Jedan od najpoznatijih principa u fizici je Ajnštajnova univerzalna granica brzine: ništa ne može putovati brže od svetlosti. To je ideja koju intuitivno razumemo. Kada bi Sunce iznenada nestalo, ne bismo to primetili odmah. Prošlo bi osam minuta pre nego što bi tama zavladala i pre nego što bi Zemlja odletela u svemir. Ovaj princip lokalnosti – ideja da se uticaji šire od mesta do mesta, a ne trenutno – temelj je moderne fizike.

Međutim, 1935. godine, sâm Ajnštajn je smislio misaoni eksperiment koji je sugerisao da kvantna mehanika krši ovaj "najsvetiji princip u fizici". Njegove brige su decenijama bile ignorisane. Fizičari su pretpostavljali da je ostareli genije jednostavno bio u krivu. A onda je eksperiment dokazao suprotno. Kvantna fizika zaista probija univerzalnu granicu brzine. 

Ajnštajn nije bio 'u krivu' za kvantnu mehaniku – bio je u pravu u vezi sa njenim najvećim problemom

Popularna priča kaže da je Ajnštajn u starosti postao tvrdoglav, nesposoban da prihvati bizarnu, probabilističku prirodu kvantne teorije. Ali to nije istina. Njegov glavni prigovor nije bio na nasumičnost, već na nešto mnogo dublje: na nelokalnost, koja je proisticala direktno iz najproblematičnijeg dela dominantne teorije – kolapsa talasne funkcije.

Na čuvenoj Solvayskoj konferenciji 1927. godine, predstavio je jednostavan misaoni eksperiment: zamislite da ispalite jedan elektron ka ekranu. Kvantna mehanika kaže da se njegov talas verovatnoće širi kroz prostor. Kada elektron udari u jednu tačku na ekranu, njegova talasna funkcija trenutno kolabira na nulu svuda drugde, bez obzira koliko je taj "svuda drugde" daleko. Za Ajnštajna, ovaj trenutni uticaj na daljinu bio je apsurdan. To je kršilo princip lokalnosti, temelj njegove teorije relativnosti. Zaključio je da je način na koji talasna funkcija kolabira nelokalan i da je, stoga, sama talasna funkcija problem.

Međutim, Ajnštajnov argument je bio toliko jednostavan i ispred svog vremena da ga publika, uključujući i najuticajnijeg čoveka u kvantnoj fizici, Nilsa Bora, jednostavno nije razumela. Bor je zbunjeno izjavio: „Osećam se u veoma teškoj poziciji jer ne razumem tačno šta Ajnštajn želi da kaže. Nema sumnje da je to moja greška.” Ajnštajn je smatrao da je dominantno tumačenje kvantne mehanike manjkavo, nazivajući ga:

...umirujućom filozofijom ili religijom.

Filozofska rasprava je rešena stvarnim eksperimentom

Fizička zajednica, predvođena Nilsom Borom, uglavnom je odbacila Ajnštajnove brige. Borov institut u Kopenhagenu bio je centar novog polja, a njegov autoritet bio je ogroman. Mladi naučnici su, kako se jedan prisećao, sedeli doslovno do njegovih nogu „kako ne bi propustili nijednu reč”. Nažalost, istorija pokazuje da je Bor suštinski pogrešno razumeo Ajnštajnove argumente. U jednom dokumentovanom slučaju, prepričavajući Ajnštajnov misaoni eksperiment, Bor je izostavio ključnu komponentu (ogledalo), potpuno promašivši poentu, ali je ipak proglasio pobedu. Pošto je istoriju pisao pobednik, zajednica je prihvatila da je Bor rešio problem.

Rasprava između kopenhagenske interpretacije i Ajnštajnove pretpostavke o "lokalnim skrivenim varijablama" smatrala se pukom filozofijom. Pošto su obe teorije davale ista eksperimentalna predviđanja, većina fizičara je sledila mantru "ućuti i računaj". Činilo se da je to rasprava iz fotelje, a ne "prava fizika".

Decenijama kasnije, priča je dobila svog heroja. Fizičar Džon Bel imao je sumnje u vezi sa kvantnom mehanikom još od prvog predavanja na fakultetu. Godinama kasnije, uzeo je akademsko odsustvo da bi konačno istražio te sumnje. Proučavajući Ajnštajnov zaboravljeni EPR rad, koji su mnogi otpisali, shvatio je da je Ajnštajnova logika bila besprekorna. Bell je nakon toga napisao:

Osećao sam da je Ajnštajnova intelektualna superiornost nad Borom u ovom slučaju bila ogromna; ogroman jaz između čoveka koji je jasno video šta je potrebno i opskurantiste.

Bel je došao do ključnog uvida. Osmislio je novu verziju EPR eksperimenta sa jednim "obrtom": eksperimentatori bi mogli da biraju da mere spin isprepletenih čestica duž jedne od tri različite ose (0, 120 ili 240 stepeni). Ono što je najvažnije, ova postavka bi naterala dve suparničke teorije da predvide različite, merljive rezultate, pretvarajući filozofiju u proverljivu fiziku.

Uticaji brži od svetlosti su stvarni (i dokazani)

Belov teorem je sveo kompleksnu raspravu na jednostavnu, testabilnu razliku u predviđanjima:

• Nelokalna kvantna mehanikapredviđa da će se, kada se mere na različitim osama, spinovi čestica razlikovati u 25% slučajeva.
• Bilo koja moguća teorija lokalnih skrivenih varijablipredviđa da se rezultati moraju razlikovati u najmanje 33% slučajeva.

Kada je eksperiment konačno izveden, najpoznatiji su bili eksperimenti Alena Aspekta. Njihova realizacija je bila pravi "eksperimentalni tour de force", podvig koji je konačno preneo decenijsku filozofsku debatu u stvarni svet. Rezultati su bili nedvosmisleni. Stopa neslaganja bila je tačno 25%, savršeno se poklapajući sa predviđanjem kvantne mehanike.

Zaključak je bio dubok i neizbežan: početna pretpostavka o lokalnosti mora biti pogrešna. Sam univerzum je nelokalan. Ono što se dogodi jednoj čestici može trenutno uticati na drugu, bez obzira na udaljenost koja ih deli. Kao što je Bel zaključio, suočeni sa dokazima:

Prinuđeni smo da se pozovemo na nešto poput dejstava koja se odvijaju brže od svetlosti sa jednog mesta na drugo.

Ipak, ne možete slati poruke brže od svetlosti

Ovo otkriće otvara očigledan paradoks: ako postoje uticaji brži od svetlosti (FTL - faster-than-light), zašto ne možemo da ih koristimo za slanje FTL poruka, kršimo uzročnost i šaljemo informacije u prošlost?

Odgovor leži u genijalnom "izuzetku" prirode: nasumičnosti. Iako je uticaj trenutan, ishod svakog pojedinačnog merenja je potpuno nasumičan. Kada izmerite da je jedna isprepletena čestica "plus", znate da je druga istog trenutka postala "minus". Međutim, ne postoji način da kontrolišete da li će prva čestica biti "plus" ili "minus". Taj ishod je stvar čiste slučajnosti.

Pošto su pojedinačni rezultati nasumični, nikakva kontrolisana informacija se ne može poslati. Kvantna mehanika tako "krši duh" Ajnštajnove granice brzine, ali ne i njeno slovo. Ovo nas spasava od katastrofalnih paradoksa putovanja kroz vreme.

Paralelni univerzumi bi mogli da 'spasu' Ajnštajnov princip lokalnosti

Postoji još jedan, radikalan način da se reši ovaj problem. Interpretacija "Mnogih svetova" nudi alternativu koja u potpunosti eliminiše problematični "kolaps talasne funkcije".

U ovom pogledu, kada merite česticu, ne prisiljavate je da odabere jedan ishod. Umesto toga, oba ishoda se dogode. U trenutku merenja, univerzum – i vi kao posmatrač – cepa se na paralelne verzije, po jednu za svaki mogući ishod. Vi postajete isprepleteni sa česticom, a jedna vaša verzija vidi "plus", dok druga, u paralelnom svetu, vidi "minus".

 

Prednost ovakvog pogleda je ogromna: on obnavlja lokalnost. Nema potrebe za signalom bržim od svetlosti koji bi udaljenoj čestici rekao šta da radi, jer sve mogućnosti već postoje u različitim granama stvarnosti. Interpretacija Mnogih svetova zaobilazi Belov teorem, jer teorem pretpostavlja da svako merenje ima samo jedan ishod. Ovo bi moglo da razreši fundamentalni sukob između kvantne mehanike i opšte relativnosti, potencijalno ispunjavajući Ajnštajnov san o lokalnom opisu stvarnosti – ali po cenu prihvatanja beskonačnog broja paralelnih univerzuma.

Zaključak: Koju realnost biste Izabrali?

Putovanje nas je vodilo od Ajnštajnovog "sablasnog" misaonog eksperimenta, kroz decenije nerazumevanja i odbacivanja, do konačnog eksperimentalnog dokaza da naš univerzum sadrži veze brže od svetlosti. Na kraju, ostaje nam izbor između dve podjednako zapanjujuće vizije stvarnosti.

Da li je univerzum fundamentalno nelokalan, prožet trenutnim uticajima koji povezuju najudaljenije kutke kosmosa? Ili je u potpunosti lokalan, ali samo zato što se neprestano grana u beskonačan broj paralelnih svetova sa svakom kvantnom interakcijom? Razmislite sami: koja je od ove dve mogućnosti neverovatnija?

Iavor: Veritasium