkopuolella, eivätkä ne ole kolmiulotteisia. Voit jopa sanoa (mutta erittäin huolellisesti), että tila ja aika itsessään luodaan kvanttien vuorovaikutuksella, nimittäin kvanttien takertumisen avulla, joka on vahvistettu kokeellisesti. Lisäksi "hämmentyneessä" maailmankaikkeudessa aika voi olla vain illuusio. Ja tämä vie meidät toiseen tärkeään kysymykseen: mitä kaikkien hiukkasten takertuminen tarkoittaa? Mitä avaruuden ja ajan ulkopuolella olemassaolo tarkoittaa elektronille?
Kuvittele hiukkanen, joka liikkuu uskomattoman nopeasti ajoissa maailmankaikkeuden varhaisissa vaiheissa. Se kulkee niin pitkälle tulevaisuuteen, että se "kaatuu" "seinämään" (olkoon se maailmankaikkeuden laajentumisen loppua, jossa hiukkanen ei enää voi "liikkua" entropiassa) ja palautuu ajassa taaksepäin, missä "kaatuu" isoon räjähdykseen, mistä hän lähti aluksi. Tämän prosessin toistaminen erittäin suurella nopeudella tuottaa saman hiukkasen kloonit - tässä tapauksessa elektronin - ja näyttää siltä, että siinä on biljoonia hiukkasia ja niitä on kaikkialla.
John Archibald Wheeler.
Jos tämä on liian vaikeaa, kokeillaan toista ajatuskoetta.
Jos palaat maanantaina takaisin sunnuntaina ajallaan ja palaat kotiin ja toistat tämän prosessin koko viikon (perjantaihin), sinulla olisi viisi kopiota itsestäsi saman sunnuntain aikana! Kuvittele nyt, että elektroni tekee tätä biljoonia kertoja, ja "sunnuntai" on maailmankaikkeuden nykyaika.
Richard Feynman puhui tästä käsitteestä "positron" (elektronin hiukkaset). Hieman myöhemmin teoreettinen fyysikko Yoichiro Nambu sovelsi sitä koko hiukkasten ja hiukkasten välisten parien tuhoamiseen ja julkaisemiseen vuonna 1950 julkaistussa artikkelissa, jossa todetaan, että”parien mahdollinen luominen ja tuhoaminen, joka voi tapahtua milloin tahansa, ei ole luominen ja ei tuhoamista, vaan vain muutosta hiukkasten siirtymissuunnasta menneisyydestä tulevaisuuteen tai tulevaisuudesta menneisyyteen."
Tämä voi olla myös syy siihen, miksi on mahdotonta selvittää samanaikaisesti sekä elektronin nopeutta että sen sijaintia (Heisenbergin epävarmuusperiaatteen mukaan). Ymmärtääksemme miksi Wheeler ajatteli elektroneja tällä tavalla, meidän on harkittava niiden ominaisuuksia.
Yhden elektronin universumi
Kvantit eivät ole kuin kaikille tuttuja "esineitä". Kvantimaailma on yleensä outo, Richard Feynman itse sanoi siitä: "Uskon, että voin turvallisesti sanoa, että kukaan ei ymmärrä kvantimekaniikkaa".
Elektroneilla on aaltohiukkasten kaksinaisuus. Tämä tarkoittaa, että ne voivat käyttäytyä sekä hiukkasina että aalloina vuorovaikutuksesta riippuen. Kvanttien käsitteellistämiseksi tarkemmin, aaltotilaa tulisi ajatella todennäköisyysalueena, jonka kirjoitamme häiriökuvion muodossa, ja hiukkasen tila on erittäin todennäköisyys, joka romahti yhteen vuorovaikutuspisteeseen.
Häiriökuvio kokeessa kahdella raolla.
GTR: n mukaan tila ja aika ovat yksi, mutta kun kyse on GTR: stä kvantimekaniikan avulla, teoreetikoilla ja kosmologeilla on ongelmia. Mutta he tietävät, että maailmankaikkeuden alkuperä modernissa kosmologisessa mallissa on singulaarisuus - ajaton tilan tila, eikä tästä tosiasiasta ole vielä täysin ymmärretty.
Ei voida sanoa varmasti, että ennen isoa räjähdystä oli olemassa singulaarisuus - se tekisi ristiriidan asettamalla ajaton "ajassa". Lisäksi ajattomalla ei ole väliaikaista suhdetta, se ei voi olla olemassa ennen jotain tai sen jälkeen. Yleinen suhteellisuusteoria sanoo, että aika ja tila ovat yksi kangas, mikä tarkoittaa, että avaruudella ei voi olla omaa erillistä aikaa eikä ajalla voi olla oma erillistä tilaa.
Kvanteilla on joitain samankaltaisuuksia ison iskun "singulaarisuuden" kanssa: molemmat edustavat ajatonta, avaruudenta energiaa. Koska ne ovat sekä ajattomia että ulottuvuudellisia, ne ovat erottamattomia, koska erotuksen käsite on olemassa avaruus-ajan jatkuvuudessa.
Kvanttisuhteellisuus
Jos kvantti ja singulaarisuus ovat erottamattomia, niin ne ovat yksi ja sama. Tämä vie meidät toiseen tärkeään kohtaan. Singulaarisuus ei hävinnyt miljardien vuosien takaisessa räjähdyksessä. Quanta on itsenäisesti vuorovaikutuksessa oleva singulaarisuus. Sitten osoittautuu kirjaimellisesti, että kaikki on yksi. Tämä on kvantti relatiivisuus.
Saatat kysyä, entä painovoima? Yleinen suhteellisuusteoria toteaa, että painovoima on tilan ja ajan geometrinen ominaisuus, ja kokeelliset todisteet viittaavat siihen, että tila ja aika ovat kvanttien takertumisen sivutuotteita. Tutkijat ovat äskettäin havainneet, että joitain geometrisiä malleja voidaan käyttää huomattavasti yksinkertaistamaan kvanttivuorovaikutusten ja kvanttien lukumäärän laskemista. Sinun ei tarvitse mennä kauas olettaa, että painovoimaa luova geometria on tosiasiallisesti todennäköisyyden kvantialueiden ominaisuus.
Kvantin takertuminen taiteilijan mielestä.
Kvanttien takertuminen ohittaa nopeusrajoitukset, joilla tietoa voidaan lähettää. Sulautuneiden hiukkasten vuorovaikutus tapahtuu heti riippumatta siitä, kuinka kaukana ne ovat toisistaan. Topologisesti ottaen tämä tosiasia antaa olettaa, että niiden välillä ei ole tilaa. Onko aika todellista vai onko se vain havaitsijan luoma illuusio havainnoista? Onko tila yhtä illuusiota kuin aika?
Ainoa vaihtoehto, jossa elektroni voisi olla samanaikaisesti "täällä" ja "siellä", on se, että menneisyyden, nykyisyyden ja tulevaisuuden erottaminen on illuusoria. Jos on jokin primaarikangas, jolla kaikki tapahtuu samanaikaisesti, niin yksi elektroni voi muistuttaa neulottujen kappaleiden lankoja, joiden avulla kangas kudotaan. Tällä hypoteesilla on tietysti kuitenkin omat vakavat ongelmansa ja kysymyksensä.
Kritiikki ja kiista
Puuttuu antimateriaa. Wheelerin maailmankaikkeudessa meillä pitäisi olla yhtä suuri määrä positroneja ja elektroneja, mutta todellisuudessa näin ei ole. Elektroneja on mittaamattomasti enemmän kuin positroneja. Feynmanin mukaan hän keskusteli tästä asiasta Wheelerin kanssa ja jälkimmäinen ehdotti, että puuttuvat positronit voitaisiin piilottaa protoneihin (käyttämällä positronien sieppausta).
Lisäksi on olemassa sellainen asia kuin muut elektronien ominaisuudet. Nämä hiukkaset altistuvat rappeutumiselle. Yhden elektronin tapauksessa reinkarnoituneiden universumien lukumäärä kasvaa yhä enemmän ja muuttuu vähemmän vakaaksi.
Tulokset
Yhden elektronin universumin teoria kuulostaa kiehtovalta ja mielenkiintoiselta, mutta sitä on mahdotonta todistaa. Edellä kuvattuihin teorian ongelmiin voidaan lisätä kysymys miksi elektronien lukumäärä maailmankaikkeudessa on äärellinen eikä päinvastoin? Nämä yksinkertaiset, mutta graafiset esimerkit kyseenalaistavat koko hypoteesin.
Jos teoria on kuitenkin oikea, mitä muuta se voi tarkoittaa meille? Ehkä mikä tahansa muu hiukkanen - protoneista neutroneihin ja jopa eksoottisiin hiukkasiin, kuten neutriinoihin - on myös vain yksi hiukkas, joka kulkee ajassa edestakaisin. Tämä puolestaan tarkoittaisi, että emme koostu vain samoista hiukkasista, vaan itse asiassa jokainen meistä koostuu yhdestä protonista, yhdestä neutronista ja yhdestä elektronista.
Feynman itse, kuten hän myönsi, ei koskaan ottanut Wheelerin ajatusta vakavasti, mutta juuri hän antoi hänelle ajatuksen, että elektron ja positronit ovat kytkettyinä. Perustuen siihen, että nämä hiukkaset eroavat vain varauksessa, tutkija osoitti, että jos laukaistaan elektroni takaisin aika-akselia pitkin, se on täysin identtinen positronin kanssa. Tämä ei tietenkään ole totta, vaan vain ilmiön fyysinen tulkinta. 25 vuotta sen jälkeen kun spekuloitiin yhden elektronin universumista, Feynman sai vuonna 1965 fysiikan Nobel-palkinnon.
Ehkä tärkein opetus yksielektronisen maailmankaikkeuden teoriasta on, että riippumatta siitä, kuinka outo ja mahdoton idea voi tuntua, et koskaan tiedä mihin se voi johtaa, ennen kuin olet tutkinut sitä.
Vladimir Guillen