為什么所有的電子都一模一樣？

在我們的物理學中，電子被認為是全同粒子（identical particles），什么意思呢？簡單講就是，對于所有的電子來講，無論其來源如何，它們都具有一模一樣的內稟屬性（如靜質量、電荷、自旋、磁矩等）。

比如說你有兩個電子，如果你讓它們互相接近，進而使其波函數(shù)發(fā)生重疊，那么它們就會成為沒有個體身份的同一種存在，在這種情況下，你就無法單獨指認其中的某一個電子，而只能將其視為一個整體，只能說“這里有兩個電子”。

實際上，在過去的一百多年時間里，物理學家用盡了各種方法，把測量精度推向了極致，試圖在實驗中找出電子之間的哪怕一絲一毫的不同。結果呢？一無所獲。物理學家發(fā)現(xiàn)，無論電子來自哪里、何時產生，它們的內稟屬性都是一模一樣的。

另一方面來講，即使從理論上來講，電子也應該是全同粒子，因為如果不是這樣的話，我們熟悉的世界將不復存在。

舉個例子，相信大家都聽說過泡利不相容原理，其內容簡單來講就是，對于同種類型的“費米子”來講，它們不愿意其他的小伙伴與自己占據(jù)相同的量子態(tài)。

簡單來講，所謂“費米子”就是構成物質的粒子，所以電子當然屬于“費米子”，它們會遵循泡利不相容原理。

而根據(jù)能量最低原理，宇宙萬物都會自發(fā)地傾向于能量最低狀態(tài)，所以原子中的電子都會自發(fā)地向能量最低的軌道躍遷，但由于泡利不相容原理的限制，它們并不能全都擠在能量最低的軌道上，而是會從能量最低的軌道開始，一個一個地填滿。

比如說第一個軌道（1s軌道）最多只能容納兩個自旋相反的電子，填滿了就得去能量更高一點的第二個軌道（2s, 2p軌道），第二個軌道填滿了，就得去第三個……

就這樣，電子們被迫占據(jù)了不同的能層和軌道，形成了我們熟悉的原子電子層結構，而正是這種結構，決定各種元素的化學性質。

然而這樣的情況有一個重要前提就是，所有的電子都是全同粒子。因為如果電子彼此略有不同，那么泡利不相容原理也就失效了，在這種情況下，原子電子層結構就會變得混亂不堪，化學周期律也會消失，我們熟悉的世界也將不復存在。

那么，為什么所有的電子都一模一樣呢？這個問題可以通過量子場論來進行合理的解釋。

簡而言之，量子場論建立基于經(jīng)典場論，狹義相對論和量子力學，是粒子物理標準模型的數(shù)學基礎和理論框架，該理論認為，場是比粒子更基本的物質狀態(tài)，任何粒子都是場的量子激發(fā)，每一種粒子都有自己相應的場，這些場充滿了整個宇宙。

在量子場論中，電子對應的就是“電子場”，這個“電子場”可視為充斥著整個宇宙的一個量子場，無論在哪個地方，其性質完全相同，由于每個電子都是這個場的量子激發(fā)，因此它們能量、電荷、自旋、磁矩等內稟屬性就都是一模一樣的。

當然了，其他的解釋也有，比如說單電子宇宙論認為，宇宙中可能只有一個電子，這個電子在時空中不斷穿梭、折返，它沿時間正方向運動時表現(xiàn)為電子，沿時間反方向運動時則表現(xiàn)為正電子（電子的反粒子），由于這個電子的世界線在宇宙時空中交錯無數(shù)次，我們才會在不同的時空節(jié)點看到大量的電子。

又比如說虛擬宇宙論認為，我們所在的宇宙，可能是由計算機程序模擬出來的，在這種情況下，程序就可能會定義一個“電子類”，并為這個類設定好一套標準屬性，如此一來，需要多少個電子，就可以實例化多少個電子，由于所有電子的底層代碼都是完全相同的，它們自然也就一模一樣了。

不過由于這些解釋都有點玄乎，因此并沒有獲得普遍認可?？傮w來說，基于量子場論的解釋目前最被科學界接受，因為它能在已知理論框架中自洽地說明電子的全同性。但話說回來，這也只是我們當下的理解，或許宇宙中仍藏著更深的秘密。