Hva er kvantekos?
Kvantekoset, et ikke-teknisk begrep, er vitenskapelig korthet som refererer til bruken av kaosteori for å forklare kvantesystemer. Kaosteori kan forklare uregelmessighetene som oppstår i alle dynamiske systemer fra makro til mikronivå. Disse uregelmessighetene inkluderer en boble i en satellittrevolusjon rundt en planet eller den uforutsagte plasseringen av et elektron på atomnivå. Kvantesystemer er de systemene som opererer på molekylært nivå. Når disse definisjonene tas sammen, forsøker kvantekoset å redegjøre for uregelmessigheter i molekylære systemer.
I lang tid var forskere usikre på om det eksisterte kvantekos. Atomer hadde en tendens til å vise forutsigbare bølgelignende energimønstre. Objekter på molekylært nivå så ikke ut til å uttrykke ekstrem følsomhet for startbetingelser, den tradisjonelle definisjonen av fysisk kaos. Til og med noen problemer som dukket opp, kunne forklares gjennom forstyrrelsesteori, som åpner for mindre avvik i et system som viser stort sett regelmessig atferd som kan forklares gjennom klassisk fysikk.
Som noen fysikere i det 20. århundre oppdaget, kunne imidlertid ikke alle hendelser som skjedde på molekylært nivå forklares eller forutses tilstrekkelig gjennom klassiske kvantemodeller. I følge disse modellene vil hendelser som partikkelbevegelse fra ett sted til det neste over kreve eksponentielt økende mengder energi som ville være umulig å generere. Fordi partikler har blitt observert å bevege seg uten å produsere disse energinivåene, men forskere måtte komme på en annen måte å forklare fenomenet.
En måte forskere forklarte var gjennom studier av Rydberg-atomet. Rydberg-atomer er sterkt energiserte atomer som viser kaotisk atferd som kan forklares gjennom klassisk fysikk. Studie av disse atomene har vist at systemer hvor kvantekoset er involvert har svært korrelerte energinivåer. Energinivået til partiklene er ikke tilfeldig fordelt som i klassiske molekyler. Hendelsene i ett undersystem er uløselig relatert til hendelsene i et annet undersystem. Som et resultat kan et energispektrum brukes til å i det minste delvis forklare oppførselen til disse partiklene.
En annen metode var å se på situasjoner der klassisk fysikk var i stand til å forklare uregelmessigheter i store systemer. Mekanikken bak vinglingen i månens bane rundt jorden på grunn av tyngdekraften fra solen ble brukt til å lage en statistisk måling som bidro til å forklare og forutsi oppførselen til partikler med lav energi. Mens klassiske modeller i fysikk ikke kan forklare adferden til disse kaotiske molekylære systemene på en tilstrekkelig måte, er det interessant at kvantekoset bruker disse modellene som et startpunkt for å lage nye modeller for å forstå disse systemene ytterligere.