Учените откриха че квантовия свят се ръководи от класическата теория на хаоса

Хаотичното поведение на квантовите системи е правило, а не изключение в нашата вселена. Стабилния свят който наблюдаваме с нашите сетива в основата си се управлява от класическата теория на хаоса и всъщност е в резултат на динамичното равновесие на хаоса в квантовия свят.

Класическата теория на хаоса изследва непредсказуеми на пръв поглед динамични системи, в които дори и пренебрегващо малки събития могат напълно да променят поведението на системата. Подобни системи се наблюдават навсякъде около нас, като се започне от формирането на облаците в атмосферата, химичните реакции, борсите и се стигне до сложността на биологичните системи. Макар че на пръв поглед тези системи са напълно хаотични те все пак се подчиняват на математически закони и могат да се опишат с математически уравнения, проблемът при тях е че не може да се предвиди дългосрочното им поведение.

До сега никой не бе привеждал експериментално доказателство че квантовия свят се ръководи по законите на хаоса. Квантовия свят, светът на фотоните, електроните и атомите се управлява от неопределеността. Една частица е едновременно и частица и вълна и е невъзможно да се определи нейната позиция и посока на движение едновременно.

Това представлява голям проблем за физиката, ако не можете да изчислите прецизно стартиращата позиция на една квантова частица, то тогава не можете да построите математически модел по който да изчислите последствията от движението на тази частица. Тоест не можете от взаимодействието на малките градивни елементи да извлечете феномените които наблюдаваме с просто око.

„Проблемът е че учените не разглеждат хаоса в една квантова система”, казва професор Поул Йесен от университета в Аризона. „Ние вярваме че квантовата механика е фундаменталната теория, теорията която описва всичко, и от нея би трябвало да произтича класическата физика на големите тела – като хора, планети, галактики и прочее. Тоест класическата физика би трябвало да е частен случай на квантовата физика”.

За да докаже че квантовите системи се ръководят от теорията на хаоса, Йесен и неговия екип извършиха серия от експерименти, които да покажат класическия хаос в квантовия свят. Те охладиха индивидуален цезиев атом с помощта на лазер и го подложиха на редица манипулации с магнитно поле и лазерна светлина.

„Представете си атома като микроскопична издатина, която се върти около оста си с постоянна скорост. Ние многократно променяхме посоката и ъгъла на въртене в серия от цикли, като всеки цикъл включваше ‘избутване’ и ‘извиване’”, казва Йесен. “Тъй като въртящите атоми са малки магнити, за ‘избутване’ използвахме пулсиращо магнитно поле. ‘Извиването’ бе по-трудно. Успяхме да го постигнем, като подложихме атома на оптично-честотно електрическо поле, с помощта на прецизно насочен лазерен лъч”.

Учените заснеха кванто-механичните състояния на атомното въртене в края на всеки цикъл с томографска техника. Когато подредиха снимките в филмче, учените наблюдаваха еволюцията на квантово състояние на атома. Резултатите бяха поразителни. Въпреки хаотичната неопределеност на частицата, тя показваше области на стабилност, подсказващи как се формират класическите физични системи.

Един от най-драматичните доказателства за това се виждаше с просто око от филмчето. Квантовия връх на атома бе винаги в изчислените области на стабилност, независимо от въртенето на атома, тоест в една и съща област от атома се наблюдаваше динамическо равновесие а в останалата област – хаотично поведение (виж снимката).

Експеримента обяснява и връзките на така нареченото – квантово вплитане (quantum entanglement), с хаотичната динамика на частиците. Електроните и ядрото на атома оставаха невплетени докато имаше квантово равновесие и бързо се вплитаха когато настъпваше хаотичност в системата.

Често се бърка, че хаоса е абсолютно неподлежащ на математично изчисление и че поведението на хаотична система е абсолютно непоследователно. Всъщност може да се предвиди поведението на една такава система, трудността идва в изчислението на дългосрочните ефекти в нея. Хаотичната същност на вселената в която живеем със сигурност ще отвори много философски въпроси. Например откритието показва че не можете да сте ясновидец или предсказател в нашата вселена, защото това противоречи на физичните законите или например че няма съдба.

http://www.sci-bg.com/?p=1349