Il caos quantistico, un termine non tecnico, è una scorciatoia scientifica che si riferisce all’uso della teoria del caos per spiegare i sistemi quantistici. La teoria del caos può spiegare le irregolarità che si verificano in tutti i sistemi dinamici dal macro al micro livello. Tali irregolarità includono un’oscillazione nella rivoluzione di un satellite attorno a un pianeta o la posizione imprevista di un elettrone a livello atomico. I sistemi quantistici sono quei sistemi che operano a livello molecolare. Prendendo insieme queste definizioni, il caos quantistico tenta di spiegare le irregolarità nei sistemi molecolari.
Per molto tempo, gli scienziati non erano sicuri dell’esistenza del caos quantistico. Gli atomi tendevano a mostrare modelli di energia prevedibili simili a onde. Gli oggetti a livello molecolare non sembravano esprimere un’estrema sensibilità alle condizioni iniziali, la definizione tradizionale di caos fisico. Anche alcuni problemi che sono emersi potrebbero essere spiegati attraverso la teoria delle perturbazioni, che consente deviazioni minori in un sistema che mostra un comportamento in gran parte regolare che può essere spiegato attraverso la fisica classica.
Tuttavia, come hanno scoperto alcuni fisici del XX secolo, non tutti gli eventi che si verificano a livello molecolare potevano essere adeguatamente spiegati o previsti attraverso i modelli quantistici classici. Secondo questi modelli, eventi come il movimento delle particelle da un sito all’altro richiederebbero quantità di energia in crescita esponenziale che sarebbero impossibili da generare. Poiché è stato osservato che le particelle si muovono senza produrre quei livelli di energia, tuttavia, gli scienziati hanno dovuto trovare un modo diverso per spiegare il fenomeno.
Un modo in cui gli scienziati hanno spiegato è stato attraverso lo studio dell’atomo di Rydberg. Gli atomi di Rydberg sono atomi altamente energizzati che mostrano comportamenti caotici che possono essere spiegati attraverso la fisica classica. Lo studio di questi atomi ha mostrato che i sistemi in cui è coinvolto il caos quantistico hanno livelli energetici altamente correlati. I livelli energetici delle particelle non sono distribuiti casualmente come nelle molecole classiche. Gli eventi di un sottosistema sono indissolubilmente legati agli eventi di un altro sottosistema. Di conseguenza, uno spettro energetico può essere utilizzato per spiegare almeno in parte i comportamenti di queste particelle.
Un altro metodo consisteva nell’esaminare le situazioni in cui la fisica classica era in grado di spiegare le irregolarità nei grandi sistemi. I meccanismi dietro l’oscillazione nell’orbita della luna intorno alla terra a causa dell’attrazione gravitazionale del sole sono stati usati per creare una misurazione statistica che ha aiutato a spiegare e prevedere i comportamenti delle particelle a bassa energia. Sebbene i modelli classici in fisica non possano spiegare adeguatamente i comportamenti di questi sistemi molecolari caotici, è interessante che il caos quantistico utilizzi quei modelli come punto di partenza per creare nuovi modelli per comprendere ulteriormente questi sistemi.