V tomto blogovém příspěvku zkoumáme možnosti aplikace teorií mikroskopického světa, jako je kvantová mechanika, na makroskopický svět a jak by to mohlo být využito k předpovědi nebo změně budoucí společnosti.
Svět, ve kterém žijeme, je makroskopický svět, který lze rozlišit vizuálně. Jinými slovy, žijeme ve světě, kde dokážeme rozlišovat objekty přijímáním fotonů, které z nich vyzařují, a rozpoznáváním jejich očima. Vzhledem k omezením našich očí a skutečnosti, že mikroskopický svět, jako jsou atomy, je malý jako fotony, o něm však nic nevíme. Rychlý rozvoj fyziky ve 20. století vedl k zkoumání mikroskopického světa a ke vzniku mnoha mikroskopických teorií, které nelze aplikovat na makroskopický svět. Jelikož však tyto mikroskopické teorie nakonec vytvořili lidé v makroskopickém světě, mohou se jednat o teorie, které lze aplikovat na makroskopický svět z jiného úhlu pohledu.
Takové vědecké bádání vzniklo z lidské zvědavosti a představivosti. Starověcí filozofové zkoumali základní principy vesmíru a přírody tím, že si představovali svět neviditelný okem. Moderní fyzika v této tradici pokračuje a zkoumá mikroskopický svět pomocí vědecké metodologie a pokročilých technologií. Disciplíny, jako je kvantová mechanika, hrají zásadní roli v pochopení základních vlastností hmoty, což mělo hluboký dopad na rozvoj moderních technologií.
Lidé vytvářejí univerzální teorie konstruováním teorií založených výhradně na úvahách o mikroskopickém světě, který je našim očím neviditelný, a následným dokazováním těchto teorií pomocí experimentů. Doposud bylo prostřednictvím takových úvah a experimentů navrženo mnoho teorií vysvětlujících mikroskopický svět, které tvoří jednu akademickou disciplínu zvanou kvantová mechanika. V kvantové mechanice neexistují všechny částice v pevné poloze jako v makroskopickém světě, ale existují pravděpodobnostně. Je to proto, že pokud v určitém okamžiku experimentu změříme částici α, bude v jiném okamžiku změřena na jiném místě a naměřená hodnota se bude i nadále měnit okamžik od okamžiku. Z toho vyplývá, že všechny výpočty v kvantové mechanice se počítají jako pravděpodobnostní vlnové funkce (pravděpodobnost, že se kvantum nachází v určitém stavu) a výsledky výpočtů jsou také pravděpodobnosti.
Jak tedy odvodíme mikroskopický svět? Protože mikroskopický svět nemůžeme vidět ani se ho dotknout, předpokládáme, že se jedná o systém podobný makroskopickému světu, a energii a hybnost měříme odečtem hodnot, které vzniknou, když na tento systém aplikujeme operátory, jako je energie a hybnost. Například základní princip Schrödingerovy rovnice, která vysvětluje celou kvantovou mechaniku, spočívá v tom, že když se na systém v mikroskopickém světě aplikuje energetický operátor, lze změřit hodnotu energie produkovanou tímto systémem. Kromě toho, abychom změřili hybnost částice v mikroskopickém světě, předpokládáme systém částic a hybnost měříme aplikací změn pomocí operátorů hybnosti. Tímto způsobem lidé v makroskopickém světě zkoumají mikroskopický svět vytvářením teorií založených na předpokladu pravděpodobnostního systému a měřením hodnot získaných aplikací změn na tento systém pomocí operátorů.
Tento vědecký přístup se však neomezuje pouze na fyzikální jevy. Teorie mikroskopického světa ovlivňují i další akademické obory, jako je filozofie, biologie a chemie. Například kvantová biologie je pokusem vysvětlit životní jevy aplikací principů kvantové mechaniky na biologické systémy. Takový konvergentní přístup slouží k průkopnictví nových oblastí výzkumu a rozšíření stávajících znalostních systémů.
Takže, platí tyto teorie mikroskopického světa pouze pro mikroskopický svět? Ve skutečnosti je makroskopický svět, ve kterém žijeme, stejně nepředvídatelný jako mikroskopický svět. Nemůžeme přesně předpovědět budoucnost, ani nemůžeme vědět, kde a kdy se něco stane. To lze chápat z hlediska pravděpodobnosti a lidé v makroskopickém světě o tom přemýšlejí z hlediska možností. Je to podobné předpokladu v kvantové mechanice, že stav částice je reprezentován vlnovou funkcí pravděpodobnosti. Můžeme tedy v makroskopickém světě něco měřit tím, že předpokládáme pravděpodobnostní systém, jako je mikroskopický svět, a aplikujeme na tento systém změny? Pokud například předpokládáme pravděpodobnost výskytu trestného činu ve městě jako vlnovou funkci pravděpodobnosti, jako v teorii mikroskopického světa, a aplikujeme operátor, který způsobuje trestný čin, můžeme předem předpovědět čas a místo, kde k trestnému činu s největší pravděpodobností dojde.
Důležité je zde, jak určit „operátora, který způsobuje trestnou činnost“ použitého v této metodě. To je velmi obtížný úkol a musí být proveden s ohledem na statistická data shromažďovaná po mnoho let a charakteristiky města. Pokud se nám podaří vyvinout operátory, které dokáží tímto způsobem změnit makrosvět, budeme schopni pravděpodobnostně předpovídat budoucnost. Aplikace teorií z mikrosvěta na makrosvět by pro nás byla velmi prospěšná, ale největší výzvou je vytvoření operátorů, které dokáží systém změnit stejným způsobem jako v mikrosvětě.
V moderní době lidé v makrosvětě opakovaně zkoumali a zkoumali mikrosvět a předložili řadu teorií, které vysvětlují jevy, jež je v makrosvětě obtížné vysvětlit. Budou se však tyto teorie nutně vztahovat pouze na mikrosvět? Možná teorie, které byly vyvinuty v průběhu desetiletí výzkumu mikrosvěta, změní spíše makrosvět než mikrosvět. Ve skutečnosti lze makrosvět a mikrosvět vnímat jako relativní pojmy. Pokud existují mimozemšťané, kteří nevnímají 1 metr jako jednotku měření jako my, ale spíše tisíce nebo stovky kilometrů jako 1 metr, pak je možná svět, který považujeme za makrosvět, mikrosvětem z pohledu těchto mimozemšťanů. Pokud prozkoumáme mikrosvět z pohledu mimozemšťanů, můžeme nakonec prozkoumat i Zemi, na které žijeme.
Aplikace teorií mikrokosmu na makrokosmos navíc není pouhou teoretickou spekulací, ale má potenciál vést k praktickým aplikacím. Například kvantové počítače jsou novým typem počítače, který zpracovává informace pomocí principů kvantové mechaniky. Pokud se tato technologie stane realitou, budeme moci zažít úžasné možnosti kvantové mechaniky i v makrokosmu.
Co si o tom myslíte? V konečném důsledku, i když zkoumáme mikrosvět, není to ve skutečnosti zkoumání makrosvěta, ve kterém žijeme? Pokud aplikujeme teorie mikrosvěta, které se vyvíjely více než 100 let, na makrosvět, ve kterém žijeme, nemohli bychom být schopni dosáhnout ještě úžasnějších výsledků, než jsme si kdy dokázali představit? Rozšířením hranic vědeckého bádání budeme schopni dosáhnout hlubšího porozumění a inovací.
