Co je kvantový chaos?

Quantum Chaos, netechnický termín, je vědecký zkratka, která odkazuje na použití teorie chaosu k vysvětlení kvantových systémů.Teorie chaosu může vysvětlit nesrovnalosti, které se vyskytují ve všech dynamických systémech od makra po mikroúrovni.Mezi tyto nesrovnalosti patří bobble v revoluci satelitu kolem planety nebo nepředvídané polohy elektronu na atomové úrovni.Kvantové systémy jsou systémy, které pracují na molekulární úrovni.Společný chaos, který vezme tyto definice dohromady, se pokouší zohlednit nepravidelnosti v molekulárních systémech.

Vědci si nebyli jisti, zda existoval kvantový chaos.Atomy měly tendenci vykazovat předvídatelné vlnkové vzorce energie.Zdá se, že objekty na molekulární úrovni nevyjadřují extrémní citlivost na počáteční podmínky, tradiční definici fyzického chaosu.Dokonce i některé problémy, které se objevily, lze vysvětlit prostřednictvím teorie poruchy, která umožňuje drobné odchylky v systému, který vykazuje převážně pravidelné chování, které lze vysvětlit klasickou fyzikou.Vyskytující se na molekulární úrovni lze dostatečně vysvětlit nebo předvídat pomocí klasických kvantových modelů.Podle těchto modelů by události, jako je pohyb částic z jednoho místa na další, by vyžadovaly exponenciálně rostoucí množství energie, které by nebylo možné generovat.Protože však bylo pozorováno, že částice se pohybují, aniž by tyto úrovně energie byly produkovány, vědci museli přijít s jiným způsobem, aby vysvětlili tento jev.

Jeden způsob, jak vysvětlit vědci, bylo studiem Rydbergova atomu.Rydbergovy atomy jsou vysoce energizované atomy, které vykazují chaotické chování, které lze vysvětlit klasickou fyzikou.Studie těchto atomů ukázala, že systémy, kde je zapojen kvantový chaos, mají vysoce korelované hladiny energie.Hladiny energie částic nejsou náhodně distribuovány jako v klasických molekulách.Události jednoho subsystému jsou neoddělitelně spojeny s událostmi jiného subsystému.Výsledkem je, že energetické spektrum lze použít k alespoň částečnému vysvětlení chování těchto částic.

Další metodou bylo podívat se na situace, ve kterých byla klasická fyzika schopna vysvětlit nesrovnalosti ve velkých systémech.Mechanika za kolísáním na oběžné dráze měsíce kolem Země kvůli gravitačnímu tahu Slunce byla použita k vytvoření statistického měření, které pomohlo vysvětlit a předpovídat chování nízkoenergetických částic.Zatímco klasické modely ve fyzice nemohou adekvátně vysvětlit chování těchto chaotických molekulárních systémů, je zajímavé, že Quantum Chaos používá tyto modely jako spouštěcí bod k vytvoření nových modelů k dalšímu porozumění těmto systémům.