Chaque électron de l’Univers pourrait-il être le même ?

Vous vous souvenez probablement des électrons du cours de science. Ce sont des particules subatomiques stables qui ont une charge électrique négative.

On les trouve dans les atomes et ils sont le principal vecteur de l’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 dans l’Univers est en fait une particule qui voyage continuellement en avant et en arrière dans le temps. Il y a beaucoup de calculs compliqués à faire, mais cela permet de résoudre certaines des plus grandes questions de physique quantique qui restent sans réponse.

Cette théorie a été élaborée pour la première fois par John Archibald Wheeler, un physicien théoricien qui a travaillé sur la bombe à hydrogène à Los Alamos et qui 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 de nombreuses théories quantiques, l’idée que chaque électron est le même électron, connue sous le nom de théorie de l’électron unique, est plus une expérience de pensée qu’une théorie.

Alors, décomposons-la.

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 en fin de compte qu’il est impossible de distinguer les électrons les uns des autres. Il n’est donc pas surprenant que Wheeler ait imaginé l’idée que si tous les électrons se ressemblent et agissent de la même manière, alors ils sont peut-être le même électron.

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

Selon la théorie de l’électron unique, de la même manière qu’un électron peut rebondir dans l’espace lorsqu’il est frappé par la lumière, l’électron pourrait également rebondir dans le temps. La conséquence est que les électrons se déplaçant vers l’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, M. Wheeler a enseigné au physicien désormais célèbre Richard Feynman, lorsqu’il était étudiant en doctorat. Feynman a fait connaître 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 appel téléphonique du professeur Wheeler à l’université de Princeton, dans lequel il disait : « Feynman, je sais pourquoi tous les électrons ont la même charge et la même masse. » « Pourquoi ? Parce qu’ils sont tous le même électron ! » Et, ensuite il a expliqué au téléphone, « supposons que les lignes du monde que nous considérions habituellement auparavant dans le temps et l’espace soient un énorme nœud, et qu’ensuite, lorsque nous coupons 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, il s’agit d’une ligne du monde d’électrons ordinaires, dans la section où elle s’est inversée et revient du futur, nous avons le mauvais signe au bon moment – des quatre vitesses appropriées – et cela équivaut à changer le signe de la charge, et, par conséquent, cette partie du chemin agirait comme un positron. »

Pour de nombreux physiciens, ce que Wheeler proposait ne semblait pas si absurde. Les physiciens travaillaient déjà avec l’idée des électrons et des positrons, Wheeler proposait simplement une façon de connecter simultanément tous ceux qui existaient, afin d’expliquer pourquoi personne ne pouvait faire la différence entre eux.

À quoi ressemblerait cette théorie en réalité ?

On estime qu’il y a environ 10 puissance 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 comme étant d’environ 10 puissance 80.

Bien que les électrons soient considérés comme stables à des fins théoriques, la limite inférieure expérimentale pour la durée de vie moyenne de l’électron est souvent donnée comme étant de 6.6×10²⁸. Cela nous permet de nous faire une idée de la façon dont cette théorie se concrétise.

La théorie et ces chiffres impliquent que le seul électron existant a traversé l’Univers 10⁸⁰  fois, chaque fois en 460 septillions d’années. Nous pouvons doubler ces chiffres pour chaque fois que l’électron a dû remonter le temps, ce qui équivaut à dire que l’électron de la théorie de l’électron unique est âgé de 10¹⁰⁵ ans.

La faille dans les données de la théorie

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

Si un seul électron voyage vers l’avant dans le temps comme un électron et vers l’arrière comme un positron, cela signifie qu’à un moment donné, il devrait y avoir le même nombre de positrons qu’il y a d’électrons.

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

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

« Je savais, bien sûr, qu’au moins dans notre coin de l’Univers, il y a beaucoup plus d’électrons que de positrons, mais j’ai quand même trouvé passionnante l’idée de penser à des trajectoires dans l’espace-temps qui pourraient aller sans restriction dans n’importe quelle direction – en avant 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 de l’électron unique est une expérience de pensée assez intéressante à laquelle il faut réfléchir, même si la physique n’est pas votre tasse de thé. Penser qu’il est théoriquement possible, bien que très 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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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche