¿Qué es el caos cuántico?

El caos cuántico, un término no técnico, es una abreviatura científica que se refiere al uso de la teoría del caos para explicar los sistemas cuánticos. La teoría del caos puede explicar las irregularidades que ocurren en todos los sistemas dinámicos desde el nivel macro al micro. Esas irregularidades incluyen una sacudida en la revolución de un satélite alrededor de un planeta o la posición impredecible de un electrón en el nivel atómico. Los sistemas cuánticos son aquellos sistemas que operan a nivel molecular. Tomando esas definiciones juntas, el caos cuántico intenta explicar las irregularidades en los sistemas moleculares.

Durante mucho tiempo, los científicos no estaban seguros de si existía el caos cuántico. Los átomos tienden a exhibir patrones predecibles de energía en forma de onda. Los objetos a nivel molecular no parecían expresar una sensibilidad extrema a las condiciones iniciales, la definición tradicional del caos físico. Incluso algunos problemas que surgieron podrían explicarse a través de la teoría de la perturbación, que permite desviaciones menores en un sistema que exhibe un comportamiento en gran medida regular que puede explicarse a través de la física clásica.

Sin embargo, como descubrieron algunos físicos del siglo XX, no todos los eventos que ocurren a nivel molecular podrían explicarse o predecirse adecuadamente a través de modelos cuánticos clásicos. Según esos modelos, eventos tales como el movimiento de partículas de un sitio al siguiente, requerirían cantidades de energía que crecen exponencialmente y que serían imposibles de generar. Sin embargo, debido a que se ha observado que las partículas se mueven sin producir esos niveles de energía, los científicos tuvieron que encontrar una forma diferente de explicar el fenómeno.

Una forma en que los científicos explicaron fue a través del estudio del átomo de Rydberg. Los átomos de Rydberg son átomos altamente energizados que exhiben comportamientos caóticos que pueden explicarse a través de la física clásica. El estudio de estos átomos ha demostrado que los sistemas donde está involucrado el caos cuántico tienen niveles de energía altamente correlacionados. Los niveles de energía de las partículas no se distribuyen aleatoriamente como en las moléculas clásicas. Los eventos de un subsistema están inextricablemente relacionados con los eventos de otro subsistema. Como resultado, se puede usar un espectro de energía para explicar al menos parcialmente los comportamientos de estas partículas.

Otro método era observar situaciones en las que la física clásica podía explicar irregularidades en sistemas grandes. La mecánica detrás del bamboleo en la órbita de la luna alrededor de la Tierra debido a la atracción gravitacional del sol se utilizó para crear una medición estadística que ayudó a explicar y predecir el comportamiento de las partículas de baja energía. Si bien los modelos clásicos en física no pueden explicar adecuadamente los comportamientos de estos sistemas moleculares caóticos, es interesante que el caos cuántico use esos modelos como punto de partida para crear nuevos modelos para comprender mejor estos sistemas.