Все электроны — один электрон

632
2

30 апреля 1897 года в Лондоне Джозеф Томсон сообщил об открытии электрона. Эксперименты Томсона поставили точку в спорах о природе электричества и показали, что масса мельчайшего носителя мельчайшего заряда намного меньше массы атома. Атом оказался делимым, а в 1907 году Томсон удостоился Нобелевской премии.

Масса электрона, действительно, мала, и хотя Томсон ее не выяснил, он заметил, что у всех «корпускул электричества» она одинакова. Наблюдение Томсона стало понятнее уже с появлением квантовой механики: один из ее принципов постулирует тождественность, неразличимость частиц одного типа. Каждый электрон ни массой, ни зарядом, ничем не отличается от другого.

«Фейнман, я знаю, почему у всех электронов одинаковые заряд и масса», — сказал Джон Уилер, позвонив коллеге весной 1940 года, — «Потому что это один и тот же электрон».

Идея, которую услышал Ричард Фейнман, была абсурдна и элегантна. Что, если электрон, совершая свое долгое и запутанное путешествие по Вселенной, блуждает не только в пространстве, но и во времени? Если он двигается то вперед, то назад, для наблюдателя, находящегося в настоящем, электрон будет представать одновременно в нескольких — многих — всех — местах.

Теоретически, в этой идее нет ничего невероятного. Кроме того что она невероятна сама по себе: достаточно простого подсчета. Число наблюдаемых нами во Вселенной электронов так велико, а сама она должна просуществовать так долго, что, будь они одним электроном, к концу его путешествия он имел бы возраст более гугола — 10100 лет. Теоретически, в этом тоже нет ничего невероятного, кроме того, что это невероятно само по себе.

Впрочем, идея Уилера оказала и реальную пользу науке: именно она натолкнула Фейнмана на остроумную идею о связи электрона и позитрона. Разница между этими частицами заключается только в знаке заряда, однако, как доказал Фейнман, если запустить электрон назад по оси времени, он вообще не будет отличаться от позитрона.

Казалось бы, гипотеза Одноэлектронной Вселенной стала еще уместнее? Увы, если бы это было так, общее количество тех и других частиц оказалось бы примерно одинаковым. Но, как заметил тот же Фейнман, «вокруг нас нет столько позитронов, сколько электронов».

Кстати, запаянные в колбу электроды, позволявшие получать катодные лучи, стали прообразами будущих телевизионных кинескопов. Ну а само превращение изображения в электричество совершалось с помощью других приборов, таких, как иконоскоп конструкции Владимира Зворыкина, хранящийся в коллекции Политехнического музея: