Nors fizikams pavyko perprasti makroskopinio pasaulio chaoso teoriją, chaoso netrūksta ir kvantiniame lygmenyje. Ir kvantinis chaosas stulbina dar labiau, nei didesnysis jo atitikmuo. Būtent todėl taip svarbu, kad tyrėjai pristatė lygtį, pagal kurią galima numatyti kvantinio chaoso elgseną.
Iš esmės ši lygtis paaiškina atominio lygio chaoso struktūrą, ir gali padėti geriau suprasti viską nuo smegenų chirurgijos iki stygų teorijos. Netgi lygtį sukūrusius tyrėjus nustebino tai, kad jie taip tiksliai galėjo nuspėti kvantinio chaoso vyksmą.
„Taip, dabar turime tikslią lygtį“, – patvirtino vienas iš tyrėjų, Vladimiras Osipovas, iš Švedijos Lund universiteto.
Kurdami lygtį, tyrėjai analizavo skirtingų energijos lygių kvantinio chaoso statistines savybes. Ką tai reiškia?
Norint tai suprasti, reikia prisiminti įprastą chaoso teoriją, kuri, turbūt geriausiai žinoma iš drugelio efekto pavyzdžio – labai maži sistemos pradinių sąlygų pokyčiai gali turėti labai didelę įtaką, ir todėl pasaulis ir gamta gali būti neįtikėtinai nenuspėjami.
Kvantinio chaoso principas tas pats, bet juo stengiamasi paaiškinti keistenybes atome, kur protonai ir neutronai elgiasi labiau kaip bangos, o ne kaip dalelės.
Tas pats gali būti pasakyta ir apie bangų elgseną didesniu masteliu, tarkime atsitiktinius elektronų ir branduolių judesiu, bei tokius dalykus, kaip garso bangų sklidimas baldais apstatytame kambaryje, ar šviesos sklidimas optiniuose instrumentuose. O tai prideda dar vieną sudėtingumo sluoksnį ant įprastinio chaoso teorijos.
„Chaotiškose kvantinėse sistemose energijos lygiai vienas kitą atstumia, ir veikia vienas kitą netgi atskirti dideliu atstumu“, – sako Osipovas.
Tyrėjai seniai bando prognozuoti, kaip elgsis kvantinis chaosas, bet tai itin nelengva, nes chaotiškos sistemos yra itin jautrios pradiniams skaičiavimų skaičiams. Kažkokią struktūrą įžvelgti sunku net ir kompiuteriais.
Bet tyrėjai pasinaudojo faktu, kad sužadintos būsenos atomai spinduliuoja energijos lygmenimis, kuriuos galima išmatuoti, ir taip surado vienijantį bruožą, pagal kurį galima prognozuoti elgesį atominiu lygmeniu.
Jie sako, kad naujoji lygtis – kuri kiek per įmantri, kad ją nagrinėtume, bet galite ją visą perskaityti „Physical Review Letters“ – pateikia universalų, parametrų neribojamą būdą prognozuoti chaotiškų sistemų elgseną kvantiniu lygiu.
Kol kas darbas grynai teorinis, bet lygtis turės ir praktinį panaudojimą. Ją galima taikyti visur, kur tik reikia išmatuoti ir suprasti chaotiškas būsenas, pavyzdžiui, finansų biržose, žmonių smegenyse, ir netgi stygų teorijoje.
Gal kol kas iki gal ir neperkandome kvantinio chaoso kodo, tačiau lygtis turėtų padėti būsimiems itin sudėtingų klausimų tyrimams: tyrėjai sako, kad jų lygtis padės lengviau apskaičiuoti konkrečias kvantinio chaoso būsenas.
„Pats atomas savaime niekada nebūna chaotiškas, bet atsidūrusio, tarkime, magnetiniame ar elektriniame lauke klasikinis jo judėjimas tampa chaotiškas, – 2014 metais paaiškino su naujuoju tyrimu nesusijęs Danielis Kleppneris iš MIT. – Kyla klausimas, koks yra kvantinis šios sistemos elgesys? Tai provokacinis klausimas.“
Pagaliau turime lygtį, kuri padės į šį klausimą atsakyti.
Tyrimas publikuotas „Physical Review Letters“.
