Једно од првих чудеса које је подарила квантна механика је двојна природа квантних честица, односно, да могу да се понашају и као честице и као таласи. Ова појава очигледан је пример сукоба који постоји између физике и здравог разума, несхватљива замисао која важи како за светлост тако и за све елементарне честице. Зависно од врсте огледа, квантне честице се понашају као зрнца која следе одређену путању (на пример, као билијарске лоптице), или као било који таласи (звучни или неки други). Изводећи многобројне огледе с најмањим делићима светлости, фотонима, физичари су се уверили у такво неразумљиво понашање: кад су их подвргавали огледима својственим за таласе, они су се понашали као таласи, а ако су их посматрали као честице, фотони су показивали природу честице. Као да су увек знали које ће им питање бити постављено, односно, шта се од њих очекује да буду - таласи или честице!

Недавно је једна група француских физичара, Жан-Франсоа Рош, Филип Гранжије и Ален Аспе, извела сасвим неуобичајен, занимљив оглед који је потврдио чудну природу фотона, а тиме и квантних честица уопште. Оглед је пре скоро четири деценије замислио чувени физичар Џон Вилер, (преправљени оглед Томаса Јанга), који је због одсуства техничких могућности до сада био неизводљив. Заправо, Вилер је смислио једно лукавство, изненађење за „свезнајући” фотон. Оно се састојало у томе да му се питање „коју природу имаш?” постави са закашњењем, пошто је већ морао да одабере да ли ће се понашати као честица или талас. Фотон је, дакле, натеран да одлуку донесе пре него што је могао да „сазна” ком ће огледу бити подвргнут (оном за таласе или, пак, оном за честице). Било је занимљиво видети да ли ће се у том за њега неповољном случају „збунити” или ће се и даље понашати као да унапред зна шта ће се догодити (иако му је условима огледа та могућност ускраћена).

Да се подсетимо. Чудна замисао о двојности таласи-честице зачела се 1900. године. Тада је Макс Планк објавио своје откриће, хипотезу (коју је назвао „очајничком”!) да се упијање и одашиљање светлосног зрачења одиграва размењивањем делића енергије - кванта. Алберт Ајнштајн је пет година касније потврдио и објаснио Планкове резултате најавивши постојање кванта светлости - фотона. Светлост је тиме добила природу честице, што је запрепастило научну јавност која је навикла да је сматра за чисто таласну појаву. Јер, природа светлосних појава као честица пркосила је и Максвеловим таласним једначинама.

Замисао да обе природе светлости имају подједнаку вредност и да се заправо ради о „квантној двојности”, први пут исказао је 1924. године Луј де Брољ. Она је помирила две хипотезе о природи светлости, али је још више удаљила квантну физику од здравог разума и нашег схватања стварности. Ипак, двојна природа светлости полако је крчила себи пут, да би седамдесетих година 20. века теоријски физичар Џон Вилер замислио оглед којим би се фотон намамио у замку и ставио на искушење. Овај оглед који је недавно изведен у подземном ходнику Института за оптику у Орсеју (предграђе Париза), је његова са-времена верзија.

Вилер је замислио да се у интерферометру изучава понашање појединачног фотона, што је у то време била само машта. Како интерферометар ради? Овај уређај, често коришћен у 19. веку, направљен је тако да недвосмислено потврђује таласну природу светлости. Светлосни зрак се упути на полупровидну плочу која ће један део зрака одбити, а други пропустити. Затим два дела зрака путују различитим правцима, а огледала их усмеравају да се сретну на другој полупровидној плочи, омогућавајући им да поново постану исти зрак. Кад се зраци сретну, стварају интерференцију, то јест, слажући се њихови таласи праве шару од светлих и тамних места. Тамна места су тамо где се таласне дужине два зрака одузимају (поништавају), а светла где се сабирају (појачавају). Та појава својствена је само за таласе. Вилер је сматрао да би у једном таквом уређају могла да се посматра и двојност талас-честица „у свој својој лепоти”.

Али, испречила су се два тешко остварљива предуслова: да се на пут кроз уређај шаљу појединачни фотони и да друга полупровидна плоча у одређеном тренутку може да се уклања. Кад би ова плоча била на свом месту, видела би се интерференција (слагање светлосних таласа), према Вилеру „доказ да је сваки квант светлости стигао преко два правца”. Дакле, у овом случају фотон би се понашао као талас, користећи истовремено једина два могућа пута. А кад би друга плоча била спуштена, могла би да се посматра природа светлости као честице. Видео би се појединачни фотон јер би честица одабрала једну од две могуће путање.

Али, у Вилеровом огледу постојало је нешто што је било још теже остварити. Да фотон никако не би могао да „сазна” којој ће врсти огледа бити подвргнут (оном за таласе или за честице), физичар је смислио да се тренутак кад се фотону поставља питање „шта си?” - одложи. То би се у овом случају постигло тако што би се друга плоча дизала или спуштала тек после уласка фотона у интерферометар. Овако преправљени интерферометар постао би замка за фотоне који више никако нису могли да сазнају да ли ће друга плоча бити подигнута или спуштена, (бити изведено мере-ње) па да на основу тога прилагоде своје понашање. Лепа замисао, али готово неостварљива, између осталог и зато што је брзина светлости највећа брзина која постоји.

Сматрало се да ће главна препрека за извођење оваквог огледа бити слање светлости у уређај фотон по фотон, јер и најслабији светлосни извор одашиље милионе, милијарде фотона. Ипак, управо захваљујући Филипу Гранжијеу и Алену Аспеу и таква ствар данас је технички изводљива. Ови познати истраживачи направили су још 1986. године први извор појединачних фотона користећи ласер и дијамант. Али, како направити уређај у коме ће питање „да ли си талас”, односно „да ли си честица” фотону бити постављено после његовог уласка у интерферометар, а пре него што из њега изађе? Још тачније, после његовог наиласка на прву полупровидну плочу, а пре доласка у простор друге плоче. Тада је фотон већ морао да одабере своју природу - да ли ће да се понаша као честица (даље ће се кретати само једном од путања) или ће да се понаша као талас (путоваће истовремено преко обе). За то су морала да се испуне два предуслова: најпре, да путања у интерферометру буде довољно дуга да фотон не може да добије никакво обавештење шта му се припрема на излазу, код друге плоче. Затим, да је електроника уређаја толико брза да „поставља питање” (диже или спушта другу плочу) за врло кратко време, док се фотон налази у простору између плоча (не треба заборавити да се светлост простире брзином од 300.000 км/с).

Први услов могао је прилично лако да се реши слањем фотона кроз многоструко увијен оптички кабл, али би по мишљењу стручњака то било одступање од праве Вилерове замисли. Зато су истраживачи одабрали да се фотони праволинијски крећу кроз оптички кабл разапет по 48 метара дугом подземном ходнику Института за оптику. Како је задовољен други услов? Физичари су у оптичку цев пуштали по један фотон, а затим би после 80 наносекунди покретали поступак насумичног избора положаја друге плоче (да ли ће бити подигнута или спуштена). Време одговора овог електронског уређаја било је 40 наносекунди. Овај уређај заснивао се на једноставном извору беле светлости, чије су насумичне промене непрестано претваране у ток електричне струје. Ако би у тренутку мерења (одређивања тренутне природе фотона) ова струја била јача од средње вредности, јавио би се електрични сигнал који би подигао другу плочу. За јачину струје мању од средње не би било никаквог сигнала и плоча би остала спуштена.

Исход огледа био је следећи: у случајевима кад је друга плоча била подигнута, физичари су редовно бележили савршене интерференције (тамно-светле пруге на детектору), а у случајевима спуштене плоче излазак појединачног фотона. По речима истраживача, „оглед је још једном показао да се природа понаша у складу с предвиђањима квантне механике, чак и у изненађујућим околностима”.

Овај квантни оглед, назван „закаснели избор”, замишљен је тако да улазећи фотон ни у ком случају не може да „сазна” шта ће се догодити (пошто ниједна информација не може да путује брже од брзине светлости). Зато изгледа да се у огледу, ни мање ни више, мења ток времена и узрочност на којој почивају сви закони физике. Јер, последица (у овом случају избор понашања фотона као таласа или као честице) као да претходи узроку (положај друге полупровидне плоче). Као да сам чин постављања питања мења ток историје фотона!

То је оно што нам неизбежно пада на памет кад се држимо класичног, уобичајеног гледања на свет. Али, очигледно је да је квантни свет сасвим другачији и да нас овакви огледи уверавају да „квантони” (фотони и све друге елементарне честице) нису чак ни „истовремено честице и таласи”. Пре ће бити да елементарне честице нису ни једно ни друго, већ нешто треће! Друга је ствар што то људски мозак не може да схвати и ослања се једино на оно што је могао да упозна, на таласе и на честице...