Hvad er kvante kaos?
Kvantekaos, et ikke-teknisk udtryk, er videnskabelig korthed, der henviser til brugen af kaosteori til at forklare kvantesystemer. Kaosteori kan forklare de uregelmæssigheder, der forekommer i alle dynamiske systemer fra makro til mikroniveau. Disse uregelmæssigheder inkluderer en bobble i en satellits revolution omkring en planet eller den elektroniske uforudsagte position på atomniveau. Kvantesystemer er de systemer, der fungerer på molekylært niveau. Når man sammenfatter disse definitioner, forsøger kvante-kaos at redegøre for uregelmæssigheder i molekylære systemer.
I lang tid var videnskabsmænd usikre på, om der eksisterede kvantekaos. Atomer havde en tendens til at udvise forudsigelige bølgelignende energimønstre. Objekter på molekylært niveau syntes ikke at udtrykke ekstrem følsomhed over for de første betingelser, den traditionelle definition af fysisk kaos. Selv nogle problemer, der opstod, kunne forklares gennem forstyrrelsesteori, som muliggør mindre afvigelser i et system, der stort set udviser regelmæssig opførsel, der kan forklares gennem klassisk fysik.
Som nogle fysikere i det 20. århundrede opdagede, kunne imidlertid ikke alle begivenheder, der forekommer på molekylært niveau, forklares eller forudsiges tilstrækkeligt gennem klassiske kvantemodeller. I henhold til disse modeller ville begivenheder såsom partikelbevægelse fra det ene sted til det næste over kræve eksponentielt voksende mængder energi, som ville være umulig at generere. Fordi partikler er blevet observeret at bevæge sig uden at producere disse energiniveauer, var forskere imidlertid nødt til at komme med en anden måde at forklare fænomenet på.
En måde forskere forklarede på var gennem undersøgelse af Rydberg-atomet. Rydberg-atomer er stærkt aktiverede atomer, der udviser kaotisk opførsel, der kan forklares gennem klassisk fysik. Undersøgelse af disse atomer har vist, at systemer, hvor kvantekaos er involveret, har meget korrelerede energiniveau. Partiklernes energiniveau er ikke tilfældigt fordelt som i klassiske molekyler. Begivenhederne i et delsystem er uløseligt relateret til begivenhederne i et andet delsystem. Som et resultat kan et energispektrum bruges til i det mindste delvist at forklare opførselen af disse partikler.
En anden metode var at se på situationer, hvor klassisk fysik var i stand til at forklare uregelmæssigheder i store systemer. Mekanikken bag slingret i månens bane rundt om jorden på grund af tyngdekraften fra solen blev brugt til at skabe en statistisk måling, der hjalp med at forklare og forudsige adfærden hos partikler med lav energi. Mens klassiske modeller i fysik ikke tilstrækkeligt kan forklare opførslen i disse kaotiske molekylære systemer, er det interessant, at kvantekaos bruger disse modeller som et startpunkt for at skabe nye modeller til yderligere at forstå disse systemer.