آیا "تک الکترون ویلر"در زمان سفر می کند؟

در اوایل دهه ۱۹۴۰، زمانی که ریچارد فاینمن هنوز دانشجوی دوره کارشناسی در دانشگاه پرینستون بود، تفسیر جدیدی درباره ماهیت پادماده ارائه داد. فاینمن هنگام تحقیق دربارهالکترودینامیک کوانتومی (QED) متوجه شد که پادماده ای که با زمان به جلو حرکت می کند، از ماده معمولی که با زمان به عقب حرکت می کند، قابل تشخیص نیست.

به گزارش بیگ بنگ، این کشف تفسیر کاملا جدید اما معادلی از پادماده را امکانپذیر ساخت. به عنوان مثال، اگر ما یک الکترون را در میدان الکتریکی به حرکت درآوریم، در جهتی، مثلا به طرف چپ حرکت می کند. اگر یک الکترون، با زمان به عقب می رفت، می بایستی به طرف راست حرکت کند. اما یک الکترون که به سمت راست حرکت کند، به نظر ما خواهد آمد که بار آن مثبت است، نه منفی. بنابراین، الکترونی که با زمان به عقب حرکت می کند، با پاد الکترونی که با زمان به جلو میرود، غیر قابل تشخیص است. ذراتی که با زمان به عقب میروند، تفسیر جدیدی از نمودارهای فاینمن* ارائه میکنند. فرض کنیم که یک الکترون و یک پادالکترون در حال برخورد داریم که انرژی انفجار گونه ای آزاد میکنند. اگر ما پیکان پاد الکترون را ، مثل آنکه با زمان به عقب میرود عوض کنیم، میتوانیم تفسیر جدیدی از این نمودار ارائه دهیم. در تفسیر جدید، یک الکترون با زمان به جلو میرود، یک فوتون انرژی آزاد میکند و همان الکترون با زمان به عقب میرود.

در واقع فاینمن نشان داد که تمام معادلات الکترودینامیک کوانتومی، چه تشریح کننده پادماده باشند که با زمان جلو میرود و چه ماده معمولی که با زمان به عقب میرود، یکسان هستند. این وضع عجیب موجب شد که نظریه ای به نمادی نا آشنا، از سوی جان ویلر از دانشگاه پرینستون پیشنهاد شود. به موجب این نظریه، تمام جهان درست از تنها یک الکترون ساخته شده است. زمانی که فاینمن در پرینستون دانشجو بود، روزی استاد راهنمای او، ویلر، با لحن مهیجی ادعا کرد که او اکنون میداند چرا همه الکترونها در جهان مانند هم هستند. ویلر پیشنهاد کرد که این موضوع را می توان به این طریق توضیح داد که همه الکترونها به این علت شبیه هم هستند که در واقع همه، همان الکترون هستند.

برای مثال، به تولد جهان در لحظه ی بیگ بنگ بیندیشیم. فرض کنیم که از آشفتگی و آتش بیگ بنگ، تنها یک الکترون بیرون آمده است. این الکترون، با زمان به جلو حرکت میکند. میلیاردها میلیارد سال میگذرد تا رویداد آسمانی دیگری، مانند نابودی جهان و پایان زمان فرا می رسد. این تجربه تکان دهنده، به نوبه خود، جهت الکترون را عوض میکند و آن را با زمان، به عقب میفرستد. زمانی که همین الکترون به بیگ بنگ بر میگردد، جهت آن یک بار دیگر تغییر میکند. الکترون به الکترونهای دیگر تقسیم نمیشود. الکترون بدون تغییر میماند و مثل توپ پینگ پنگ، بین لحظه بیگ بنگ و پایان جهان گذر میکند. حالا هر کسی که در قرن بیستم، بین بیگ بنگ و روز پایان جهان نشسته است، به وجود تعداد زیادی الکترون و پادالکترون پی خواهد برد.

در واقع، ما میتوانیم فرض کنیم که الکترون آنقدر به عقب و جلو ( آینده و گذشته) حرکت کرده است که زمان کافی برای اینکه جمع کل الکترونهای جهان را ایجاد کند داشته است. (البته، یک جسم که به عقب و جلو در فضا حرکت میکند، نمیتواند بیش از یک کپی از خود بیافریند. اما جسمی که در زمان به جلو و عقب میرود، میتواند کپی هایی از خود داشته باشد. به عنوان مثال فرض کنید که شما به گذشته باز میگردید، در این صورت دو تصویر از شما وجود دارد. شمای در گذشته و شمای حال که به گذشته رفته اید! در اصل، این اثر رفت و آمد در زمان، میتواند به دفعات اختیاری تکرار شود. به این ترتیب تعداد بینهایتی از کپی های واقعی در زمان حال آفریده میشود.)

اگر این نظریه درست باشد، به آن معناست که الکترونهایی که در بدنهای ما وجود دارند، همان الکترونها هستند با تنها این تفاوت که الکترونهای من میلیاردها سال قدیمیتر از الکترونهای شما هستند. همچنین به توضیح این اصل بنیادی شیمی کمک میکند: همه الکترونها مشابه یکدیگرند. (نوع جدید این نظریه آن است که جهان تک ریسمانی داشته باشیم.) آیا نظریه تک-الکترون ویلر، وجود همه مواد را در جهان توضیح میدهد؟ آیا ماده میتواند با زمان به عقب رود و پاد ماده شود؟ پاسخ به این سوالها به صورت ظاهری مثبت است. اما طبق نظریه الکترودینامیک کوانتومی، هیچ آزمایشی نمیتوان انجام داد که بتواند ماده را که با زمان به عقب میرود، از پادماده ای که با زمان به جلو میرود، تشخیص دهد. بنابراین، هیچ اطلاع قابل استفاده ای را نمی توان در زمان به عقب فرستاد و این امر، امکان مسافرت در زمان را از بین میبرد. اگر ما پاد ماده می بینیم که در فضا معلق است، ممکن است از آینده رسیده باشد ولی نمیتوانیم از آن، برای فرستادن سیگنال به زمان گذشته استفاده کنیم.

*نمودار فاینمن نوعی نمودار است که از طریق چهار بعد مسیر حرکت ذرات بنیادی را نشان می‌دهد و نخستین بار توسط ریچارد فاینمن فیزیک‌دان آمریکایی استفاده شد.

منبع: Beyond EINSTEIN, Michio Kaku & Jennifer Thompson, Oxsford University Press

نقل از بیگ بنگ

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

آخرین مقالات