1940 sprachen zwei berühmte theoretische Physiker über das Elektron und seine Eigenschaften, und so kamen sie auf die Idee, dass alle Elektronen ein und dasselbe Elektron sind.
Die Physiker John Wheeler und Richard Feynman hatten eine eher unkonventionelle Sicht auf die Realität. Zum Beispiel theoretisierten sie, dass es im gesamten Universum nur ein Elektron gibt, das sich abwechselnd an allen Punkten im Raum befindet - vom Urknall bis zum Ende von allem (sei es der Big Rip, die Big Compression, der Hitzetod oder etwas anderes). Mit anderen Worten, wir sprechen über die Tatsache, dass 10 ^ 80 Elektronen, mit denen wir uns zu jedem Zeitpunkt befassen, dasselbe Elektron sind. Ein Elektron durchdringt jedes Atom und Molekül, unabhängig von Raum und Zeit.
Die Theorie eines Einelektronenuniversums, die John Wheeler während eines Telefongesprächs mit Richard Feynman vorgeschlagen hat, geht davon aus, dass alle Elektronen und Positronen tatsächlich Manifestationen eines einzelnen Objekts sind, das sich in der Zeit hin und her bewegt.
Wheeler wurde zu dem Schluss gebracht, dass ein Positron ein Elektron ist, das sich durch Quantenverschränkung zeitlich rückwärts bewegt. Feynman drückte die gleiche Hypothese später in seinem Artikel The Theory of Positrons von 1949 in Harvard aus.
Richard Feynman.
Die Idee basiert auf Weltlinien, die von jedem Elektron durch die Raumzeit verfolgt werden. Wheeler schlug vor, dass statt unzähliger solcher Linien alle Teil einer einzelnen Linie sein könnten, die von einem Elektron gezogen wird, wie ein riesiger Knoten. Jeder Moment der Zeit ist ein Teil der Raumzeit und schneidet sich viele Male mit der Weltlinie, die in einem Knoten verbunden ist. An den Schnittpunkten wird die Hälfte der Linien zeitlich vorwärts und die Hälfte rückwärts gerichtet. Wheeler schlug vor, dass diese umgekehrten Abschnitte das Antiteilchen des Elektrons, das Positron, darstellen.
Angriff der Klone
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Quanten existieren außerhalb der Raumzeit und nehmen keine dreidimensionalen Positionen ein. Man kann sogar sagen (aber mit großer Sorgfalt), dass Raum und Zeit selbst durch die Wechselwirkungen von Quanten erzeugt werden, nämlich durch Quantenverschränkung, was experimentell bestätigt wurde. Darüber hinaus kann Zeit in einem "verwirrten" Universum nur eine Illusion sein. Und das bringt uns zu einer weiteren wichtigen Frage: Was bedeutet die Verschränkung aller Teilchen? Was bedeutet Existenz außerhalb von Raum und Zeit für ein Elektron?
Stellen Sie sich ein Teilchen vor, das sich in den frühen Stadien des Universums unglaublich schnell in der Zeit bewegt. Es reist so weit in die Zukunft, dass es gegen die „Wand“„kracht“(es sei das Ende der Expansion des Universums, wo sich das Teilchen in der Entropie nicht mehr „bewegen“kann) und in der Zeit zurückprallt, wo es von dort aus in den Urknall „kracht“sie startete zunächst. Wenn Sie diesen Vorgang immer wieder mit sehr hoher Geschwindigkeit wiederholen, entstehen Klone desselben Partikels - in unserem Fall eines Elektrons - und es sieht so aus, als gäbe es Billionen von Partikeln, und sie sind überall.
John Archibald Wheeler.
Wenn dies zu schwierig ist, versuchen wir es mit einem anderen Gedankenexperiment.
Wenn Sie am Montag in der Zeit zurückgingen und nach Hause zurückkehrten und diesen Vorgang dann die ganze Woche (bis Freitag) wiederholten, würden Sie am selben Sonntag fünf Exemplare von sich haben! Stellen Sie sich nun vor, dass das Elektron dies Billionen Mal tut und "Sonntag" die moderne Ära im Universum ist.
Es ging um dieses Konzept von "Positron" (Antiteilchen eines Elektrons), über das Richard Feynman sprach. Wenig später wandte der theoretische Physiker Yoichiro Nambu in seinem 1950 veröffentlichten Artikel auf die gesamte Erzeugung und Vernichtung von Teilchen-Antiteilchen-Paaren an und erklärte: „Die mögliche Erzeugung und Vernichtung von Paaren, die zu einem bestimmten Zeitpunkt auftreten kann, ist keine Schöpfung und keine Vernichtung, sondern nur eine Richtungsänderung der Teilchen von der Vergangenheit in die Zukunft oder von der Zukunft in die Vergangenheit."
Dies kann auch der Grund sein, warum es unmöglich ist, gleichzeitig den Impuls des Elektrons und seine Position herauszufinden (nach dem Heisenbergschen Unsicherheitsprinzip). Um zu verstehen, warum Wheeler Elektronen auf diese Weise dachte, müssen wir ihre Eigenschaften berücksichtigen.
Einelektronenuniversum
Die Quanten sind nicht wie die "Objekte", die jedem bekannt sind. Die Quantenwelt ist im Allgemeinen seltsam, sagte Richard Feynman selbst dazu: „Ich glaube, ich kann mit Sicherheit sagen, dass niemand die Quantenmechanik versteht.“
Elektronen haben eine Welle-Teilchen-Dualität. Dies bedeutet, dass sie sich je nach Wechselwirkung sowohl als Partikel als auch als Wellen verhalten können. Um Quanten genauer zu konzipieren, sollte der Wellenzustand als ein Wahrscheinlichkeitsbereich betrachtet werden, den wir in Form eines Interferenzmusters schreiben, und der Zustand eines Teilchens ist genau die Wahrscheinlichkeit, die zu einem Wechselwirkungspunkt zusammengebrochen ist.
Interferenzmuster im Experiment mit zwei Schlitzen.
Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie (GTR) sind Raum und Zeit eins, aber wenn es um GTR mit Quantenmechanik geht, haben Theoretiker und Kosmologen Probleme. Aber sie wissen, dass der Ursprung des Universums im modernen kosmologischen Modell die Singularität ist - ein zeitloser Zustand des Raums, und es gibt immer noch kein vollständiges Verständnis dieser Tatsache.
Es kann nicht mit Sicherheit gesagt werden, dass es vor dem Urknall eine Singularität gab - das würde einen Widerspruch schaffen, indem das Zeitlose in "Zeit" gesetzt wird. Darüber hinaus hat das Zeitlose keine vorübergehende Beziehung, es kann nicht vor oder nach etwas existieren. Die allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass Zeit und Raum ein Stoff sind, was bedeutet, dass Raum keine eigene Zeit haben kann und Zeit keinen eigenen Raum haben kann.
Quanten haben einige Ähnlichkeiten mit der "Singularität" des Urknalls: Beide repräsentieren zeitlose, raumlose Energie. Da sie sowohl zeitlos als auch extradimensional sind, sind sie untrennbar miteinander verbunden, da das Konzept der Trennung im Raum-Zeit-Kontinuum existiert.
Quantenrelativität
Wenn Quanten und Singularität untrennbar miteinander verbunden sind, sind sie ein und dasselbe. Dies bringt uns zu einem weiteren wichtigen Punkt. Die Singularität ist vor Milliarden von Jahren bei einer Explosion nicht verschwunden. Quanta ist eine Singularität, die mit sich selbst interagiert. Dann stellt sich buchstäblich heraus, dass alles eins ist. Das ist Quantenrelativität.
Sie könnten fragen, was ist mit der Schwerkraft? Die allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass die Schwerkraft eine geometrische Eigenschaft von Raum und Zeit ist, und experimentelle Beweise legen nahe, dass Raum und Zeit Nebenprodukte der Quantenverschränkung sind. Wissenschaftler haben kürzlich entdeckt, dass einige geometrische Modelle verwendet werden können, um die Berechnungen von Quantenwechselwirkungen und Quantenverschränkungen erheblich zu vereinfachen. Sie müssen nicht weit gehen, um anzunehmen, dass die Geometrie, die die Schwerkraft erzeugt, tatsächlich eine Eigenschaft von Quantenbereichen der Wahrscheinlichkeit ist.
Quantenverschränkung aus Sicht des Künstlers.
Die Quantenverschränkung umgeht die Geschwindigkeitsbegrenzungen, mit denen Informationen übertragen werden können. Die Wechselwirkungen zwischen verschränkten Partikeln treten sofort auf, unabhängig davon, wie weit sie voneinander entfernt sind. Topologisch lässt sich aufgrund dieser Tatsache davon ausgehen, dass zwischen ihnen kein Raum ist. Ist die Zeit real oder ist sie nur eine vom Betrachter erzeugte Illusion der Wahrnehmung? Ist Raum so illusorisch wie Zeit?
Die einzige Möglichkeit, bei der das Elektron gleichzeitig "hier" und "dort" sein könnte, besteht darin, dass die Trennung von Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft illusorisch ist. Wenn es einen Primärstoff gibt, auf dem alles gleichzeitig passiert, kann ein Elektron den Fäden in Strickwaren ähneln, mit deren Hilfe der Stoff gewebt wird. Diese Hypothese hat jedoch natürlich ihre eigenen schwerwiegenden Probleme und Fragen.
Kritik und Kontroverse
Fehlende Antimaterie. In Wheelers Universum sollten wir eine gleiche Anzahl von Positronen und Elektronen haben, aber in Wirklichkeit ist dies nicht der Fall. Es gibt unermesslich mehr Elektronen als Positronen. Laut Feynman diskutierte er dieses Problem mit Wheeler und dieser schlug vor, dass die fehlenden Positronen in Protonen versteckt werden könnten (unter Verwendung von Positroneneinfang).
Außerdem gibt es so etwas wie andere Eigenschaften von Elektronen. Diese Partikel unterliegen dem Zerfall. Im Fall eines Elektrons würde die Anzahl der wiedergeborenen Universen immer mehr zunehmen und weniger stabil werden.
Ergebnis
Die Theorie eines Einelektronenuniversums klingt faszinierend und interessant, aber es ist unmöglich, sie zu beweisen. Zu den oben beschriebenen theoretischen Problemen kann man die Frage hinzufügen, warum die Anzahl der Elektronen im Universum endlich ist und nicht umgekehrt. Diese einfachen, aber anschaulichen Beispiele werfen Zweifel an der gesamten Hypothese auf.
Wenn die Theorie jedoch richtig ist, was könnte sie dann noch für uns bedeuten? Vielleicht ist jedes andere Teilchen - von Protonen über Neutronen bis hin zu exotischen Teilchen wie Neutrinos - nur ein Teilchen, das sich in der Zeit hin und her bewegt. Dies würde wiederum bedeuten, dass wir nicht nur aus denselben Teilchen bestehen, sondern dass jeder von uns tatsächlich aus einem Proton, einem Neutron und einem Elektron besteht.
Feynman selbst nahm, wie er zugab, Wheelers Idee nie ernst, aber sie war es, die ihm die Idee gab, dass ein Elektron und ein Positron verbunden sind. Aufgrund der Tatsache, dass sich diese Teilchen nur in der Ladung unterscheiden, hat der Wissenschaftler bewiesen, dass ein Elektron, das entlang der Zeitachse zurückgeschossen wird, vollständig mit einem Positron identisch ist. Dies ist natürlich nicht wahr, sondern nur eine physikalische Interpretation des Phänomens. 25 Jahre nach Spekulationen über das Einelektronenuniversum erhielt Feynman 1965 den Nobelpreis für Physik.
Die vielleicht wichtigste Lehre aus der Theorie des Ein-Elektronen-Universums ist, dass man, egal wie bizarr und unmöglich eine Idee erscheint, nie weiß, wozu sie führen könnte, bis man sie erforscht.
Vladimir Guillen
