Ta Bellova misao je, prisjetit će se Alain Aspect 30-ak godina kasnije, ukazivala na dvije stvari: (i) već dobro poznati Bellov smisao za humor i (ii) stanje u akademskoj zajednici po pitanju ikakvoga propitkivanja temelja kvantne mehanike jer, kao što bi uskliknuo moj mentor: 'Bože moj!', pa što se tu ima propitkivati kod teorije koja je toliko puta već provjerena i koju su desetljećima razvijali, pa i razvili, najveći umovi 20. stoljeća – i to još propitkivati relativno jednostavnim eksperimentom koji se sastoji od nekoliko optičkih elemenata i detektora.

O kakvom je propitkivanju kvantne mehanike riječ? Iako su sudjelovali u stvaranju kvantne mehanike, neki fizičari, među kojima su Albert Einstein (koji je kvantizirao elektromagnetsko zračenje), Erwin Schrödinger (unutar struke poznat po jednadžbi, a u narodu po mački) i Louis de Broglie (koji je predložio valna svojstva čestica), nisu se slagali po pitanju temelja kvantne mehanike sa školom koja će se kasnije nazvati Kopenhagenska interpretacija kvante mehanike i koju su propagirali velikani kvantne mehanike tog vremena Niels Bohr, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Max Born itd., a koja je naposljetku prevladala među fizičarima, uz vjerojatno najpopularniji pristup interpretativnim problemima kvantne mehanike što ga je David Mermin nazvao 'šuti i računaj' (na što su mu neki filozofi znanosti odgovorili: 'računaj i šuti!').

Neslaganje se odnosilo na pitanja o potpunosti kvantne mehanike i značenja valne funkcije, a rezultiralo je popularnim misaonim eksperimentima kao što su spomenuti Schrödingerova mačka i EPR paradoks, ali i emotivnim izjavama netrpeljivosti kao kada je Schrödinger proglasio da mu je žao što je imao ikakve veze s kvantnom mehanikom ili kada se na jednom od predavanja požalio studentima da 'koriste njegovu lijepu valnu mehaniku za računanje njihovih usr*nih matričnih elemenata', aludirajući na kopenhagenovce i Heisenbergovu matričnu mehaniku. No što je to EPR paradoks i kakve veze s čitavom pričom imaju Bell i Aspect?

U EPR paradoksu, originalnog naziva 'Može li se kvantnomehanički opis prirode smatrati potpunim?', trojac Einstein-Podolski-Rosen (EPR) 1935. godine pokazao je da, uz određenu pretpostavku, formalizam kvantne mehanike vodi prema zaključku da je kvantna mehanika nepotpuna. Ta određena pretpostavka bila je lokalnost: događaj u točki A ne propagira se beskonačnom brzinom do točke B, već je potrebno neko vrijeme ograničeno brzinom svjetlosti. Ona sama po sebi nije zvučala kao neka posebna pretpostavka, već nešto što bi se trebalo uzimati zdravo za gotovo.

Tri koraka

Taj se misaoni eksperiment, u modernijoj Bohmovoj verziji, sastoji od sljedeća tri koraka: 1) uzmimo dvije čestice koje su u posebnom spregnutom stanju u kojem im je ukupni spin nula, što znači da ćemo kod mjerenja uvijek naći suprotne smjerove spinova čestica, ali dok ne izmjerimo, obje čestice su u superpoziciji spin gore i spin dolje; 2) pošaljimo dvije čestice Alice i Bobu koji su 'beskonačno' daleko jedan od drugoga tako da bilo što što napravimo jednoj čestici ne može utjecati na ono što se događa kod druge čestice (lokalnost); 3) neka Alice izvrši mjerenje. Ako je Alice dobila spin gore, ona zna da je spin Bobove čestice usmjeren dolje. No kako zbog pretpostavke lokalnosti ništa što je Alice napravila nije moglo utjecati na to što se događa kod Boba, zaključak je da su spinovi čestica već od početka bili definirani (Alice i Bob su samo saznali te vrijednosti mjerenjem), a ne u stanju superpozicije, kako kaže kvantna mehanika.

Stoga je kvantna mehanika nepotpuna teorija jer smo upravo našli primjer unutar same kvantne mehanike te polazeći od kvantnomehaničke valne funkcije, koja stavlja spinove u superpoziciju, zaključujemo da spinovi nisu bili u superpoziciji, što je paradoks. Premda, kod paradoksa se valja sjetiti definicije velikog fizičara Richarda P. Feynmana: 'Paradoks je tek konflikt između stvarnosti i našeg osjećaja kakva bi stvarnost trebala biti.'

Trebalo je proći tridesetak godina da irski fizičar John S. Bell objavi članak naslova 'O Einstein-Podolski-Rosen paradoksu', u kojem je uspio 'kvantificirati' predloženi paradoks tako da je pokazao da svaka lokalna teorija mora zadovoljavati određene matematičke relacije (Bellovu nejednakost), koju kvantna mehanika grubo krši, stoga je, zaključit će Bell, kvantna mehanika nelokalna teorija. Ovakva kvantifikacija omogućila je eksperimentalnu provjeru tvrdnji danih u EPR članku te na scenu stupaju eksperimentalni fizičari koji će se narednih desetljeća usuditi provjeravati temelje kvantne mehanike, a jedan od njih je i spomenuti francuski fizičar Aspect.

Prvi eksperiment koji je testirao Bellovu nejednakost

Premda je američki fizičar John Clauser već 1972. godine napravio prvi eksperiment koji je testirao Bellovu nejednakost, Aspect je početkom osamdesetih proveo niz unaprijeđenih ključnih eksperimenata nad spregnutim fotonima u kojima je (i) unaprijedio izvor, odnosno razvio stabilan izvor spregnutih fotona u kalciju koji je davao poboljšan omjer signala i šuma, (ii) koristio je bolje polarizatore i (iii) uveo brzo mijenjanje postavki polarizatora dok su fotoni već bili u letu, čime je osigurao da odluka o orijentaciji ne može biti unaprijed poznata i tako isključio lokalno skriveno objašnjenje rezultata. Treća stavka je najbitnija jer je tako Aspect, na genijalan način, osigurao da su Alice i Bob (koji pomoću polarizatora mjere spin/polarizaciju fotona), efektivno 'beskonačno razdvojeni' (uvjet EPR paradoksa), odnosno: kad je prvi foton već u letu, orijentacija polarizatora na drugoj strani još nije postavljena, nego se postavlja tek u 'zadnjem' trenutku, a udaljenost između detektora je takva da promjena orijentacije na jednoj strani i detekcija na drugoj strani nisu mogli biti povezani signalom koji putuje brzinom svjetlosti.

Rezultat je bio narušenje Bellove nejednakosti koje, slijedi iz Bellova teorema, ukazuje na nelokalnost prirode; odnosno, citirajući samog Aspecta: 'Možemo zaključiti da kvantna mehanika ima određenu nelokalnost u sebi te da je nelokalni karakter potvrđen eksperimentima. Međutim vrlo je važno napomenuti da je ta nelokalnost izrazito suptilna i ne može biti iskorištena za komunikaciju bržu od brzine svjetlosti.' Ili kao što jednom reče Einstein: suptilan je Bog, ali zao nije.

Godine 2022., 47 godina nakon što ga je Bell zabrinuto upitao o njegovoj akademskoj karijeri, Aspect će podijeliti Nobelovu nagradu iz fizike s Johnom Clauserom i Antonom Zeiligerom za 'eksperimente sa spregnutim fotonima, koji su pokazali narušenje Bellovih nejednakosti' i time udariti temelje drugoj kvantnoj revoluciji u kojoj se razvijaju kvantna računala i kvantne komunikacije, a zbog koje je UN upravo ovu godinu proglasio Svjetskom godinom kvantne znanosti i tehnologije.