Vekovima je eksperiment sa dva proreza prelepo ilustrovao dualnu prirodu svetlosti. Da se svetlost ponaša i kao talas i kao čestica. Ali šta ako eksperiment možemo objasniti bez da svetlost ima talasnu prirodu? U revolucionarnoj studiji objavljenoj u časopisu Physical Review Letters, fizičar Gard Rempa i njegov tim sa Instituta Maks Plank za kvantnu optiku, u saradnji sa ETH Durk i Federalnim univerzitetom S Karlos iz Brazila, predlažu smelu alternativu. Oni sugerišu da se interferencija, upravo ono što posmatramo u ovom istorijskom eksperimentu, može u potpunosti objasniti interakcijama čestica koristeći novi okvir izgrađen oko svetlih i tamnih fotonskih stanja.
Slika 1: Eksperiment sa dva procepa. Pojedinačne čestice koje prolaze kroz procepe S1 i S2 stvaraju naizmenične trake svetlosti.
Ova nova ideja, poznata kao interpretacija tamnih fotona, mogla bi da transformiše naše razumevanje superpozicije, detekcije i same strukture kvantne stvarnosti. Kada svetlost prođe kroz dva uska proreza, na ekranu stvara naizmenične trake svetlosti, jasan znak interferencije. Vek kasnije, kvantna teorija je dodala preokret. Čak i pojedinačne čestice poput fotona stvaraju isti obrazac kada se šalju jedna po jedna kroz proreze. Činilo se da dokazuje da se čestice ponašaju kao talasi, nekako prolazeći kroz oba proreza istovremeno dok se ne izmere. Ali Rebe i njegove kolege nude nov pristup. Talasi nisu potrebni da bi se objasnio ovaj obrazac. Prema njihovim nalazima, interferencija može nastati u potpunosti iz kvantnih stanja čestica, konkretno iz superpozicije vidljivih, svetlih i nevidljivih tamnih fotonskih režima. U ovom modelu, svetli fotoni su oni koje naši detektori mogu da uhvate, dok tamni postoje, ali ostaju izvan direktnog merenja. Kako ova nevidljiva stanja utiču na ono što posmatramo?
Odgovor leži u kvantnoj spregnutosti (entanglement). Kada foton naiđe na proreze, on se ne deli prostorno kao klasični talas. Umesto toga, ulazi u probabilističku mešavinu detektibilnih i skrivenih stanja koja interaguju ne kroz prostor, već kroz kvantne amplitude verovatnoće. Gard Rempa to ovako formuliše: Naš opis pruža kvantnu sliku sa česticama klasične interferencije sa talasima. Maksimumi i minimumi nastaju iz spregnutih svetlih (koji se spajaju) i tamnih (koji se ne spajaju) stanja čestica. Ovaj model produbljuje naše prethodno razumevanje. Interferencijski obrazac svetlosti nije posledica preklapanja talasa, već spregnutih kvantnih stanja koja generišu statističke obrasce detekcije. I to je duboka promena u načinu na koji gledamo na merenje, verovatnoću i ponašanje čestica pod posmatranjem.
Slika 2: Rad o svetlim i tamnim stanjima svetlosti objavljen u časopisu: Physical Review Letters
Ono što je revolucionarno jeste da se ovaj pristup zasnovan isključivo na česticama i da se usklađuje sa kvantnom mehanikom. Ne napušta osnove kvante mehanike. Ova ideja je objavljena u jednom od najcenjenijih časopisa za fiziku, Physical Review Letters, 2025. godine. Nadovezuje se na decenije istraživanja u kvantnoj optici, uključujući eksperimente sa kvantnim brisačem (quantum eraser) i odloženim izborom (delayed choice), a svi oni sugerišu da je samo merenje daleko složenije nego što smo zamišljali. Ako je ovaj novi model tačan, to znači da smo ponašanje svetlosti interpretirali ne netačno, već nepotpuno. Ispod površine ima više, nešto što nam je sve vreme izmicalo.
U srcu ove teorije leži važno pitanje. Šta se dešava sa česticama koje ne možemo da detektujemo? Tradicionalna fizika smatra da ako nešto ne možemo da izmerimo, da ono ne postoji. Ali kvantna teorija je oduvek nagoveštavala da ono što ne vidimo može biti stvarno, samo skriveno od pogleda. Tamni fotoni stavlja ovu ideju u prvi plan. U ovoj pristupu postoje dva ključna fotonska stanja: svetla, koja interaguju sa detektorima, i tamna, koja ostaju nedostupna osim ako nešto ne promeni njihovu spregu sa okolinom. Evo dela koji zbunjuje. Interferencijski obrazac koji povezujemo sa talasnim ponašanjem ne nastaje zbog talasa koji se šire u prostoru, već zbog kvantne spregnutosti između ova dva fotonska režima. Svetla stanja stvaraju vidljive pruge na detektoru. Tamna stanja, međutim, zauzimaju oblasti za koje smo nekada pretpostavljali da su prazne, zone destruktivne interferencije. Ali te prazne oblasti možda nešto kriju. Prema istraživačima, tamna stanja mogu postojati na mestima gde klasična fizika kaže da se svetlost poništava. Ove oblasti nisu praznine. One su ispunjene potencijalom, samo nedostupne običnim sredstvima. Ovo preokreće proces merenja naglavačke.
U uobičajenom pristupu, detektovanje kroz koji prorez foton prolazi urušava talasnu funkciju i briše interferenciju. Ali u ovom novom modelu, ne radi se o uništavanju talasa. Radi se o prebacivanju između detektibilnih i nedetektibilnih fotonskih stanja. Merenje menja spregu fotona, a ne njegovu putanju. Ovaj pristup odražava nedavni razvoj u nauci o kvantnim informacijama. Tehnike slabog merenja[2], koje naučnicima omogućavaju da izvuku ograničene podatke bez potpunog kolapsa sistema, pokazuju da posmatranje može biti suptilno. Umesto ishoda sve ili ništa, merenje može nežno da izvuče informacije, otkrivajući skrivene slojeve kvantnog sistema. Slično tome, eksperimenti sa kvantnim brisačem, gde se interferencijski obrazac ponovo pojavljuje ili nestaje u zavisnosti od toga kako posmatrate sistem, ovde nalaze sveže objašnjenje. Ne radi se o tome da menjate istoriju fotona, već da određujete da li on postaje svetao ili taman učesnik u ishodu. Ova perspektiva sugeriše da kvantna mehanika nije samo o onome što postoji, već o tome kako naša interakcija definiše postojanje. Čin merenja nije samo posmatranje, već je participacija. Interpretacija tamnih fotona to prelepo obuhvata. Ona pre zamišlja interferenciju ne kao talase koji se sami poništavaju, već kao dinamičnu konverzaciju između skrivenih i vidljivih kvantnih stanja, razgovor koji postaje stvaran tek kada odlučimo da ga poslušamo.
Slika 3: Još jedan prikaz naizmeničnih traka svetlosti
Ovaj novi pristup čini više od ponovnog tumačenja eksperimenta. On proširuje naše celokupno razumevanje kvantnog ponašanja. Ako je tačan, mogao bi da promeni način na koji gradimo detektore, interpretiramo podatke, pa čak i koristimo svetlost kao kvantni alat. Prvo, tu je tehnologija. Ako tamni fotonski modovi zauzimaju oblasti za koje se nekada smatralo da su prazne, možda propuštamo signale u postojećim kvantnim sistemima. Budući detektori dizajnirani da manipulišu ili stimulišu prelaze između skrivenih i vidljivih fotonskih stanja mogli bi da otkriju fenomene koje nikada ranije nismo videli. Zamislite to kao da bacate baterijsku lampu u sobu za koju smo pretpostavljali da je mračna, samo da biste otkrili da je sve vreme bila puna. Ovaj koncept bi mogao da redefiniše kvantno senzorstvo. Uređaji koji koriste tamne režime mogli bi da omoguće ultra sigurnu komunikaciju ili preciznije kvantno računarstvo, gde skrivena stanja pružaju dodatne kanale informacija imune na dekoherenciju ili prisluškivanje. I ovo nije naučna fantastika. Nekoliko eksperimenata iz stvarnog sveta usaglašeno je sa ovim pristupom. Testovi kvantnog brisača pokazuju da na ishode detekcije mogu uticati buduća merenja. U okviru tamnih fotona, obrazac je uvek postojao, ali je zavisilo od nas da li ćemo ga učiniti vidljivim. Takođe, slaba merenja demonstriraju da se informacije mogu izvući bez potpunog narušavanja. Ovo podržava ideju da su nedetektovana stanja i dalje prisutna, samo nespregnuta. Štaviše, eksperimenti sa spregnutošću dugo su zbunjivali istraživače svojim trenutnim vezama na daljinu. Ponovno promišljanje prelaska jedne čestice između detektibilnih i skrivenih režima nudi novu interpretaciju za ovu kvantnu sablasnu akciju. Čak i detekcija gravitacionih talasa igra ulogu u ovome. Alati poput LIGO koriste stisnutu (squeezed) svetlost i kvantnu optiku za detektovanje slabih talasanja prostor-vremena. Razumevanje kako nedetektibilni režimi utiču na ponašanje svetlosti moglo bi dodatno da smanji kvantni šum i poboljša ova posmatranja. I zanimljivo, koncept tamnih fotona se već pojavljuje u kosmologiji. Neki istraživači predlažu da bi tamni fotoni, različiti ali konceptualno povezani, mogli da čine deo tamne materije. Model tamnih fotona mogao bi da posluži kao konceptualni most koji povezuje kvantnu optiku sa kosmologijom i fizikom čestica.
Kvantna svest dovedena pod znak pitanja
Ako je ova nova interpretacija tačna, uloga svesti kao neophodnog faktora za "urušavanje" superpozicije bi se mogla umanjiti, ili čak potpuno eliminisati. Razlozi su:
- Nema talasne funkcije koja se urušava na tradicionalan način.
- Merenje se u ovom kontekstu više posmatra kao fizička interakcija koja menja spregu fotona, a ne kao čin svesnog opažanja. Detektor (automatski, bez ljudskog posmatrača u tom trenutku) može izazvati ovu promenu sprege.
- Superpozicija bi se mogla posmatrati kao inherentno svojstvo kvantnih sistema koje postoji bez obzira na prisustvo svesti. Merenje samo otkriva jedno od mogućih stanja kroz promenu sprege.
Izvori:
[1]
https://youtu.be/DEF_3eBAaWg?si=AN2Xu2rSH1xn3J0c
[3] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.133603
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
