Vad är kvantkaos?
Kvantkos, en icke-teknisk term, är vetenskaplig kortfattning som hänvisar till användningen av kaosteori för att förklara kvantsystem. Kaosteori kan förklara oegentligheter som uppstår i alla dynamiska system från makro till mikronivå. Dessa oegentligheter inkluderar en bobble i en satellitrevolution runt en planet eller en elektrons oförutsedda position på atomnivå. Kvantsystem är de system som fungerar på molekylnivå. Genom att sammanfatta dessa definitioner försöker kvantkaos att redogöra för oregelbundenheter i molekylsystem.
Under en lång tid var forskare osäkra på om det fanns kvantakos. Atomer tenderade att visa upp förutsägbara vågliknande energimönster. Objekt på molekylnivå tycktes inte uttrycka extrem känslighet för initiala förhållanden, den traditionella definitionen av fysiskt kaos. Till och med vissa problem som uppstod kunde förklaras genom perturbationsteori, som möjliggör mindre avvikelser i ett system som uppvisar i stort sett regelbundet beteende som kan förklaras genom klassisk fysik.
Som vissa fysiker under 1900-talet upptäckte kunde emellertid inte alla händelser som inträffade på molekylnivå förklaras eller förutsägas tillräckligt genom klassiska kvantmodeller. Enligt dessa modeller skulle händelser såsom partikelrörelse från en plats till nästa över kräva exponentiellt växande mängder energi som skulle vara omöjligt att generera. Eftersom partiklar har observerats röra sig utan att producera dessa energinivåer, var forskare dock tvungna att hitta ett annat sätt att förklara fenomenet.
Ett sätt forskare förklarade var genom studier av Rydberg-atomen. Rydberg-atomer är mycket kraftiga atomer som uppvisar kaotiska beteenden som kan förklaras genom klassisk fysik. Undersökning av dessa atomer har visat att system där kvantkaos involveras har mycket korrelerade energinivåer. Partiklarnas energinivåer är inte slumpmässigt fördelade som i klassiska molekyler. Händelserna i ett delsystem är otydligt relaterade till händelserna i ett annat delsystem. Som ett resultat kan ett energispektrum användas för att åtminstone delvis förklara beteendet hos dessa partiklar.
En annan metod var att titta på situationer där klassisk fysik kunde förklara oegentligheter i stora system. Mekaniken bakom vinglingen i månens omloppsbana runt jorden på grund av tyngdkraften i solen användes för att skapa en statistisk mätning som hjälpte till att förklara och förutsäga beteenden hos partiklar med låg energi. Även om klassiska modeller i fysik inte tillräckligt kan förklara beteendet hos dessa kaotiska molekylsystem, är det intressant att kvantkaos använder dessa modeller som en startpunkt för att skapa nya modeller för att ytterligare förstå dessa system.