К 1940 году будущий нобелевский лауреат Ричард Фейнман уже успел закончить Массачусетский технологический институт и продолжал учебу в Принстоне в качестве аспиранта. Его, как и многих ученых в те годы, интересовало, почему нельзя однозначно идентифицировать элементарную частицу — речь конкретно шла об электронах…
Если, к примеру, взять 2 одинаковых кирпича, то используя различные физические методы, каждый из них можно конкретно идентифицировать — оба будут иметь хоть незначительные отличия по массе и форме, и всегда они будут иметь различные неоднородности и несплошности. А вот с электронами подобный фокус не проходит — все частицы одинаковы, их масса и заряд индентичны.
В один прекрасный весенний день 1940 года между Ричардом Фейнманом и его научным руководителем Джоном Уилером состоялся весьма любопытный телефонный разговор. Уилер заявил, что ему стало понятно, почему нельзя различить между собой отдельные электроны. Фейнман поинтересовался — в чем же дело? На этот вопрос Уилер дал простой до гениальности ответ — потому что это один и тот же электрон.
«Однажды в аспирантуре Принстона я получил звонок от профессора Уилера, он мне сказал: «Фейнман, я знаю, почему у всех электронов одинаковые заряд и масса». — «Почему?» — «Потому что это один и тот же электрон».
© Ричард Фейнман
Суть идеи Уилера сводилась к тому, что во Вселенной существует только один-единственный электрон, который попеременно находится в разных точках пространства-времени. Фейнман возразил практически сразу — если Вселенная в целом электронейтральна, то почему число позитронов просто ничтожно по сравнению с числом электронов? На что Уилер вполне логично ответил — а вы знаете, где «прячутся» позитроны? Может быть в протонах. Что ж, вполне может быть…
Чтобы объяснить теорию Уилера, позднее математически развитую Фейнманом, придется воспользоваться моделью двумерной Вселенной.
Возьмем прямоугольную Декартову систему координат (ПДСК), одна из осей которой будет пространство (x), а другая — время (t). На этой ПДСК нарисуем непрерывную гладкую (это такой математический термин) замкнутую кривую, причем постараемся, чтобы у этой линии имелось приличное количество изгибов и поворотов. Зададим на нашей кривой направление — пусть против часовой стрелки. Тогда участки кривой слева направо (синие) будут представлять собой различные ипостаси нашего единственного электрона, а участки, где кривая идет в обратном направлении (красные) представляет собой позитронные ипостаси нашего единственного электрона.
Но как частица может свободно перемещаться в пространстве времени? Дело в том, что в квантовом мире элементарных частиц время не содержит в себе различий между прошлым, настоящим и будущим.
Позже Фейнман проанализировал систему уравнений Максвелла относительно позитрона. Никаких противоречий обнаружено не было, но Фейнман убедился, что позитрон можно трактовать, как электрон движущийся назад во времени. Математическую разработку теории Фейнман, в сотрудничестве с Уилером сделал в 1948-49 годах, причем все выглядело вполне логично.
Физик Йоитиро Намбу такую концепцию позитрона-электрона применил к возникновению и аннигиляции пар частиц-античастиц. Он в своей статье заявил, что выброс энергии при аннигиляции частицы и античастицы происходит не из-за их столкновения, а из-за изменения движения единственной частицы из будущего в прошлое или наоборот.
Хотя теория одноэлектронной Вселенной довольно широко обсуждалась в научных кругах, особого резонанса она не вызвала. Связано это было с противоречиями, которые в рамках данной теории не решались. Некоторые реакции элементарных частиц так и остались необъяснены, а количество наблюдаемых позитронов исчезающе мало по сравнению с электронами.
Но что, если теория одноэлектронной Вселенной верна?
Тогда вполне вероятно, что и все другие элементарные частицы: нейтроны, протоны даже нейтрино — также являются одной и той же частицей, которая перемещается туда-сюда во времени. Это значило бы, что и мы, и все вещество во Вселенной не только состоит из одинаковых частиц, а фактически, из одного протона, одного нейтрона и одного электрона.