Che cos'è il caos quantistico?
Il caos quantistico, un termine non tecnico, è una stenografia scientifica che si riferisce all'uso della teoria del caos per spiegare i sistemi quantistici. La teoria del caos può spiegare le irregolarità che si verificano in tutti i sistemi dinamici dal macro al micro livello. Quelle irregolarità includono un bobble nella rivoluzione di un satellite attorno a un pianeta o la posizione non prevista di un elettrone a livello atomico. I sistemi quantistici sono quei sistemi che operano a livello molecolare. Mettendo insieme queste definizioni, il caos quantistico tenta di spiegare le irregolarità nei sistemi molecolari.
Per molto tempo, gli scienziati non erano sicuri dell'esistenza del caos quantistico. Gli atomi tendevano a mostrare prevedibili schemi ondulatori di energia. Gli oggetti a livello molecolare non sembravano esprimere un'estrema sensibilità alle condizioni iniziali, la definizione tradizionale di caos fisico. Anche alcuni problemi che sono emersi potrebbero essere spiegati attraverso la teoria delle perturbazioni, che consente deviazioni minori in un sistema che presenta comportamenti in gran parte regolari che possono essere spiegati attraverso la fisica classica.
Come hanno scoperto alcuni fisici del 20 ° secolo, tuttavia, non tutti gli eventi che si verificano a livello molecolare potrebbero essere adeguatamente spiegati o previsti attraverso modelli quantistici classici. Secondo questi modelli, eventi come il movimento delle particelle da un sito all'altro, richiederebbero quantità di energia esponenzialmente crescenti che sarebbe impossibile generare. Poiché è stato osservato che le particelle si muovono senza produrre quei livelli di energia, tuttavia, gli scienziati hanno dovuto escogitare un modo diverso per spiegare il fenomeno.
Un modo in cui gli scienziati hanno spiegato è stato attraverso lo studio dell'atomo di Rydberg. Gli atomi di Rydberg sono atomi altamente energizzati che esibiscono comportamenti caotici che possono essere spiegati attraverso la fisica classica. Lo studio di questi atomi ha dimostrato che i sistemi in cui è coinvolto il caos quantistico hanno livelli di energia altamente correlati. I livelli di energia delle particelle non sono distribuiti casualmente come nelle molecole classiche. Gli eventi di un sottosistema sono indissolubilmente correlati agli eventi di un altro sottosistema. Di conseguenza, uno spettro di energia può essere usato per spiegare almeno parzialmente i comportamenti di queste particelle.
Un altro metodo era quello di esaminare le situazioni in cui la fisica classica era in grado di spiegare le irregolarità nei grandi sistemi. I meccanici dietro l'oscillazione nell'orbita della luna attorno alla terra a causa dell'attrazione gravitazionale del sole sono stati usati per creare una misurazione statistica che ha aiutato a spiegare e prevedere i comportamenti delle particelle a bassa energia. Mentre i modelli classici in fisica non possono spiegare adeguatamente i comportamenti di questi caotici sistemi molecolari, è interessante notare che il caos quantistico usa quei modelli come punto di partenza per creare nuovi modelli per comprendere ulteriormente questi sistemi.