Qu'est-ce que le chaos quantique?

Le chaos quantique, terme non technique, est une abréviation scientifique qui fait référence à l'utilisation de la théorie du chaos pour expliquer les systèmes quantiques. La théorie du chaos peut expliquer les irrégularités qui se produisent dans tous les systèmes dynamiques, du niveau macro au niveau micro. Parmi ces irrégularités, on peut citer une perturbation de la révolution d'un satellite autour d'une planète ou la position imprévisible d'un électron sur le plan atomique. Les systèmes quantiques sont ceux qui fonctionnent au niveau moléculaire. En combinant ces définitions, le chaos quantique tente de rendre compte des irrégularités dans les systèmes moléculaires.

Pendant longtemps, les scientifiques ne savaient pas s’il existait un chaos quantique. Les atomes ont tendance à présenter des modèles d'énergie prévisibles en forme d'onde. Les objets au niveau moléculaire ne semblaient pas exprimer une sensibilité extrême aux conditions initiales, la définition traditionnelle du chaos physique. Même certains problèmes qui ont émergé pourraient être expliqués par la théorie des perturbations, ce qui permet des déviations mineures dans un système qui présente un comportement en grande partie régulier qui peut être expliqué par la physique classique.

Comme certains physiciens du XXe siècle l'ont découvert, toutefois, tous les événements survenant au niveau moléculaire ne pouvaient pas être expliqués ou prédits de manière adéquate par le biais de modèles quantiques classiques. Selon ces modèles, des événements tels que le déplacement de particules d'un site à un autre nécessiteraient des quantités d'énergie en croissance exponentielle qu'il serait impossible de générer. Étant donné que l'on a observé que les particules se déplaçaient sans produire ces niveaux d'énergie, les scientifiques devaient trouver un moyen différent d'expliquer le phénomène.

Les scientifiques expliquaient notamment en étudiant l'atome de Rydberg. Les atomes de Rydberg sont des atomes très énergiques qui présentent des comportements chaotiques pouvant être expliqués par la physique classique. L'étude de ces atomes a montré que les systèmes dans lesquels le chaos quantique est impliqué présentent des niveaux d'énergie hautement corrélés. Les niveaux d'énergie des particules ne sont pas répartis au hasard comme dans les molécules classiques. Les événements d'un sous-système sont inextricablement liés aux événements d'un autre sous-système. En conséquence, un spectre d'énergie peut être utilisé pour expliquer au moins partiellement les comportements de ces particules.

Une autre méthode consistait à examiner des situations dans lesquelles la physique classique était capable d'expliquer des irrégularités dans de grands systèmes. La mécanique derrière l'oscillation de l'orbite lunaire autour de la Terre en raison de l'attraction gravitationnelle du soleil a été utilisée pour créer une mesure statistique permettant d'expliquer et de prédire le comportement des particules de basse énergie. Alors que les modèles classiques en physique ne peuvent expliquer de manière adéquate les comportements de ces systèmes moléculaires chaotiques, il est intéressant de noter que le chaos quantique utilise ces modèles comme point de départ pour créer de nouveaux modèles permettant de mieux comprendre ces systèmes.