O que é o caos quântico?

Caos quântico, um termo não técnico, é uma abreviação científica que se refere ao uso da teoria do caos para explicar sistemas quânticos. A teoria do caos pode explicar as irregularidades que ocorrem em todos os sistemas dinâmicos, do nível macro ao micro. Essas irregularidades incluem uma bobble na revolução de um satélite em torno de um planeta ou a posição imprevisível de um elétron no nível atômico. Sistemas quânticos são aqueles que operam no nível molecular. Juntando essas definições, o caos quântico tenta explicar as irregularidades nos sistemas moleculares.

Durante muito tempo, os cientistas não tinham certeza se o caos quântico existia. Os átomos tendiam a exibir padrões previsíveis de energia semelhantes a ondas. Objetos no nível molecular não pareciam expressar extrema sensibilidade às condições iniciais, a definição tradicional de caos físico. Mesmo alguns problemas que surgiram poderiam ser explicados através da teoria das perturbações, que permite pequenos desvios em um sistema que exibe comportamento amplamente regular que pode ser explicado pela física clássica.

Como descobriram alguns físicos do século XX, no entanto, nem todos os eventos que ocorrem no nível molecular poderiam ser adequadamente explicados ou previstos através de modelos quânticos clássicos. De acordo com esses modelos, eventos como o movimento de partículas de um local para o outro acima exigiriam quantidades exponencialmente crescentes de energia que seriam impossíveis de gerar. Como se observou que as partículas se movem sem produzir esses níveis de energia, os cientistas tiveram que criar uma maneira diferente de explicar o fenômeno.

Uma maneira que os cientistas explicaram foi através do estudo do átomo de Rydberg. Os átomos de Rydberg são átomos altamente energizados que exibem comportamentos caóticos que podem ser explicados pela física clássica. O estudo desses átomos mostrou que sistemas em que o caos quântico está envolvido têm níveis de energia altamente correlacionados. Os níveis de energia das partículas não são distribuídos aleatoriamente como nas moléculas clássicas. Os eventos de um subsistema estão inextricavelmente relacionados aos eventos de outro subsistema. Como resultado, um espectro de energia pode ser usado para explicar pelo menos parcialmente os comportamentos dessas partículas.

Outro método era examinar situações nas quais a física clássica era capaz de explicar irregularidades em grandes sistemas. A mecânica por trás da oscilação na órbita da lua ao redor da Terra por causa da atração gravitacional do sol foi usada para criar uma medida estatística que ajudou a explicar e prever o comportamento de partículas de baixa energia. Embora os modelos clássicos em física não possam explicar adequadamente os comportamentos desses sistemas moleculares caóticos, é interessante que o caos quântico use esses modelos como ponto de partida para criar novos modelos para entender melhor esses sistemas.