科學家發展出可預測量子混沌的公式

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雖然物理學家在宏觀世界中已經可以了解混沌理論(chaos theory),但混亂在量子尺度上也有它的方式。 在許多方面,量子混沌比在大規模上更為困惑。

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這就是為什麼這如此重大,研究人員現在提出了一個可以預測量子混沌行為的單一公式。

這個公式有效地解釋了原子級量子混沌中的模式,可以有助於我們對腦外科到弦理論的理解。

即使是想出來的研究人員也很驚訝,他們可以如此完整地預測量子混沌的行為。

瑞典隆德大學的研究人員Vladimir Osipov說:「是的,我們現在有一個確切的公式。」

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「就我個人而言,我很驚訝這是可能的。」

為了發展公式,研究人員分析了量子混沌狀態下不同能量級的統計特性。 這什麼意思?

要了解你需要退後一步,看看正常混沌理論,蝴蝶效應的例子可能最為出名的,輸入系統的非常小的變化可以產生很大的影響,世界和自然可以令人難以置信的不可預測。

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量子混沌遵守相同的原理,但它的目的是解釋發生在一個原子內的怪異,其中質子和中子的行為像波而不是粒子。

這也可以應用於更大規模波浪的行為,例如電子和核的不規則運動,也可以應用在房間中的聲波或光學儀器中的光線。 而這在正常混沌理論上又引入了另一個等級的複雜。

Osipov說:「在混沌量子系統中,能量層次相互排斥,彼此之間很遠還可以相互影響。」

研究人員長期以來一直試圖對量子混沌行為進行預測,但是混沌系統對於計算中輸入的初始數字如此敏感,而具有挑戰性。 即使是電腦也難以找到可靠的模式。

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但是研究人員使用一個事實:激發態的原子釋放出可以測量的能量級別,從而得出可以預測原子等級行為的統一規則。

他們說,新的公式,要討論細節的話可能會太複雜,但是你可以在Physical Review Letters中全面閱讀,它提供了一種通用的,無參數的方法在量子層面上來預測混沌系統的行為方式。

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現在這個發現純粹是理論上的,但這個公式將會有實際的應用。 它可以應用於需要測量和理解混沌狀態的任何地方,例如金融市場、人類大腦、甚至弦理論的概念。

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我們可能還沒有完全破解量子混沌的密碼,但是這個公式應該有助於將未來的研究提供一些非常複雜的問題:研究人員說,他們的公式現在將幫助更容易地計算特定的量子混沌狀態。

麻省理工學院的Daniel Kleppner說「原子本身並不混亂,但如果你放一個場域在上面,例如一個磁場或一個電場,那麼這個傳統的動作就會變得混亂。」

「問題是這個系統的量子行為是什麼?這是一個有挑戰性的問題。」

現在我們終於有一個公式來幫助我們回答這個問題了。

研究已發表在Physical Review Letters上。

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來源: SCIENCEALERT