随同着我们对微观量子世界的了解,能够发现一个神奇的现象简直一切的电子都是一样的,这也是量子力学中最具代表性的奇特问题之一。 一切电子都具有相同的质量、电荷数、自旋。 我们不只无法依据电子的物理性质来分辨它们,而且目前是肯定没有任何其他措施分辨它们,但这一切的研讨停滞不前后有人提出了一个神奇的话题“单电子宇宙假说”,以为宇宙中一切的电子实践上都是同一个电子在时空中运动的结果。 提出这个共同想法的人就是约翰·惠勒。就在1940年的一天,他给正在普林斯顿研讨院的理查德·费曼通电话聊到电子时,约翰·惠勒称他曾经了解为什么一切的电子都有相同的电荷与质量,理查德·费曼顿时感到十分诧异! 由于一切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猖獗想法所震动到,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独一的途径。 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。关于我们来说,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·惠勒以为,电子在世界线中的运转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。假如这时能够截取到宇宙时间线中的某一个时间线,电子的50%普通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,这点曾经在部分科幻电影中表示了出来。 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呈现多次,也就是说这个电子循环存在于整个宇宙时间线的恣意时辰,让我们直观地去看,似乎整个宇宙内都是充溢着电子。 若用浅显易懂的说法就是,之所以我们看到的一切电子都是相同的,正是由于它们实践上都是同一个电子,这个电子在时空中来回穿越,参与了整个宇宙内的一切的事情,理化学过程以及一切物质的构成,似乎把整个宇宙衔接了起来。 也就是说,宇宙中只需唯逐一个电子,这就是单电子宇宙理论的中心机想,假定宇宙中一切的电子有十的八十次方,这就意味着这个电子在时空中穿越往复时的八十次方次,它就能在同一时辰参与整个宇宙中的一切事情。这也就是为什么我们会看到宇宙中有无数电子的缘由。 为了猜测这一点的真实性,假如电子正处于从过去穿越到未来的途径中,那么它表示出来的就是普通的带负电的电子,而假如是从未来到过去的途径中,那么它就会表示为带正电的电子(称为正电子)。 由于当电子在时空中逆时针运动时,电子的电荷和宇宙都会发作反转,也就变成了电子的反物质。因而,从这个意义上去了解反物质的实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,这也是最奇特的一点。在微观量子世界,时间的流逝方向似乎并不重要。 理查德·费曼由此遭到了启示,树立了途径积分方程中反物质的表示以及量子力学的时空诠释,他因而取得了1965年的诺贝尔物理学奖。依据海森堡不肯定性原理推测,在真空中不时地有成对的正反粒子凭空降生,又会在极短的时间内湮灭,这种现象被称为量子控制。 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动方向之前,无论是正物质还是反物质都是不存在的,而在它改动方向的那一刻,正反物质便会同时产生。因而,就如一艘从过去飞向未来的飞船它的行进方向在我们看来,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行进时,在改动方向之前,正反物质是同时存在的。反而时间方向改动后,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严重的缺陷,由于依据这个理论,电子在时间的两个方向上穿越宇宙的整个过去和未来,在无数次循环往复的过程中,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。但这很明显不契合实践,无论是在理论中还是实践观测中,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躲藏在了质子中。 不外约翰·惠勒的这种说法只是一种猜测,并没有理论或者理论的考证。在量子力学中,把同一类具有完整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,包含中子、质子这样的复合粒子也属于无法分辨的全同粒子的。假如单电子宇宙的假定成立的话,那就意味着宇宙中只需一个电子、一个光子,以至是只需一个质子、一个中子,它们在无限的循环中变更,宇宙的每一片空间,以及从宇宙降生到宇宙终结的每一个时间点,组成了宇宙中的万物也包含我们。 |