宇宙には一つの電子しか存在しない「単一電子宇宙仮説」が凄い！ 時間が逆行する世界の存在を示している？

電子は宇宙に一つしかない？

　３次元＋時間という４次元の世界に囚われているわれわれだが、その制約から解き放たれた世界を想像してみると、さまざまな思考実験ができる。時空を超えられるならば、今いる場所から次の瞬間にまったく別の場所に移動することも理論上は可能だろう。

　いや、そもそも時空から自由であるがゆえに、瞬間移動ではなくあらゆる場所に同時に存在することもできるのかもしれない。「ウルトラマン」に登場する三面怪人ダダは、同時に３つの場所に出現して人間を欺いたが、３つどころか無数の自分があらゆる場所に出没できると考えてみれば愉快でもある。

　物質世界であまねく存在する電子が、まさにそうした状態にあると考えた研究者がいた。アメリカの理論物理学者ジョン・ホイーラー（1911～2008）は、宇宙にはひとつの電子しか存在しないと主張し、「単一電子宇宙仮説（The one-electron universe）」を提唱したのだ。

　この大胆過ぎる理論の存在が明らかになったのは、ホイーラーと物理学者リチャード・ファインマン（1918～1988）が交わした一本の電話からだった。

　1940年の春、ホイーラーはファインマンに電話をかけ、「すべての電子が同じ電荷と質量をもっている理由が解った」と告げた。「どういうこと？」とファインマンが説明を求めると、ホイーラーの答えは「なぜなら、これらはすべて同じ電子だからだ」というものだった。

　電子とその反粒子である陽電子は電気的に引き寄せ合い、やがて衝突すると、それらの質量は完全にエネルギーに変わって消滅する。この時、電子は負の電荷をもち時間とともに前進、陽電子は正の電荷をもち時間とともに後退し、どちらも消滅するが、この現象を「対消滅」と呼ぶ。

　ホイーラーは、電子と陽電子は時空を複雑な方法で移動できるため、時間と空間の両方において無数の軌道からなる密集して絡まった「結び目」を形成すると考えた。ホイーラーは、この「結び目」が複数の場所に同時に現れ、異なる粒子であるかのような印象を与えている可能性があると考えた。そして電子は時間とともに前進する軌道に、一方の陽電子は時間とともに後退する軌道――過去に移動していると解釈したのである。

　いずれにしても、ホイーラーは対消滅は実際には起きておらず、複雑な絡まった「結び目」にある無数の電子は、実は１つの電子であり、それが時空を超えてあらゆる場所に出現していると考えたのだ。

陽電子は陽子の中に隠されている!?

　電子は時間的に前方に進み、陽電子は後方（過去）に進む――電子に対する陽電子とは、粒子に対する反粒子、すなわち反物質である。宇宙の誕生（ビッグバン）時点では物質と同じ数だけの反物質が存在したが、その後に大部分が対消滅し、現在の宇宙では反物質はほとんど残っていないと考えられている。しかし、ホイーラーが言うように対消滅が実際には起きていないならば、この物質世界とは別に反物質の世界があることも想定されてくる。そしてホイーラーは、失われた（ように見える）陽電子は、陽子の中に隠されていると推測していたことがファインマンによって伝えられている。

「でも、陽電子の数は電子の数ほど多くないんですよ？」（ファインマン）
「まあ、陽子かなにかの中に隠れているのかもしれませんね」（ホイーラー）

　ファインマンは、「反物質は“逆の世界線”で表すことができる」というホイーラーの洞察に感銘を受け、ノーベル賞の受賞演説でこの話を取り上げている。「単一電子宇宙仮説」自体よりも、陽電子が過去へと向かう世界線にあるとの見解に感銘を受けていたという。

「単一電子宇宙仮説」は、検証不可能な理論とされたことから放置され、その後はホイーラーを含めて誰も手を着けておらず、現在では思考実験のように見なされているようだ。この先、再びこのテーマに取り組む科学者があらわれるのだろうか。

【参考】
https://www.sciencefocus.com/space/electrons-universe-number-theory