La physique

Tous les électrons de l'univers pourraient-ils être les mêmes?

Tous les électrons de l'univers pourraient-ils être les mêmes?

Vous vous souvenez probablement des électrons des cours de sciences. Ce sont des particules subatomiques stables qui ont une charge électrique négative. Ils se trouvent dans les atomes et sont le principal vecteur d'électricité dans les matériaux solides. Mais, ce dont vous n'avez probablement pas entendu parler, c'est l'idée que chaque électron existant ... est en fait exactement le même électron.

Cette théorie affirme que chaque électron de l'univers est en fait une particule qui se déplace continuellement en arrière et en avant dans le temps. Il y a beaucoup de mathématiques compliquées impliquées, mais cela résout certaines des plus grandes questions de physique quantique sans réponse.

La théorie a été conçue pour la première fois par John Archibald Wheeler, un physicien théoricien qui a travaillé sur la bombe à hydrogène à Los Alamos et a ensuite enseigné à Princeton. Il est largement connu pour avoir ravivé l'intérêt pour la relativité générale dans les années 1940 et 1950.

Comme beaucoup de théories quantiques, l'idée que chaque électron est le même électron, connue sous le nom de théorie à un électron, est plus une expérience de pensée qu'une théorie.

Alors décomposons-le.

Les électrons se ressemblent tous

L'une des principales raisons pour lesquelles cette expérience de pensée a été proposée par Wheeler est que chaque électron a exactement la même apparence. Ils ont tous la même masse et la même charge électrique.

Cela signifie finalement qu'il est impossible de distinguer les électrons du tout. Il n'est donc pas surprenant que Wheeler ait pensé que si tous les électrons se ressemblent et agissent de la même manière, alors peut-être qu'ils sont le même électron.

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Proposer que l'univers entier ne contienne qu'un seul électron peut ne pas sembler si absurde, quand on considère que le seul changement serait dans l'idée de ce qu'est un électron. En pratique, tout fonctionnerait toujours de la même manière.

Selon la théorie du One Electron, de la même manière qu'un électron peut rebondir dans l'espace lorsqu'il est frappé par la lumière, l'électron pourrait également être capable de rebondir en arrière dans le temps. La conséquence en est que les électrons se déplaçant en arrière dans le temps sont des positrons, la composante antimatière des électrons. Ainsi, non seulement tous les électrons sont le même électron, mais tous les positrons sont également le même électron se déplaçant vers l'arrière.

En tant que professeur, Wheeler a enseigné au désormais célèbre physicien Richard Feynman, alors qu'il était doctorant. Feynman a évoqué la théorie de Wheeler lorsqu'il a accepté son prix Nobel en 1965. Voici ce que Feynman a dit:

J'ai reçu un jour un coup de téléphone au collège de Princeton du professeur Wheeler, dans lequel il m'a dit: "Feynman, je sais pourquoi tous les électrons ont la même charge et la même masse." "Pourquoi?" "Parce que ce sont tous le même électron!" Et, puis il a expliqué au téléphone, "supposons que les lignes du monde que nous considérions habituellement auparavant dans le temps et dans l'espace - au lieu de ne remonter que dans le temps étaient un nœud énorme, et ensuite, quand nous avons coupé à travers le nœud, par le plan correspondant à un temps fixe, nous verrions beaucoup, beaucoup de lignes du monde et cela représenterait beaucoup d'électrons, sauf pour une chose. Si dans une section c'est une ligne ordinaire du monde d'électrons, dans la section dans laquelle de retour du futur, nous avons le mauvais signe au bon moment - aux quatre vitesses appropriées - et cela équivaut à changer le signe de la charge, et, par conséquent, cette partie d'un chemin agirait comme un positron. "

Pour de nombreux physiciens, ce que Wheeler proposait ne semblait vraiment pas aussi absurde. Les physiciens travaillaient déjà avec l'idée d'électrons et de positrons, Wheeler vient de proposer un moyen de connecter chacun d'entre eux simultanément afin d'expliquer pourquoi personne ne pouvait faire la différence entre eux.

À quoi ressemblerait cette théorie?

On estime qu'il y a environ 10 à la puissance de 80 atomes dans l'univers. Si nous ignorons le fait que de nombreux atomes ont plus d'un électron, nous pouvons simplifier le nombre d'électrons dans l'univers d'environ 10 à la puissance 80.

Bien que les électrons soient traités comme stables à des fins théoriques, la limite inférieure expérimentale de la durée de vie moyenne de l'électron est souvent donnée à 6,6 × 1028 ans. En utilisant cela, nous pouvons avoir une idée de la façon dont cette théorie se déroule réellement.

La théorie et ces nombres impliquent que le seul électron existant a voyagé à travers l'univers 1080 fois, prenant à chaque fois 460 septillions d'années. Nous pouvons doubler ces nombres pour chaque fois que l'électron a dû remonter dans le temps, ce qui équivaut à un électron dans la théorie d'un électron étant 10105 ans.

La faille des données dans la théorie

Tout cela est plutôt intéressant à considérer, mais il y a un problème à la racine de cette expérience de pensée.

Si un seul électron se déplace dans le temps en tant qu'électron et en arrière en tant que positron, cela signifierait qu'à un moment donné, ildevraitêtre le même nombre de positrons qu'il y a d'électrons.

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Nous savons que ce n'est pas vrai, et puisque c'est le cas, nous pouvons en déduire avec une grande confiance que la théorie de l'électron unique ne peut pas tenir.

Il est probable que Wheeler savait que c'était le cas depuis le début. Dans ses mémoires, il écrit:

"Je savais, bien sûr, que, au moins dans notre coin de l'univers, il y avait beaucoup plus d'électrons que de positrons, mais je trouvais toujours une idée excitante de penser à des trajectoires dans l'espace-temps qui pourraient aller sans restriction dans n'importe quelle direction - en avant dans dans le temps, en arrière dans le temps, en haut, en bas, à gauche ou à droite. "

Wheeler était presque certain que son expérience de pensée ne reflétait pas la réalité quantique réelle, mais il a noté que l'idée qu'il n'y a pas le même nombre de positrons que d'électrons n'est vraie que pour notre univers observable. Il est possible que ce ne soit pas le cas pour la somme totale de l'univers.

En fin de compte, la théorie à un électron est une expérience de pensée plutôt intéressante à méditer, même si la physique n'est pas votre confiture. Penser qu'il est théoriquement possible, bien que hautement improbable, qu'une particule qui existe partout dans l'univers soit en fait la même particule, voyageant dans le temps - eh bien, c'est plutôt cool.


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