In 1940 hadden twee beroemde theoretische natuurkundigen het over het elektron en zijn eigenschappen, dus hadden ze het idee dat alle elektronen één en hetzelfde elektron zijn.
Natuurkundigen John Wheeler en Richard Feynman hadden een nogal onconventionele kijk op de werkelijkheid. Ze theoretiseerden bijvoorbeeld dat er maar één elektron in het hele universum is, afwisselend op alle punten in de ruimte gelokaliseerd - van de oerknal tot het einde van alles (of het nu de Big Rip, Big Compression, heat death of iets anders is). Met andere woorden, we hebben het over het feit dat 10 ^ 80 elektronen waarmee we op elk moment te maken hebben, hetzelfde elektron zijn. Eén elektron doordringt elk atoom en molecuul, ongeacht ruimte en tijd.
De theorie van een één-elektronen-universum, voorgesteld door John Wheeler tijdens een telefoongesprek met Richard Feynman, suggereert dat alle elektronen en positronen in feite manifestaties zijn van één object dat heen en weer beweegt in de tijd.
Wheeler werd tot de conclusie geduwd dat een positron een elektron is dat door kwantumverstrengeling achteruit in de tijd beweegt. Feynman formuleerde later dezelfde hypothese in zijn artikel uit 1949, The Theory of Positrons, op Harvard.
Richard Feynman.
Het idee is gebaseerd op wereldlijnen die door elk elektron door de ruimtetijd worden gevolgd. Wheeler suggereerde dat in plaats van talloze van dergelijke lijnen, ze allemaal deel konden uitmaken van een enkele lijn die door één elektron werd getrokken, als een enorme verwarde knoop. Elk moment van de tijd is een deel van ruimte-tijd en snijdt de wereldlijn vele malen in een knooppunt. Op de snijpunten wordt de helft van de lijnen in de tijd naar voren gericht en de andere helft naar achteren. Wheeler suggereerde dat deze omgekeerde secties het antideeltje van het elektron vertegenwoordigen, het positron.
Aanval van de klonen
Promotie video:
Kwantums bestaan buiten de ruimte-tijd en nemen geen driedimensionale posities in. Je kunt zelfs zeggen (maar met grote zorg) dat ruimte en tijd zelf worden gecreëerd door de interacties van kwanta, namelijk door middel van kwantumverstrengeling, wat experimenteel is bevestigd. Bovendien kan tijd in een "verward" universum slechts een illusie zijn. En dit brengt ons bij een andere belangrijke vraag: wat betekent verstrengeling van alle deeltjes? Wat betekent het bestaan buiten ruimte en tijd voor een elektron?
Stel je een deeltje voor dat ongelooflijk snel in de tijd beweegt tijdens de allereerste stadia van het universum. Het reist zo ver de toekomst in dat het 'crasht' in de 'muur' (laat het het einde zijn van de uitbreiding van het heelal, waar het deeltje niet langer kan 'bewegen' in entropie) en terug stuitert in de tijd, waar het 'crasht' in de oerknal, vanwaar ze vertrok aanvankelijk. Door dit proces keer op keer met een zeer hoge snelheid te herhalen, worden klonen van hetzelfde deeltje gecreëerd - in ons geval een elektron - en het zal lijken alsof er biljoenen deeltjes zijn en ze zijn overal.
John Archibald Wheeler.
Als dit te moeilijk is, laten we dan een ander gedachte-experiment proberen.
Als je op maandag op zondag terug in de tijd ging en naar huis terugkeerde, en dit proces dan de hele week herhaalde (tot vrijdag), zou je op dezelfde zondag eindigen met vijf exemplaren van jezelf! Stel je nu voor dat het elektron dit triljoenen keren doet, en "zondag" is het moderne tijdperk in het universum.
Het ging over dit concept van "positron" (antideeltje van een elektron) waarover Richard Feynman sprak. Even later paste theoretisch natuurkundige Yoichiro Nambu het toe op de hele generatie en vernietiging van deeltjes-antideeltjesparen in zijn artikel gepubliceerd in 1950, waarin hij stelde dat “de mogelijke creatie en vernietiging van paren die op een bepaald moment kunnen plaatsvinden, geen creatie en vernietiging is. niet vernietiging, maar alleen een verandering in de richting van bewegende deeltjes van het verleden naar de toekomst of van de toekomst naar het verleden."
Dit kan ook de reden zijn waarom het onmogelijk is om tegelijkertijd het momentum van het elektron en zijn positie te achterhalen (volgens het Heisenberg-onzekerheidsprincipe). Om te begrijpen waarom Wheeler op deze manier aan elektronen dacht, moeten we hun eigenschappen in overweging nemen.
Universum met één elektron
De quanta zijn niet zoals de "objecten" die iedereen kent. De kwantumwereld is over het algemeen vreemd, zei Richard Feynman er zelf over: "Ik denk dat ik gerust kan zeggen dat niemand de kwantummechanica begrijpt".
Elektronen hebben een dualiteit van golfdeeltjes. Dit betekent dat ze zich zowel als deeltjes als als golven kunnen gedragen, afhankelijk van de interactie. Om kwanta nauwkeuriger te conceptualiseren, zou de golftoestand moeten worden gezien als een waarschijnlijkheidsgebied, dat we schrijven in de vorm van een interferentiepatroon, en de toestand van een deeltje is de waarschijnlijkheid die ineenstortte tot één punt van interactie.
Interferentiepatroon in het experiment met twee spleten.
Volgens de General Relativity (GTR) zijn ruimte en tijd één, maar als het gaat om GTR met kwantummechanica, hebben theoretici en kosmologen problemen. Maar ze weten dat de oorsprong van het universum in het moderne kosmologische model de singulariteit is - een tijdloze toestand van de ruimte, en er is nog steeds geen volledig begrip van dit feit.
Het kan niet met zekerheid worden gezegd dat er een singulariteit was vóór de oerknal - die een tegenstrijdigheid zou creëren door het tijdloze in 'tijd' te plaatsen. Bovendien heeft het tijdloze geen tijdelijke relatie, het kan niet vóór of na iets bestaan. De algemene relativiteitstheorie zegt dat tijd en ruimte één weefsel zijn, wat betekent dat ruimte geen eigen aparte tijd kan hebben, en tijd geen eigen aparte ruimte.
Kwantums hebben overeenkomsten met de "singulariteit" van de oerknal: beide vertegenwoordigen tijdloze, ruimteloze energie. Omdat ze zowel tijdloos als extra-dimensionaal zijn, zijn ze onafscheidelijk, omdat het concept van scheiding bestaat in het ruimte-tijd continuüm.
Quantum relativiteit
Als kwanta en singulariteit onafscheidelijk zijn, dan zijn ze een en dezelfde. Dit brengt ons bij een ander belangrijk punt. De Singularity is miljarden jaren geleden niet verdwenen in een explosie. Quanta is een singulariteit die met zichzelf in wisselwerking staat. Dan blijkt letterlijk dat alles één is. Dit is kwantumrelativiteit.
Je vraagt je misschien af, hoe zit het met de zwaartekracht? De algemene relativiteitstheorie stelt dat zwaartekracht een geometrische eigenschap is van ruimte en tijd, en experimenteel bewijs toont aan dat ruimte en tijd bijproducten zijn van kwantumverstrengeling. Wetenschappers hebben onlangs ontdekt dat sommige geometrische modellen kunnen worden gebruikt om de berekeningen van kwantuminteracties en kwantumverstrengeling aanzienlijk te vereenvoudigen. Je hoeft niet ver te gaan om aan te nemen dat de geometrie die de zwaartekracht creëert eigenlijk een eigenschap is van kwantumgebieden van waarschijnlijkheid.
Kwantumverstrengeling in de visie van de kunstenaar.
Kwantumverstrengeling omzeilt de snelheidslimieten waarmee informatie kan worden verzonden. De interacties tussen verstrengelde deeltjes vinden onmiddellijk plaats, ongeacht hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn. Topologisch gezien maakt dit feit het mogelijk om aan te nemen dat er geen ruimte tussen is. Is tijd echt of is het slechts een illusie van waarneming gecreëerd door de waarnemer? Is ruimte zo illusoir als tijd?
De enige optie waarbij het elektron tegelijkertijd "hier" en "daar" zou kunnen zijn, is als de scheiding van verleden, heden en toekomst een illusie is. Als er een primair weefsel is waarop alles tegelijkertijd gebeurt, dan kan één elektron lijken op de draden in gebreide dingen met behulp waarvan het weefsel is geweven. Deze hypothese heeft natuurlijk zijn eigen ernstige problemen en vragen.
Kritiek en controverse
Ontbrekende antimaterie. In Wheelers universum zouden we evenveel positronen als elektronen moeten hebben, maar in werkelijkheid is dit niet het geval. Er zijn onmetelijk meer elektronen dan positronen. Volgens Feynman besprak hij deze kwestie met Wheeler en deze suggereerde dat de ontbrekende positronen verborgen zouden kunnen zijn in protonen (met behulp van positron capture).
Bovendien bestaat er zoiets als andere eigenschappen van elektronen. Deze deeltjes zijn onderhevig aan verval. In het geval van één elektron zou het aantal gereïncarneerde universums meer en meer toenemen en minder stabiel worden.
Resultaat
De theorie van een universum met één elektron klinkt intrigerend en interessant, maar het is onmogelijk om het te bewijzen. Aan de hierboven beschreven theoretische problemen kan men de vraag toevoegen waarom het aantal elektronen in het heelal eindig is en niet omgekeerd? Deze eenvoudige maar grafische voorbeelden doen twijfels rijzen over de hele hypothese.
Als de theorie echter correct is, wat kan dit dan nog meer voor ons betekenen? Misschien is elk ander deeltje - van protonen tot neutronen en zelfs exotische deeltjes zoals neutrino's - ook slechts één deeltje dat heen en weer reist in de tijd. Dit zou op zijn beurt betekenen dat we niet alleen uit dezelfde deeltjes bestaan, maar in feite bestaat ieder van ons uit één proton, één neutron en één elektron.
Feynman zelf nam, zoals hij toegaf, Wheelers idee nooit serieus, maar zij was het die hem het idee gaf dat een elektron en een positron met elkaar verbonden zijn. Gebaseerd op het feit dat deze deeltjes alleen in lading verschillen, bewees de wetenschapper dat als je een elektron terug langs de tijdas lanceert, het volledig identiek zal zijn aan een positron. Dit is natuurlijk niet waar, maar slechts een fysieke interpretatie van het fenomeen. 25 jaar nadat hij had gespeculeerd over het een-elektron-universum, ontving Feynman in 1965 de Nobelprijs voor de natuurkunde.
Misschien wel de belangrijkste les uit de theorie van het één-elektron-universum is dat hoe bizar en onmogelijk een idee ook mag lijken, je weet nooit waartoe het kan leiden tot je het onderzoekt.
Vladimir Guillen
