Fysikk

Kan hvert elektron i universet være det samme?

Kan hvert elektron i universet være det samme?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Du husker sannsynligvis elektroner fra vitenskapsklassen. De er stabile subatomære partikler som har en negativ elektrisk ladning. De finnes i atomer og er den primære bæreren av elektrisitet i faste materialer. Men det du sannsynligvis ikke har hørt om, er ideen om at hvert eneste elektron som eksisterer ... er faktisk nøyaktig samme elektron.

Denne teorien sier at hvert elektron i universet faktisk er en partikkel som kontinuerlig beveger seg bakover og fremover gjennom tiden. Det er mye komplisert matematikk involvert, men det løser noen av kvantefysikkens største ubesvarbare spørsmål.

Teorien ble først tenkt ut av John Archibald Wheeler, en teoretisk fysiker som jobbet med hydrogenbomben i Los Alamos og senere underviste i Princeton. Han er i stor grad kjent for å gjenopplive interessen for generell relativitet på 1940- og 1950-tallet.

Som mange kvanteteorier, er ideen om at hvert elektron er det samme elektronet, kjent som One Electron Theory, mer et tankeeksperiment enn en teori.

Så la oss bryte det ned.

Elektroner ser alle like ut

En av de største grunnene til at dette tankeeksperimentet ble foreslått av Wheeler, er at hvert elektron ser nøyaktig ut. De har alle samme masse og samme elektriske ladning.

Dette betyr til slutt at det er umulig å skille elektroner fra hverandre i det hele tatt. Så det er ikke overraskende at Wheeler tenkte ut ideen om at hvis alle elektroner ser like ut og virker like, er de kanskje det samme elektronet.

RELATERTE: FYSIKERE LAGT BARE ELEKTRONIKK SOM SLÅR AV OG AV I LYSHASTIGHETEN

Å foreslå at hele universet bare inneholder ett elektron, virker kanskje ikke så absurd, når vi vurderer at den eneste endringen ville være ideen om hva et elektron er. I praksis ville alt fortsatt fungere likt.

Ifølge One Electron-teorien, på samme måte som et elektron kan sprettes rundt i rommet når det blir truffet med lys, kan elektronet også være i stand til å sprette bakover i tid. Konsekvensen av dette er at elektroner som beveger seg bakover i tid, er positroner, den antimateriale komponenten til elektronene. Så ikke bare er alle elektroner det samme elektronet, men alle positroner er også det samme elektronet som beveger seg bakover.

Som professor underviste Wheeler den nå berømte fysikeren Richard Feynman, da han var doktorgradsstudent. Feynman tok berømt opp Wheelers teori da han aksepterte Nobelprisen i 1965. Her er hva Feynman sa:

Jeg mottok en telefonsamtale en gang på forskerskolen i Princeton fra professor Wheeler, der han sa: "Feynman, jeg vet hvorfor alle elektroner har samme ladning og samme masse." "Hvorfor?" "Fordi, de er alle det samme elektronet!" Og så forklarte han på telefon, "antar at verdenslinjene som vi vanligvis vurderte før i tid og rom - i stedet for bare å gå opp i tid var en enorm knute, og så, når vi kuttet gjennom knuten, ved plan som tilsvarer en fast tid, ville vi se mange, mange verdenslinjer, og det ville representere mange elektroner, bortsett fra én ting. Hvis dette i en seksjon er en vanlig elektronverdenlinje, i seksjonen der den snur tilbake fra fremtiden har vi feil tegn til riktig tid - til riktige fire hastigheter - og det tilsvarer å endre ladetegnet, og derfor vil den delen av en sti fungere som en positron. "

For mange fysikere virket det som Wheeler foreslo egentlig ikke så absurd. Fysikere jobbet allerede med ideen om elektroner og positroner, Wheeler foreslo bare en måte å koble sammen hver eneste eksistens samtidig som en måte å forklare hvorfor ingen kunne se forskjellen mellom dem.

Hvordan ville denne teorien egentlig se ut?

Det anslås at det er omtrent 10 til 80 atomers styrke i universet. Hvis vi ignorerer det faktum at mange atomer har mer enn ett elektron, kan vi forenkle antall elektroner i universet til rundt 10 til kraften 80.

Selv om elektroner behandles som stabile for teoretiske formål, blir den eksperimentelle nedre grensen for elektronens gjennomsnittlige levetid ofte gitt som 6,6 × 1028 år. Ved å bruke dette kan vi få en ide om hvordan denne teorien faktisk spiller ut.

Teorien og disse tallene antyder at den ene elektronen som eksisterer har reist gjennom universet 1080 ganger, hver gang tar 460 septillion år. Vi kan doble disse tallene for hver gang elektronet måtte gå tilbake i tid, noe som tilsvarer at elektronet i One Electron Theory er 10105 år gammel.

Datafeilen i teorien

Alt dette er ganske interessant å vurdere, men det er et problem i roten til dette tankeeksperimentet.

Hvis et enkelt elektron beveger seg fremover gjennom tiden som et elektron og bakover som et positron, vil det bety at det på et gitt punkt derbørvære samme antall positroner som det er elektroner.

RELATERTE: NYE STUDIE OPPDAGER MILJARDER AV FORRANGEDE ELEKTRONER I ET METALL

Vi vet at dette ikke er sant, og siden det er tilfelle, kan vi med sterk tillit utlede at One Electron Theory ikke kan holde.

Det er sannsynlig at Wheeler visste at dette var tilfelle hele tiden. I sin memoar skriver han:

"Jeg visste selvfølgelig at det i det minste i vårt hjørne av universet er mange flere elektroner enn positroner, men jeg fant det fortsatt en spennende idé å tenke på baner i romtiden som kunne gå ubegrenset i noen retning - fremover i tid, bakover i tid, opp, ned, venstre eller høyre. "

Wheeler var nesten sikker på at hans tankeeksperiment ikke var en refleksjon av den faktiske kvantevirkeligheten, men han la merke til at ideen om at det ikke er like mange positroner som elektroner bare gjelder for vårt observerbare univers. Det er mulig at det ikke er tilfelle for summen av universet.

På slutten av dagen er One Electron Theory et ganske interessant tankeeksperiment å tenke på, selv om fysikk ikke er ditt syltetøy. Å tenke at det er teoretisk mulig, selv om det er svært lite sannsynlig, at en partikkel som eksisterer overalt i hele universet faktisk er den samme partikkelen, som beveger seg gjennom tiden - vel, det er ganske kult.


Se videoen: Pilot Wave Theory and Quantum Realism. Space Time. PBS Digital Studios (August 2022).