Τι είναι το κβαντικό χάος;

Το Quantum Chaos, ένας μη τεχνικός όρος, είναι η επιστημονική στενογραφία που αναφέρεται στη χρήση της θεωρίας του χάους για να εξηγήσει τα κβαντικά συστήματα.Η θεωρία του χάους μπορεί να εξηγήσει τις ανωμαλίες που συμβαίνουν σε όλα τα δυναμικά συστήματα από τη μακροεντολή στο μικροεπίστημα.Αυτές οι παρατυπίες περιλαμβάνουν ένα bobble σε μια επανάσταση ενός δορυφόρου γύρω από έναν πλανήτη ή την απρόβλεπτη θέση ενός ηλεκτρονίου σε ατομικό επίπεδο.Τα κβαντικά συστήματα είναι εκείνα τα συστήματα που λειτουργούν σε μοριακό επίπεδο.Λαμβάνοντας μαζί αυτούς τους ορισμούς, το Quantum Chaos προσπαθεί να υπολογίσει τις παρατυπίες στα μοριακά συστήματα.

Για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι επιστήμονες δεν ήταν σίγουροι αν υπήρχε κβαντικό χάος.Τα άτομα τείνουν να παρουσιάζουν προβλέψιμα πρότυπα ενέργειας.Τα αντικείμενα σε μοριακό επίπεδο δεν φαίνεται να εκφράζουν ακραία ευαισθησία στις αρχικές συνθήκες, τον παραδοσιακό ορισμό του φυσικού χάους.Ακόμη και ορισμένα προβλήματα που προέκυψαν θα μπορούσαν να εξηγηθούν μέσω της θεωρίας των διαταραχών, η οποία επιτρέπει μικρές αποκλίσεις σε ένα σύστημα που παρουσιάζει σε μεγάλο βαθμό τακτική συμπεριφορά που μπορεί να εξηγηθεί μέσω της κλασικής φυσικής.Η εμφάνιση του μοριακού επιπέδου θα μπορούσε να εξηγηθεί επαρκώς ή να προβλεφθεί μέσω κλασικών κβαντικών μοντέλων.Σύμφωνα με αυτά τα μοντέλα, γεγονότα όπως η κίνηση των σωματιδίων από τη μία θέση στην επόμενη, θα απαιτούσαν εκθετικά αυξανόμενες ποσότητες ενέργειας που θα ήταν αδύνατο να δημιουργηθεί.Επειδή τα σωματίδια έχουν παρατηρηθεί ότι κινούνται χωρίς να παράγουν αυτά τα επίπεδα ενέργειας, όμως, οι επιστήμονες έπρεπε να βρουν έναν διαφορετικό τρόπο για να εξηγήσουν το φαινόμενο.

Ένας τρόπος που εξήγησαν οι επιστήμονες ήταν μέσω της μελέτης του ατόμου Rydberg.Τα άτομα Rydberg είναι πολύ ενεργοποιημένα άτομα που παρουσιάζουν χαοτικές συμπεριφορές που μπορούν να εξηγηθούν μέσω της κλασσικής φυσικής.Η μελέτη αυτών των ατόμων έχει δείξει ότι τα συστήματα όπου εμπλέκονται τα κβαντικά χάος έχουν εξαιρετικά συσχετισμένα επίπεδα ενέργειας.Τα επίπεδα ενέργειας των σωματιδίων δεν κατανέμονται τυχαία όπως στα κλασικά μόρια.Τα γεγονότα ενός υποσυστήματος σχετίζονται άρρηκτα με τα γεγονότα ενός άλλου υποσυστήματος.Ως αποτέλεσμα, ένα ενεργειακό φάσμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εξηγήσει τουλάχιστον εν μέρει τις συμπεριφορές αυτών των σωματιδίων.

Μια άλλη μέθοδος ήταν να εξετάσουμε καταστάσεις στις οποίες η κλασική φυσική ήταν σε θέση να εξηγήσει παρατυπίες σε μεγάλα συστήματα.Οι μηχανικοί πίσω από την ταλάντωση στην τροχιά του φεγγαριού γύρω από τη γη λόγω της βαρυτικής έλξης του ήλιου χρησιμοποιήθηκαν για να δημιουργήσουν μια στατιστική μέτρηση που βοήθησε να εξηγηθεί και να προβλεφθεί οι συμπεριφορές των σωματιδίων χαμηλής ενέργειας.Ενώ τα κλασικά μοντέλα στη φυσική δεν μπορούν να εξηγήσουν επαρκώς τις συμπεριφορές αυτών των χαοτικών μοριακών συστημάτων, είναι ενδιαφέρον ότι το Quantum Chaos χρησιμοποιεί αυτά τα μοντέλα ως σημείο εκτόξευσης για να δημιουργήσει νέα μοντέλα για να κατανοήσει περαιτέρω αυτά τα συστήματα.