Fysica

Zou elk elektron in het heelal hetzelfde kunnen zijn?

Zou elk elektron in het heelal hetzelfde kunnen zijn?

U herinnert zich waarschijnlijk elektronen uit de wetenschapsklas. Het zijn stabiele subatomaire deeltjes met een negatieve elektrische lading. Ze worden in atomen aangetroffen en zijn de belangrijkste drager van elektriciteit in vaste materialen. Maar waar je waarschijnlijk nog nooit van hebt gehoord, is het idee dat elk elektron dat bestaat ... is eigenlijk exact hetzelfde elektron.

Deze theorie stelt dat elk elektron in het universum eigenlijk één deeltje is dat continu heen en weer reist door de tijd. Er komt veel ingewikkelde wiskunde bij kijken, maar het lost wel enkele van de grootste onbeantwoordbare vragen van de kwantumfysica op.

De theorie werd voor het eerst bedacht door John Archibald Wheeler, een theoretisch natuurkundige die werkte aan de waterstofbom in Los Alamos en later lesgaf in Princeton. Hij staat er vooral om bekend dat hij in de jaren veertig en vijftig de belangstelling voor de algemene relativiteitstheorie heeft doen herleven.

Zoals veel kwantumtheorieën, is het idee dat elk elektron hetzelfde elektron is, bekend als de One Electron Theory, meer een gedachte-experiment dan een theorie.

Dus laten we het opsplitsen.

Elektronen zien er allemaal hetzelfde uit

Een van de grootste redenen waarom Wheeler dit gedachte-experiment voorstelde, is dat elk elektron er precies hetzelfde uitziet. Ze hebben allemaal dezelfde massa en dezelfde elektrische lading.

Dit betekent uiteindelijk dat het helemaal onmogelijk is om elektronen van elkaar te onderscheiden. Het is dus niet verwonderlijk dat Wheeler het idee bedacht dat als alle elektronen er hetzelfde uitzien en hetzelfde handelen, ze misschien hetzelfde elektron zijn.

GERELATEERD: ARTSEN HEBBEN GEWOON ELEKTRONICA GEMAAKT DIE MET DE SNELHEID VAN LICHT AAN EN UITSCHAKELEN

Voorstellen dat het hele universum slechts één elektron bevat, lijkt misschien niet zo absurd, als we bedenken dat de enige verandering zou zijn in het idee van wat een elektron is. In de praktijk zou alles nog steeds hetzelfde functioneren.

Volgens de One Electron-theorie kan het elektron, net zoals een elektron in de ruimte kan stuiteren wanneer het met licht wordt geraakt, ook in de tijd achteruit kunnen kaatsen. Het gevolg hiervan is dat elektronen die achteruit in de tijd bewegen, positronen zijn, de antimateriecomponent van elektronen. Dus niet alleen zijn alle elektronen hetzelfde elektron, maar alle positronen zijn ook hetzelfde elektron dat achteruit beweegt.

Als professor gaf Wheeler les aan de inmiddels beroemde natuurkundige Richard Feynman, toen hij promovendus was. Feynman bracht Wheelers theorie op beroemde wijze ter sprake toen hij zijn Nobelprijs in 1965 accepteerde. Dit is wat Feynman zei:

Op een dag kreeg ik op de graduate college in Princeton een telefoontje van professor Wheeler, waarin hij zei: "Feynman, ik weet waarom alle elektronen dezelfde lading en dezelfde massa hebben." "Waarom?" "Omdat ze allemaal hetzelfde elektron zijn!" En toen legde hij uit aan de telefoon: 'Stel dat de wereldlijnen die we gewoonlijk eerder in tijd en ruimte beschouwden - in plaats van alleen omhoog te gaan in de tijd een geweldige knoop waren, en dan, als we de knoop doorhakken, door de vlak dat overeenkomt met een vaste tijd, zouden we vele, vele wereldlijnen zien en dat zou vele elektronen vertegenwoordigen, behalve één ding.Als dit in één sectie een gewone elektronenwereldlijn is, in de sectie waarin hij zichzelf omkeerde en terug van de toekomst hebben we het verkeerde teken naar de juiste tijd - naar de juiste vier snelheden - en dat is gelijk aan het veranderen van het teken van de lading, en daarom zou dat deel van een pad als een positron werken. "

Voor veel natuurkundigen leek wat Wheeler voorstelde echt niet zo absurd. Natuurkundigen werkten al met het idee van elektronen en positronen. Wheeler stelde zojuist een manier voor om alle bestaande elektronen tegelijkertijd met elkaar te verbinden als een manier om uit te leggen waarom niemand het verschil tussen hen kon zien.

Hoe zou deze theorie er eigenlijk uitzien?

Er wordt geschat dat er ongeveer 10 tot de kracht van 80 atomen in het universum zijn. Als we het feit negeren dat veel atomen meer dan één elektron hebben, kunnen we het aantal elektronen in het universum vereenvoudigen van ongeveer 10 tot de macht van 80.

Hoewel elektronen voor theoretische doeleinden als stabiel worden behandeld, wordt de experimentele ondergrens voor de gemiddelde levensduur van het elektron vaak gegeven als 6,6 x 1028 jaren. Hiermee kunnen we een idee krijgen van hoe deze theorie zich werkelijk afspeelt.

De theorie en deze cijfers impliceren dat het enige bestaande elektron door het universum heeft gereisd 1080 keer, elke keer 460 septiljoen jaar. We kunnen deze getallen verdubbelen voor elke keer dat het elektron terug in de tijd moest gaan, wat overeenkomt met het ene elektron in de One Electron Theory dat 10 is105 jaar oud.

De gegevensfout in de theorie

Dit is allemaal nogal interessant om te overwegen, maar er zit een probleem aan de basis van dit gedachte-experiment.

Als een enkel elektron door de tijd reist als een elektron en achteruit door de tijd als een positron, zou dat betekenen dat er op een bepaald puntzou moetenhetzelfde aantal positronen zijn als er elektronen zijn.

GERELATEERD: NIEUWE STUDIE ONTDEKT MILJARDEN VERWARDE ELEKTRONEN IN EEN METAAL

We weten dat dit niet waar is, en aangezien dat het geval is, kunnen we met een sterk vertrouwen afleiden dat de One Electron Theory niet standhoudt.

Het is waarschijnlijk dat Wheeler wist dat dit al die tijd het geval was. In zijn memoires schrijft hij:

"Ik wist natuurlijk dat er, in ieder geval in onze hoek van het universum, veel meer elektronen zijn dan positronen, maar ik vond het nog steeds een opwindend idee om te denken aan banen in de ruimtetijd die onbeperkt in elke richting zouden kunnen gaan - vooruit in tijd, achteruit in de tijd, omhoog, omlaag, naar links of naar rechts. "

Wheeler was er vrijwel zeker van dat zijn gedachte-experiment geen weerspiegeling was van de werkelijke kwantumrealiteit, maar hij merkte wel op dat het idee dat er niet hetzelfde aantal positronen is als elektronen alleen waar is voor ons waarneembare universum. Het is mogelijk dat dit niet het geval is voor de som van het universum.

Aan het eind van de dag is de One Electron Theory een nogal interessant gedachte-experiment om over na te denken, zelfs als natuurkunde niet jouw probleem is. Te denken dat het theoretisch mogelijk is, hoewel hoogst onwaarschijnlijk, dat een deeltje dat overal in het universum bestaat, in feite hetzelfde deeltje is, reist door de tijd - nou, dat is best gaaf.


Bekijk de video: Universe Size Comparison 3D (Augustus 2021).