假如宇宙中所有的电子仅是同一个电子或是只有一个电子的存在

发布时间：2023-01-31 13:23 所属栏目：16 来源：互联网

导读：伴随着我们对微观量子世界的了解，可以发现一个神奇的现象几乎所有的电子都是一样的，这也是量子力学中最具代表性的奇怪问题之一。所有电子都具有相同的质量、电荷数、自旋。我们不仅无法根据电子的物理性质来区分它们，而且目前是肯定没有任何其他办法区

　　伴随着我们对微观量子世界的了解，可以发现一个神奇的现象几乎所有的电子都是一样的，这也是量子力学中最具代表性的奇怪问题之一。

　　所有电子都具有相同的质量、电荷数、自旋。

　　我们不仅无法根据电子的物理性质来区分它们，而且目前是肯定没有任何其他办法区分它们，但这一切的研究停滞不前后有人提出了一个神奇的话题“单电子宇宙假说”，认为宇宙中所有的电子实际上都是同一个电子在时空中运动的结果。

　　提出这个独特想法的人就是约翰·惠勒。就在1940年的一天，他给正在普林斯顿研究院的理查德·费曼通电话聊到电子时，约翰·惠勒称他已经了解为什么所有的电子都有相同的电荷与质量，理查德·费曼顿时感到十分惊讶！

　　因为所有的电子其实就是同一个电子。理查德·费曼被这个离经叛道的疯狂想法所震撼到，这个想法的实质基于在电子世界线中的时空轨迹。

　　爱因斯坦在相对论中是将时间、空间合成为四维时空，而粒子在四维时空中的运动轨迹称为世界线，而世界线是在物理学中物体穿越四维时空唯一的路径。

　　我们在时间和空间组成的二维时空图中以纵坐标来代表时间轴，横坐标为空间轴，物体在时空图上的连续轨迹即为世界线。相对静止的物体世界线是一个平行于时间轴的直线，匀速运动的物体在世界线中是一条斜线，而变速运动的物体在世界线中就是一条曲线。对于我们来说，时间是不可能逆转的，所以在任何物体的世界线中只能随着时间流逝的方向移动。

　　约翰·惠勒认为，电子在世界线中的运行方向在时间中既能纵向前移，也能纵向向后移动，电子在世界线中就像十字路口很有规律地自行交错。如果这时能够截取到宇宙时间线中的某一个时间线，电子的50%一般都会向世界线中的未来前行，当然另外50%的电子会在时间线中向过去的时间行进，这点已经在部分科幻电影中体现了出来。

　　这样以我们的时间线看来，同一个电子就会在同一个时间线中出现多次，也就是说这个电子循环存在于整个宇宙时间线的任意时刻，让我们直观地去看，似乎整个宇宙内都是充满着电子。

　　若用通俗易懂的说法就是，之所以我们看到的所有电子都是相同的，正是因为它们实际上都是同一个电子，这个电子在时空中来回穿梭，参与了整个宇宙内的所有的事件，理化学过程以及所有物质的形成，似乎把整个宇宙连接了起来。

　　也就是说，宇宙中只有唯一一个电子，这就是单电子宇宙理论的核心思想，假如宇宙中所有的电子有十的八十次方，这就意味着这个电子在时空中穿梭往返时的八十次方次，它就能在同一时刻参与整个宇宙中的所有事件。这也就是为什么我们会看到宇宙中有无数电子的原因。

　　为了猜测这一点的真实性，如果电子正处于从过去穿梭到未来的路径中，那么它表现出来的就是普通的带负电的电子，而如果是从未来到过去的路径中，那么它就会表现为带正电的电子（称为正电子）。

　　因为当电子在时空中逆时针运动时，电子的电荷和宇宙都会发生反转，也就变成了电子的反物质。因此，从这个意义上去理解反物质的本质就是时间逆转的正物质。约翰·惠勒的猜测触及了粒子物理学中最基本概念，这也是最奇怪的一点。在微观量子世界，时间的流逝方向似乎并不重要。

　　理查德·费曼由此受到了启发，建立了路径积分方程中反物质的表示以及量子力学的时空诠释，他因此获得了1965年的诺贝尔物理学奖。根据海森堡不确定性原理推测，在真空中不断地有成对的正反粒子凭空诞生，又会在极短的时间内湮灭，这种现象被称为量子掌握。

　　单电子宇宙理论可对此类正反物质的创生与湮灭做出解释。反物质粒子从未来向过去行进时正在改变方向之前，无论是正物质还是反物质都是不存在的，而在它改变方向的那一刻，正反物质便会同时产生。因此，就如一艘从过去飞向未来的飞船它的前进方向在我们看来，这一对正反物质仅是凭空产生的，这个现象就是创生，而湮灭正好与创生相反，就是物质从过去向未来前进时，在改变方向之前，正反物质是同时存在的。反而时间方向改变后，我们就什么也看不到了，这种现象就是所谓的湮灭。

　　但是单电子宇宙理论存在着一个重大的缺陷，因为根据这个理论，电子在时间的两个方向上穿越宇宙的整个过去和未来，在无数次循环往返的过程中，每一个电子，都有一个对应的正电子，这意味着宇宙中的电子和正电子应该是等量的。但这很明显不符合实际，无论是在理论中还是实际观测中，电子都是远远多于正电子的。而惠勒给出的解释是，没有被观测到的正电子隐藏在了质子中。

　　不过约翰·惠勒的这种说法只是一种猜想，并没有理论或者实践的验证。在量子力学中，把同一类具有完全相同类型属性的粒子称为全同粒子，除了电子、光子这样的基本粒子之外，包括中子、质子这样的复合粒子也属于无法区分的全同粒子的。如果单电子宇宙的假设成立的话，那就意味着宇宙中只有一个电子、一个光子，甚至是只有一个质子、一个中子，它们在无限的循环中变化，宇宙的每一片空间，以及从宇宙诞生到宇宙终结的每一个时间点，组成了宇宙中的万物也包括我们。

（编辑：ASP站长网）