شرح معادله‌ی چگونگی رفتار آشوب کوانتومی
رادیو ایلیاد
شرح معادله‌ی چگونگی رفتار آشوب کوانتومی
مجله علمی ایلیاد - اگرچه فیزیکدانان توجه خود را معطوف نظریه‌ی آشوب در دنیای میکروسکوپی کرده‌اند، اما این آشوب یا بی‌نظمی در مقیاس کوانتومی عمل می‌کند. آشوب کوانتومی بسیار پیچیده‌تر از همتای بزرگ مقیاس آن است. به دلیل اهمیت بالای این موضوع، محققان معادله‌ای را ارائه کردند که می‌تواند چگونگی رفتار آشوب کوانتومی را توضیح بدهد.
این معادله به‌طور موثر الگوهای موجود در آشوب کوانتومی را در سطح اتمی توضیح می‌دهد و حتی می‌تواند درک ما را نسبت به همه‌چیز ارتقا ببخشد؛ یعنی از جراحی مغز گرفته تا نظریه‌ی ریسمان. حتی خود محققانی که به چنین معادله‌ای دست یافتند، نسبت به این مسئله شگفت‌زده بودند که می‌توانند رفتار آشوب کوانتومی را به این تمیزی پیش‌بینی کنند.
«ولادیمیر اوسیپوف» یکی از محققان دانشگاه لوند در سوئد بیان کرد: «بله، ما الان معادله‌ی دقیقی در اختیار داریم. من شخصاً نمی‌دانستم که واقعاً چنین چیزی می‌تواند ممکن باشد.» محققان برای دستیابی به این معادله به تجزیه و تحلیل ویژگی‌های آماری سطوح مختلف انرژی در حالت آشوب کوانتومی پرداختند. خب این به چه معنا است؟
برای فهمیدن این مسئله باید گامی به عقب برداشته و به نظریه‌ی آشوب عادی نگاه بیندازید که همگان آن‌را با مثال «اثر پروانه» می‌شناسند؛ تغییرات کوچک ورودی در سیستمی می‌تواند اثرات بزرگی بر جای بگذارد و در نتیجه، دنیا و طبیعت می‌توانند به‌طرز قابل توجهی غیرقابل پیش‌بینی باشند. آشوب کوانتومی از اصل یکسانی تبعیت می‌کند، اما درصدد توضیح اتفاقات عجیب و غریبی است که درون اتم روی می‌دهد؛ در جایی که پروتون‌ها و نوترون‌ها به‌جای ذره، مانند موج عمل می‌کنند. این توضیح می‌تواند برای رفتار امواج در مقیاسی بزرگتر نیز صدق بکند، مثل حرکات بی‌قاعده الکترون‌ها و هسته‌ها، چیزهایی نظیر امواج صدا در اتاق مبله یا پرتوهای نور در دستگاه نوری. پس ما به سطح دیگری از پیچیدگی در ورای نظریه‌ی عادی، آشوب عادی دست یافته‌ایم.
اوسیپوف افزود: «در سیستم‌های کوانتومی پر هرج و مرج، سطوح انرژی همدیگر را دفع کرده و حتی در صورتی که با فاصله از یکدیگر قرار گرفته باشند، بر یکدیگر تاثیر می‌گذارند.» محققان از مدت‌ها پیش تلاش کرده‌اند تا پیش‌بینی‌هایی را درباره‌ی چگونگی رفتار آشوب کوانتومی انجام دهند، اما این کار چالش‌های بسیاری را به‌همراه دارد، زیرا سیستم‌های پر هرج و مرج نسبت به اعداد ابتدایی وارد شده در محاسبات خیلی حساس هستند. حتی رایانه‌ها نیز برای یافتن الگوهای قابل اطمینان تلاش می‌کنند. اما محققان به این واقعیت تکیه کردند که اتم‌ها در حالت برانگیخته سطوحی از انرژی را منتشر می‌سازند که می‌تواند اندازه‌گیری شود. آنان به دنبال یافتن قاعده‌ای متحد بودند که بتواند رفتار را در سطح اتمی پیش‌بینی کند.
به گفته‌ی محققان، معادله‌ِی جدید که از پیچیدگی بالایی بهره می‌برد و در مجله‌ی Physical Review Letters منتشر شده است، راهکار فراگیر عاری از پارامتر برای پیش‌بینی چگونگی رفتار سیستمی پُرآشوب در سطح کوانتومی ارائه می‌کند. اکنون کار در سطح نظری قرار دارد، اما این معادله‌ی جدید چندین کاربرد عملی خواهد داشت. هرجا که نیاز به اندازه‌گیری حالت‌های پرآشوب باشد، می‌توان از این معادله استفاده کرد؛ مثل بازارهای مالی، مغز انسان و حتی مفهوم نظریه‌ی ریسمان. شاید ما هنوز موفق به کشف رمز آشوب کوانتومی نباشیم، اما معادله می‌تواند تحقیقات آینده را از چند سوال بسیار پیچیده باخبر سازد. محققان امیدوارند معادله‌شان نقش موثری در محاسبه‌ی آسان حالت‌های آشوب کوانتومی ویژه‌ای خواهد داشت.
«دنیل کلپنر» از MIT در سال ۲۰۱۴ توضیح داده بود: «اتم به خودی خود هرگز پرآشوب نیست؛ اما اگر میدانی را بر آن اعمال کنید (مثل میدان مغناطیسی یا الکتریکی)، حرکت کلاسیک به حالت هرج و مرج و آشفته در می‌آید. سوال این است که رفتار کوانتومی این سیستم چگونه است؟ سوال بحث برانگیزی است.»
اکنون معادله‌ای داریم که ما را در پاسخگویی به آن سوال کمک می‌کند. این مقاله در مجله‌ی Physical Review Letters منتشر شده است.
نوشته: دیوید نیلد
ترجمه: منصور نقی‌لو - مجله علمی ایلیاد
ترجمه: منصور نقی‌لو - مجله علمی ایلیاد