Една от най-провокативните идеи в историята на съвременната физика започва като мисловен експеримент: възможно ли е цялата Вселена да е изградена от един-единствен електрон?

Тази хипотеза е обсъдена от двама от най-влиятелните теоретични физици на XX век – Ричард Файнман и Джон Уилър. В речта си при получаването на Нобеловата награда през 1965 г. Файнман разказва как Уилър предлага необичайно обяснение защо всички електрони във Вселената имат еднаква маса и заряд: защото всъщност са един и същ електрон.

Един електрон, който се движи през времето

Според тази концепция електронът не съществува в множество екземпляри, а представлява една-единствена частица, която непрекъснато се движи напред и назад във времето. Това би обяснило защо всички електрони са напълно идентични – не просто сходни, а фундаментално неразличими.

Теорията включва и връзка с т.нар. позитрони – антиматерийните еквиваленти на електроните, които имат същата маса, но положителен заряд. В този модел позитронът може да се разглежда като електрон, който се движи назад във времето.

Идеята е интелектуално привлекателна, но създава сериозни парадокси.

Ако една и съща частица се движи напред и назад във времето, тогава действията ѝ в миналото биха могли да влияят на настоящето, което поставя под въпрос основния принцип на причинно-следствената връзка – фундаментален закон във физиката.

Космическа следа към произхода на живота: пробив в химията на Вселената

Защо теорията не се приема сериозно

Днес физиците разглеждат тази идея като философски и теоретичен експеримент, а не като реалистично описание на Вселената. Един от най-очевидните проблеми е, че наблюденията показват огромен брой електрони, но значително по-малко позитрони.

„Това е една от причините теорията да не е реалистична като описание на реалността“, казва Диего Файяс Падиля, изследовател по физика в Университета на Колорадо в Боулдър.

Основната стойност на идеята не е в това дали е истина, а в това, че подчертава фундаментален принцип: всички електрони са напълно идентични и не могат да бъдат разграничени един от друг чрез измерване.

Една тъмна огледална вселена може да се крие точно до нас

Връзката с един от най-големите проблеми във физиката

Въпреки че теорията за „единствения електрон“ не се приема буквално, тя е свързана с един от най-големите нерешени въпроси във физиката – защо във Вселената има повече материя, отколкото антиматерия.

Според стандартния модел на физиката, ако времето бъде обърнато назад и материята бъде заменена с антиматерия, Вселената би трябвало да изглежда идентична. Този принцип е известен като CPT симетрия – съкращение от charge (заряд), parity (пространствена симетрия) и time (време).

Реалните наблюдения обаче показват, че Вселената е доминирана от материя. Антиматерията съществува, но в много по-малки количества. Причината за този дисбаланс остава неизвестна.

„Това нарушение на симетрията е много малък ефект, но е фундаментално за разбирането ни за Вселената“, казва Файяс Падиля.

Космически обрат: Може ли тъмната енергия да промени съдбата на Вселената?

Търсенето на нова физика

Една от възможните насоки за решаване на този проблем е откриването на нови, неизвестни досега частици. Това изисква по-мощни ускорители на частици – инфраструктура, която може да струва милиарди долари, но има потенциала да разкрие нови фундаментални закони на природата.

Друг важен фокус на изследванията е т.нар. електричен диполен момент на електрона – изключително малка асиметрия в разпределението на електрическия заряд. Ако този ефект бъде измерен, той би показал, че времето не може просто да бъде „обърнато“, без да се променят физическите закони.

Екип, ръководен от нобеловия лауреат Ерик Корнел, вече провежда експерименти с молекули като хафниев флуорид, за да тества тези хипотези. Засега резултатите потвърждават стандартния модел, но учените продължават да търсят отклонения.

Галактика от миналото променя космическите теории

Защо подобни идеи са важни?

Макар теорията за един-единствен електрон да не се приема като буквално описание на реалността, тя е изключително важна за развитието на съвременната физика. Мисловните експерименти позволяват на учените да тестват границите на съществуващите теории и да откриват нови въпроси.

Те също така подчертават колко малко всъщност знаем за фундаменталната структура на Вселената.

В свят, в който физиката все повече се превръща в инфраструктура за бъдещи технологии – от квантови компютри до нови енергийни системи – разбирането на тези фундаментални принципи може да има дългосрочни последици далеч отвъд академичната теория.