Jedna od najpoznatijih ideja kvantne fizike decenijama je funkcionisala gotovo paradoksalno: fizičari su je svakodnevno koristili za izračunavanja, eksperimenti su potvrđivali rezultate koje daje, ali njena osnovna pretpostavka nikada nije bila neposredno proverena na način koji je njen autor zamislio. Ričard Fejnman je još 1948. godine predložio da kvantna čestica, kada putuje od jedne do druge tačke, ne treba da se posmatra kao predmet koji bira samo jedan određeni put. U matematičkom opisu doprinos daju svi mogući putevi između početka i kraja, dok se njihovi kvantni talasi međusobno pojačavaju ili poništavaju. Zvuči kao apstraktna matematička konstrukcija, ali nova laboratorijska demonstracija pokazala je da se upravo takav opis može direktno rekonstruisati iz ponašanja pojedinačnih fotona. Phys.org je 31. avgusta predstavio eksperiment istraživačkog tima iz Kine koji je uspeo da analizira čak 1.419.857 mogućih putanja svetlosne čestice i proveri Fejnmanove pretpostavke sa preciznošću koja ranije nije bila dostupna.
Osnovni problem je u samoj prirodi kvantnog sveta. Ako pokušamo direktno da utvrdimo „kojim putem je foton prošao“, merenje utiče na sistem i menja rezultat. Istraživači zato nisu pokušavali da prate foton kao automobil na mapi, već su rekonstruisali njegovu amplitudu verovatnoće – veličinu koja u kvantnoj mehanici opisuje doprinos različitih mogućnosti konačnom ishodu. Eksperimentalna postavka koristila je precizno raspoređene kristale, ogledala i sočiva kroz koje su prolazili pojedinačni fotoni. Svaka promena faze i amplitude morala je biti izmerena sa ogromnom preciznošću, jer kada se kombinuje više od milion mogućih puteva, i najmanja sistematska greška može da naraste toliko da potpuno sakrije traženi efekat. Tim je zato morao da usavrši praktično svaki deo mernog postupka, od stabilnosti izvora svetlosti do načina obrade rezultata.
Fejnmanov integral po putevima danas je jedan od temelja moderne teorijske fizike. Koristi se u kvantnoj teoriji polja, fizici čestica, kondenzovanoj materiji i nizu drugih oblasti. Njegova velika snaga je u tome što kompleksno kvantno ponašanje pretvara u zbir doprinosa svih matematički mogućih istorija sistema. U svakodnevnom svetu takva ideja zvuči besmisleno: automobil koji ide od Beograda do Novog Sada sigurno nije istovremeno „uzeo u obzir“ sve puteve kroz Evropu. Na kvantnom nivou, međutim, interferencija različitih mogućnosti predstavlja jedan od osnovnih mehanizama prirode. Novi eksperiment ne znači da je foton bukvalno mali objekat koji fizički putuje svim stazama na isti način na koji zamišljamo klasično kretanje. Mnogo preciznije je reći da ponašanje sistema zaista odgovara matematičkoj strukturi u kojoj svi mogući putevi nose određeni doprinos.
Najzanimljivija stvar kod ovog eksperimenta jeste koliko dugo fundamentalna nauka ponekad može da čeka na tehnologiju koja će omogućiti direktnu proveru. Fejnman je ideju formulisao u vreme kada nisu postojali laseri kakve danas koristimo, pojedinačni fotoni nisu mogli da se kontrolišu današnjom preciznošću, a računarska obrada više od milion putanja bila bi nezamisliva. Skoro osam decenija kasnije ista ideja izašla je iz matematičkog zapisa i pojavila se na laboratorijskom stolu. To je dobar podsetnik da teorija i eksperiment često ne napreduju istom brzinom. Ponekad nauka veoma dobro zna šta bi trebalo proveriti, ali mora da sačeka nekoliko generacija dok instrumenti ne postanu dovoljno precizni da prirodi postave pravo pitanje.
S.B.
