U težnji pronalaženja odgovora na to pitanje, prvo se fokusiralo na svijetlo. Danas znamo da je svijetlo sastavljeno od bosona nazvanih fotonima, no koja je njihova priroda? Grčki znanstvenici pradavne Pitagora-nske discipline su postulirali da svaki vidljivi objekt emitira konstantni niz čestica, dok je Aristotel ustvrdio da svijetlo putuje na način sličan valovima oceana.

Christiaan Huygens    

Skoro u isto vrijeme emergirala je i druga teorija, koju je postavio engleski fizičar Sir Isaac Newton. 1672. je Newton objavio svoj prvi znanstveni tekst o svijetlu i boji u Philosophical Transactions of the Royal Society. Tekst je općenito bio dobro primljen, no Hooke i Huygens su prigovarali Newton-ovom pokušaju dokazivanja, samo ekperimentom, da se svijetlo sastoji od kretanja malih čestica umjesto valova. A u svom djelu iz 1687.  Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Mathematical Principles of Natural Philosophy) Newton nastavlja objašnjavati da se svijtlo sastoji od serije tananih čestica ili "korpuskula". Ta korpuskularna teorija ili teorija čestica  je objašnjavala zašto svijetlo putuje pravocrtno i zašto ne treba medij kroz koji bi svijetlo putovalo. No ostalo je nekoliko problema vezanih tu teoriju čestica, uključujući i pokušaje objašnjavanja zašto se zrake svijetla mogu križati bez međusobno g otklona (jer ako se radi o česticama sigurno bi se međusobno sudarale kao i automobili ukoliko prolaze crvenim svijetlom). Dvije su se teorije natjecale za opće prihvaćanje više odva stoljeća i mnogi su prominentni znanstvenici zauzimali suprotna stajališta, argumentirajući svoju poziciju iz velikog uvjerenja.

1801. britanski znanstvenik Thomas Young je izveo pokus koristeći postavu s pločom s dvostrukim prorezom za testiranje prirode svijetla. Razmišljao je ako se svijetlo sastoji od čestica, ono bi pravocrtno putovalo od izvora kroz proreze do zaslona na kraju postava; na zaslonu, bi se pojavile dvije pruge svijetla. Ako je pak svijetlo sastavljeno od valova, ono bi se zračilo prema dva otvora, te ponovno od svakog od tih otvora na svom putovanju prema zaslonu. Na mjestima gdje se svijetlo iz dva otvora preklapa, valovi bi međusobno inteferirali. Na zaslonu bi se pojavili nizovi pruga svijetla, predstavljaju interferencijsku mustru karakterističnu za preklapanje simetričnih valova.

Young-ov eksperiment je jasno demonstrirao ponašanje svijetla kao vala, stvaranjem konstruktivne i destruktivne interferencije, što je dovelo do rezultata s višestrukim prugama, što je očekivano interakcijom valova. I tako je slijedećih 85 godina, znanstvena zajednica odbacila Newton-ovu korpuskularnu teoriju svijetla u korist valne teorije svijetla.

Međutim, klasificiranjem svijetla valom, ponovno se otvorila zbunjujuća tema. Ako bi svijetlo bilo val, onda bi se prema valnoj teoriji, svijetlo trebalo kretati medijem. Međutim, motreno je kretanje svijetla kroz vakum u prostoru, mjestu u kojem očito nema medija. Stoga je opet počelo ozbiljno traganje za mističnim Æther-om.

1881. američki znanstvenik Albert Michelson je izumio uređaj tako osjetljiva, da se za njega mislilo kako bi mogao detektirati æther. Njegov izum, interferometar, je bio temeljen na dva principa valova. Prvi, interferencija dvaju razgoeđnih (fazno - op. prev.) valova je ili destruktivna ili konstruktivna (kako je to demonstrirano u Young-ovom eksperimentu), što znači da će oni formirati različite interferencijske mustre.

Drugo valno svojstvo je širenje vala medijem u kretanju. Motritelju koji gleda na val u nizu, će se činiti da se val kreće sporije, ako ide kontra kretanja medija odnosno brže ako se kreći niz kretanje medija. Michelson je pretpostavio da u slučaju popunjenosti svemira æther-om i Zemljom koja se kreće kroz njega, onda bi se trebalo  moći uočiti promjenu brzine svijetla pri prolazu kroz ono što je nazvao "vjetrom æthera". 

Michelson-ov interferometar je zamišljen za otkrivanje te razlika u percipiranoj brzini svijetla, nezavisno o tomu koliko bi mala ta razlika mogla biti. Za provedbu pokusa je jednostavno fokusirao zraku svijetla i podijelio ju je sa zrcalom pa je jedna zraka išla jednim putom a druga se kretala pod pravim kutom na prvu zraku. Michelson je onda ponovno spojio zrake nakon što su obje proputovale potpuno istu udaljenost u trenutku spajanja. Dakle, postojat če uvijek razlika u kretanju valova svijetla relativno prema vjetru æthera. Ako bi se bilo koja zraka usporila ili ubrzala, dvije bi zrake mustru interferencije.

No Michelson nije nikada našao nikakvu interferenciju koju bi mogao pridružiti poznatoj netočnosti svog uređaja. Dakle, njegov prvi test je uveo sumnju u pretpostavku kako će vjetar æthera ubrzati ili usporiti svijetlo na bilo koji mjerljivi način.

1887. Michelson i novi suradnik E.W. Morley su poboljšali osjetljivost svog instrumentarija, no nisu mogli identificirati NIKAKVU raspoznatljivu promjenu u brzini svijetla, dok je prolazila kroz vjetar æthera.

Michelson-Morley eksperiment je ozbiljno doveo u pitanje postojanje æthera, prisiljavajući znanstvenu zajednicu na prihvaćanje svijetla kao vala bez medija.


Od fotona do elektrona

Na prijelazu u novo stoljeće, većina znanstvenika je bila uvjerena u potpunu opisanost svijetla kao vala uprkos nepostojanju medija. Međutim, dok je valni model pristojno objašnjavao interferencijska, difrakcijska i polarizacijska svojstva svijetla, malo je učinio na objašnjavanju refleksijskih, refrakcijskih i fitoelektričkih svojstava svijetla promatrana u eksperimentima. Samo pretpostavljanjem svijetla kao niza čestica su se ta svojstva mogla primjereno objasniti.

1900, fizičar max Planck je pokazao kako se određeni učinci u fizici mogu jedino objasniti ako se svijetlo promatra ka niz čestica. 1921, je Albert Einstein dobio Nobel-ovu nagradu u fizici za svoj rad, kojim je pokazao kako bi se korpuskularnom prirodom svijetla moglo objasniti "fotoelektriki učinak".

Onda se pronašlo kao i elektroni demonstriraju tu dualnu prirodu

Elektron je otkriven 1897. To je bila čestica, koja se mogla izolirati, koja se nije mogla dalje dijeliti pa se tako pokazala elementarnom česticom odnosno jedinicom. Svaki je elektron upravo isti kao i drugi elektroni i neme nikakvih parcijalnih elektrona. To je bila fizikalna čestica, koja se mogla emitirati (za razliku od fotona), držati na dlanu ruke. Kružila je oko jezgre atoma (no ne na jednostavan način kako to u početku postulirao Niels Bohr u svom modelu ljuski).  No čudnost kvantne fizike je počela, kada se s elektronom izveo eksperiment s dva otvora.

Uređaj za eksperiment s dvostrukim otvorom je u biti isti kao i onaj u originalnom eksperimentu Young-a sa svijetlom; međtuim, zaslon se zamijenio s fosforescentnim zaslonom sposobnim za svijetljenje male točkice pri udaru elektrona.

Dr. Richard Feyman je volio diskutirati o tom eksperimentu i govoriti o pucanju iz automatske puške na metalnu ploču s dva proreza. Zbog jasnoće njegove obrade eksperimenta, naziva ga se često "Feyman-ove" dvostruki prorez.

Ako pretpostavimo elektrone kao čestice, kao metke iz automatske puške i pucamo ih proizvoljno na dvostruki prorez, pojedinačno, očekivali bi jednostavno gomilanje elektrona s druge strane proreza. Zato što su elektroni čestice, koje ne bi međusobno interferirale, već bi jednostavno putovale kroz jedan od dva proreza i golilale se na drugoj srani. Očekivali bi nakon eksperimenta sliku sličnu slijedećoj:                                                                                      

 Dr. Richard Feyman

To međutim nije distribucija čestica, već mustra interferencije slična kada promatrama svijetlo. Elektroni se ponašaju kao valovi. Ako se ponašaju kao valovi, a ispaljujemo ih pojedinačno, s čim onda interferiraju? U tom eksperimentu postoje samo četiri moguća puta, kojima bi elektroni mogli putovati:

• elektron prolazi kroz desni prorez
• elektron prolazi kroz lijevi prorez
• elektron prolazi kroz oba proreza
• elektron ne prolazi niti jednim prorezom i dolazi do zaslona nekim drugim putom.

Opcija prolaženja kroz oba proreza izgleda vrlo mogućom temeljem naših motrenja, jer za kreiranje mustre interferencije, nešto se mora zračiti iz oba proreza. Međutim, već znamo već znamo iz naše diskusije o kvantu, kako nema takve stvari kao što je polovica elektrona, a isto tako znamo kako automatska puuška ispaljuje elektrone pojedinačno.

Pa što se onda događa? Za odgovor na ovo pitanje postavljamo detektor elektrona na svaki prorez. Oni su dovoljno osjetljivi da mogu otkriti jedan jedini elektron. To će nam omogućiti utvrđivanje točnog puta elektrona tijekom prolaska kroz prorez i dalje prema zaslonu. Kada ponovimo eksperiment, uočavamo kako polovica elektrona putuje kroz desni prorez a druga polovica kroz lijevi prorez. nema elektrona koji prolaze kroz oba proreza odnosno svi elektroni prolaze samo kroz jedan prorez. No kada gledamo na zaslon kako bi vidjeli mustru koja se formira, nešto se iznenađujuće događa; ne formira se mustra interferencije. Umjesto toga vidimo očekivano nakupljanje kao rezultat predviđajući ponašanje elektrona kao čestica.

Možda detektori elektrona stvaraju problem, pa smo ih stoga isključili (no ostavivši ih na svom mjestu) i ponovimo eksperiment. Na iznenađenje, mustra interferencije se vratila.

Detektiranje elektrona kod proreza, prisilili smo ih na ponašanje kao čestice, pa smo dobili rezultirajuću distribuciju čestica.

Zatim smo vjerujući kako je možda stvarno funkcioniranje detektora promijenilo rezultate, pa smo stoga opet probali eksperiment, no ovj put smo ostavili detektore uključene, no nismo skupljali podatke o tomu kroz koji je prorez elektron prošao. Rezultat:  vidjela se mustra interferencije i elektroni su se ponašali kao valovi.

Što bi bilo ako bi bilježili rezultate detektora, ali izbrisali podatke prije nego što pogledamo rezultate? Rezultat takvog tijeka eksperimenta: pojavljuje se mustra interferencije a elektroni se ponašaju kao valovi. Treba napomenuti kako je u ovom scenariju, eksperiment kompletan sa svakog aspekta ako odlučimo obrisati zabilježene podatke s proreza. Sve do tog trenutka, nema apsolutno nikakve razlike u ovom testu i onom izvedenom ranije, koji je proizveo nakupine čestica dok smo gledali na podatke s proreza. A dobili smo drugačije rezultate. Izgleda kako smo kompletnim brisanjem podataka s proreza u stvari promijenili rezultat već zvaršenog eksperimenta.

Stoga dovedimo to do ekstrema. Ovog puta, bilježit ćemo podatke na oba proreza i na zaslonu, no šifrirat ćemo podatke da izgledaju potpuno besmisleno. Možemo kreirati program koji bi ili:

1. brisao podatke s proreza i dešifrirao podatke sa zaslona
2. dešifrirao i podatke s proreza i podatke sa zaslona.

Ponovili smo eksperiment, zatim smo poslali podatke i program u Kongres, neka oni glasuju o izboru kojeg bi trebali odabrati.

Mjesec dana kasnije, recimo kongresmeni su odabrali opciju 1. Kada se izvede program, vidimo da je mjesec dana ranije eksperiment dao mustru valne interferencije. međutim, ako su odabrali opciju 2, vidimo kako je mjeseca dana ranije eksperiment mustru nakupljanja čestica. Izgleda kako možemo izabrati rezultat mjesecima ili čak godinama kasnije. I promjenom rezultat, mislimo kako taj proizvoljni, zakašnjeli izbor tujecati na stvarnu lokaciju pogodaka elektrona prema zapisu detektora elektrona na pozadini zida, predstavljajući događaj koji se pretpostavljeno morao dogoditi danima, mjesecima pa čak i godinama prije. Događaj za koga pretpostavljamo događanje u prošlosti (elektron udara u detektorski zaslon) će, kako se pokazuje, korelirati s izborom koga smo odabrali dugo nakon završavanja eksperimenta.


Što je uzrok toj razlici?

Pokazuje se da su rezultati tog eksperimenta, utoliko koliko su znanstvenici mogli utvrditi, zavisni o tomu ispitujemo li rezultate na zaslonu sa znanjem aktivnosti elektrona na prorezu ili ne. Dakle, čin osjetilnog/osjećajnog bića teži da će mjerenje prouzročiti svojstvo stvari, koje se može mjeriti itime proizvesti definitivno svojstvo koje se može mjeriti.

Evidentno, ako gledamo što se događa na prorezima, prouzročit ćemo nepovratnu promjenu ponašanja elektrona. To se uobičajeno naziva "Heisenberg-ovim principom neizvjesnosti". Zaključak svega toga je da ne postoji nikakav eksperiment, koji nam može reči što elektroni rade na prorezima a da to ujedno i ne uništi mustru interferencije. Put elektrona od elektronske puške do zaslona nije poznat kada vidimo mustru interferencije. Put elektrona od elektronske puške do zaslona nije poznat kada vidimo mustru interferencije. Kao što je reako Heisenberg: "Put [elektrona] nastaje samo kada ga promatramo."

Možemo misliti o vjerojatnosti gdje je elektron val tj. većoj vjerojatnosti očekivanja pronalaska elektrona u jednoj točki ima maksimum (vrh vala), dok točka gdje se elektron najmanje očekuje ima minimum (dolina vala), pa stoga kada ne promatamo val vjerojatnosti s dva vrha na prorezima, prestavljajući postojanje 50% šanse prolaska elektrona kroz desni prorez i 50% šanse prolaza kroz lijevi prorez. Ta dva vala vjerojatnosti zd dva proreza, se onda rekombiniraju na zaslonu i uzrokuju mustru interferencije.


Vjerojatnost vala

Proizlazi kako je elektron (ili čak i foton svijetla kako smo najprije diskutirali)  val prije mjerenja. No nije val u smislu oceanskog vala. Nije val materije, već je,  kako očito proizlazi, val vjerojatnosti (val potencijaliteta - op. prev.). To znači, kako su elementarne čestice, koje tvore drveće, ljude i planeta - sve ono što vidimo oko sebe - očito samo distribucije šansi (vjerojatnosti) sve dok se ne mjere (odnosno mjere ili promatraju).

Šok materije kao večim dijelom praznog prostora je možda već bio dovoljan šok - naime, ako bi atom bio veličine kao veliki stadion, onda bi elektroni trebali biti veličine čestice prašine, koje plutaju okolo na svim udaljenosti unutar stadiona, dok bi jezgra ili centar atoma, trebao biti manji od grape-a. No prema kvantnoj fizici, sam atom u stvari ne postoji sve dok ga se ne mjeri. Moglo bi se onda riskantno pitati, što to znači mjeriti nešto? A to nas odvodi natrag na Princi neodređenosti, koga je prvi otkrio Werner heisenberg. Dr. Heisenberg je pisao: "Neki bi fizičari preferirali vraćanje ideji objektivnog realnog svijeta, čiji najmanji dijelovi objektivno egzistiraju u istom smislu u kojem kamenje ili drveće egzistira nezavisno o tomu da li ih promatramo. No to je međutim nemoguće."

Od 1927, standardno kvantno mehaničko objašnjenje razlike rezultata u eksperimentu s dvostrukim prorezom je slijedeće - u jednosm skupu eksperimenata znamo krzo koji je prorez elektron prošao; u drugom skupu eksperimenata, ne znamo kroz koji je prorez elektron prošao. Taj zaključak dio "Kopenhaške interpretacije" kvantne mehanike.

Prema kvantnoj mehanici, sve kvantne jedinice pokazuju svojstva, koja vidimo u eksperimentu s dva proreza, već smo vidjeli potpuno isto ponašanje fotona i elektrona, iako izgleda međusobno nemaju ništa zajedničko. Sve je u cijelom svemiru napravljeno iz kvantnih jedinica. Ako je to slučaj, što točno imaju skeptici na umu kada govore o "realnom svijetu", kao nečemu što bi bilo na neki način drugačije od paketa elektrona u laboratoriju? Ono što vidimo u laboratoriju je "realni svijet"; u stvari to i je realni "realni svijet." Eksperiment s dva proreza s fotonima ili elektronima je izgledao prilično jednostavno/pošteno; no svako od višestrukih pormatranja je stvarno slijedilo precizna pravila kvantne mehanike, a ne naša "intuitivna" pravila o tomu kako bi se stvari trebale ponašati, temeljem promatranja našeg svakodnevnog iskustva. Materija, sva materija se dakle ponaša kao val (dok se ne promatra) te kao čestica (kada se promatra). Tomu je u kvantnoj fizici dano ime 'dualitet val-čestica.

Znanstvenici nastavljaju povečavati skalu eksperimenta podvrgavajući sve veće objekte eksperimentu s dvostrukim prorezom. Protoni, koji su sastavljeni od maksimalno tri kvanta, podvrgnuti su testu s dvostrukim prorezom s istim rezultatom kao i kod fotona i elektrona. Nedavno su podvrgnuti tom eksperimentu i helijevi atomi, koji se sastoje od po dva elektrona, dva protona i dva neutrona s istim rezultatima. Čak je nedavno  i 60 atoma ugljika proputovalo na potpuno isti način. Kvantna fizika tvrdi da će SVA materija pokazivati iste rezultate, čak i šalica kave.

Pa što to onda znaći?

Drveće, automobili, kuće, u stvari, svi objekti koje promatramo u svakodnvnici života nisu ništa drugo do kolekcija valova vjerojatnosti (mogućnosti, potencijaliteta - op. prev.) sve dok ih se stvarno ne mjeri ili promatra. I nema veze rpomatramo li ih danas ili sutra ili slijedeće godine, jer vrijeme nema važnosti. Tek pomoću svog motrenja, našeg osjetilnog znanja 'realiteta', forsiramo kolaps mnogih valova mogućnosti u izalz koga promatramo. Drugim riječima: