伴隨著我們對(duì)微觀量子世界的了解，可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)神奇的現(xiàn)象幾乎所有的電子都是一樣的，這也是量子力學(xué)中最具代表性的奇怪問(wèn)題之一。

所有電子都具有相同的質(zhì)量、電荷數(shù)、自旋。

我們不僅無(wú)法根據(jù)電子的物理性質(zhì)來(lái)區(qū)分它們，而且目前是肯定沒(méi)有任何其他辦法區(qū)分它們，但這一切的研究停滯不前后有人提出了一個(gè)神奇的話題“單電子宇宙假說(shuō)”，認(rèn)為宇宙中所有的電子實(shí)際上都是同一個(gè)電子在時(shí)空中運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。

提出這個(gè)獨(dú)特想法的人就是約翰·惠勒。就在1940年的一天，他給正在普林斯頓研究院的理查德·費(fèi)曼通電話聊到電子時(shí)，約翰·惠勒稱他已經(jīng)了解為什么所有的電子都有相同的電荷與質(zhì)量，理查德·費(fèi)曼頓時(shí)感到十分驚訝！

因?yàn)樗械碾娮悠鋵?shí)就是同一個(gè)電子。理查德·費(fèi)曼被這個(gè)離經(jīng)叛道的瘋狂想法所震撼到，這個(gè)想法的實(shí)質(zhì)基于在電子世界線中的時(shí)空軌跡。

愛(ài)因斯坦在相對(duì)論中是將時(shí)間、空間合成為四維時(shí)空，而粒子在四維時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)軌跡稱為世界線，而世界線是在物理學(xué)中物體穿越四維時(shí)空唯一的路徑。

我們?cè)跁r(shí)間和空間組成的二維時(shí)空?qǐng)D中以縱坐標(biāo)來(lái)代表時(shí)間軸，橫坐標(biāo)為空間軸，物體在時(shí)空?qǐng)D上的連續(xù)軌跡即為世界線。相對(duì)靜止的物體世界線是一個(gè)平行于時(shí)間軸的直線，勻速運(yùn)動(dòng)的物體在世界線中是一條斜線，而變速運(yùn)動(dòng)的物體在世界線中就是一條曲線。對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，時(shí)間是不可能逆轉(zhuǎn)的，所以在任何物體的世界線中只能隨著時(shí)間流逝的方向移動(dòng)。

約翰·惠勒認(rèn)為，電子在世界線中的運(yùn)行方向在時(shí)間中既能縱向前移，也能縱向向后移動(dòng)，電子在世界線中就像十字路口很有規(guī)律地自行交錯(cuò)。如果這時(shí)能夠截取到宇宙時(shí)間線中的某一個(gè)時(shí)間線，電子的50%一般都會(huì)向世界線中的未來(lái)前行，當(dāng)然另外50%的電子會(huì)在時(shí)間線中向過(guò)去的時(shí)間行進(jìn)，這點(diǎn)已經(jīng)在部分科幻電影中體現(xiàn)了出來(lái)。

這樣以我們的時(shí)間線看來(lái)，同一個(gè)電子就會(huì)在同一個(gè)時(shí)間線中出現(xiàn)多次，也就是說(shuō)這個(gè)電子循環(huán)存在于整個(gè)宇宙時(shí)間線的任意時(shí)刻，讓我們直觀地去看，似乎整個(gè)宇宙內(nèi)都是充滿著電子。

若用通俗易懂的說(shuō)法就是，之所以我們看到的所有電子都是相同的，正是因?yàn)樗鼈儗?shí)際上都是同一個(gè)電子，這個(gè)電子在時(shí)空中來(lái)回穿梭，參與了整個(gè)宇宙內(nèi)的所有的事件，理化學(xué)過(guò)程以及所有物質(zhì)的形成，似乎把整個(gè)宇宙連接了起來(lái)。

也就是說(shuō)，宇宙中只有唯一一個(gè)電子，這就是單電子宇宙理論的核心思想，假如宇宙中所有的電子有十的八十次方，這就意味著這個(gè)電子在時(shí)空中穿梭往返時(shí)的八十次方次，它就能在同一時(shí)刻參與整個(gè)宇宙中的所有事件。這也就是為什么我們會(huì)看到宇宙中有無(wú)數(shù)電子的原因。

為了猜測(cè)這一點(diǎn)的真實(shí)性，如果電子正處于從過(guò)去穿梭到未來(lái)的路徑中，那么它表現(xiàn)出來(lái)的就是普通的帶負(fù)電的電子，而如果是從未來(lái)到過(guò)去的路徑中，那么它就會(huì)表現(xiàn)為帶正電的電子（稱為正電子）。

因?yàn)楫?dāng)電子在時(shí)空中逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，電子的電荷和宇宙都會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)，也就變成了電子的反物質(zhì)。因此，從這個(gè)意義上去理解反物質(zhì)的本質(zhì)就是時(shí)間逆轉(zhuǎn)的正物質(zhì)。約翰·惠勒的猜測(cè)觸及了粒子物理學(xué)中最基本概念，這也是最奇怪的一點(diǎn)。在微觀量子世界，時(shí)間的流逝方向似乎并不重要。

理查德·費(fèi)曼由此受到了啟發(fā)，建立了路徑積分方程中反物質(zhì)的表示以及量子力學(xué)的時(shí)空詮釋，他因此獲得了1965年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。根據(jù)海森堡不確定性原理推測(cè)，在真空中不斷地有成對(duì)的正反粒子憑空誕生，又會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)湮滅，這種現(xiàn)象被稱為量子掌握。

單電子宇宙理論可對(duì)此類正反物質(zhì)的創(chuàng)生與湮滅做出解釋。反物質(zhì)粒子從未來(lái)向過(guò)去行進(jìn)時(shí)正在改變方向之前，無(wú)論是正物質(zhì)還是反物質(zhì)都是不存在的，而在它改變方向的那一刻，正反物質(zhì)便會(huì)同時(shí)產(chǎn)生。因此，就如一艘從過(guò)去飛向未來(lái)的飛船它的前進(jìn)方向在我們看來(lái)，這一對(duì)正反物質(zhì)僅是憑空產(chǎn)生的，這個(gè)現(xiàn)象就是創(chuàng)生，而湮滅正好與創(chuàng)生相反，就是物質(zhì)從過(guò)去向未來(lái)前進(jìn)時(shí)，在改變方向之前，正反物質(zhì)是同時(shí)存在的。反而時(shí)間方向改變后，我們就什么也看不到了，這種現(xiàn)象就是所謂的湮滅。

但是單電子宇宙理論存在著一個(gè)重大的缺陷，因?yàn)楦鶕?jù)這個(gè)理論，電子在時(shí)間的兩個(gè)方向上穿越宇宙的整個(gè)過(guò)去和未來(lái)，在無(wú)數(shù)次循環(huán)往返的過(guò)程中，每一個(gè)電子，都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的正電子，這意味著宇宙中的電子和正電子應(yīng)該是等量的。但這很明顯不符合實(shí)際，無(wú)論是在理論中還是實(shí)際觀測(cè)中，電子都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于正電子的。而惠勒給出的解釋是，沒(méi)有被觀測(cè)到的正電子隱藏在了質(zhì)子中。

不過(guò)約翰·惠勒的這種說(shuō)法只是一種猜想，并沒(méi)有理論或者實(shí)踐的驗(yàn)證。在量子力學(xué)中，把同一類具有完全相同類型屬性的粒子稱為全同粒子，除了電子、光子這樣的基本粒子之外，包括中子、質(zhì)子這樣的復(fù)合粒子也屬于無(wú)法區(qū)分的全同粒子的。如果單電子宇宙的假設(shè)成立的話，那就意味著宇宙中只有一個(gè)電子、一個(gè)光子，甚至是只有一個(gè)質(zhì)子、一個(gè)中子，它們?cè)跓o(wú)限的循環(huán)中變化，宇宙的每一片空間，以及從宇宙誕生到宇宙終結(jié)的每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，組成了宇宙中的萬(wàn)物也包括我們。