Forskare har nu lyckats formulera ett matematiskt resultat som ger ett exakt svar på frågan om hur kaos egentligen beter sig. Forskarna har analyserat kaotiska tillstånd på atomnivå.

Hur ser kaos ut i den minsta värld vi kan föreställa oss – inuti atomer? Världen där inne beter sig mycket annorlunda än den värld vi upplever; protonerna och neutronerna i kärnan är vågor. I detta mikrokosmos, den så kallade kvantvärlden, de normala naturens regler gäller inte, men i termer av staten som kallas kaos, det finns universella funktioner som finns, oavsett existensnivå.

I en ny studie, en forskargrupp med forskare från Lunds universitet, har därför bestämt sig för att ta itu med teorin om kvantkaos, d.v.s. de har studerat det kaotiska tillståndet på kvantnivå. Teorin om kvantkaos handlar om att förklara de oregelbundna rörelserna av både elektroner och kärnor, såväl som de oregelbundna rörelserna av, till exempel, ljusstrålar i optiska instrument med komplexa geometrier, eller ljudvågor i ett möblerat rum.

Forskarna har analyserat statistiska egenskaper vid olika energinivåer i ett kvantkaostillstånd. Även om forskningen är teoretisk, den har praktiska tillämpningar. Kaosteori och det tillhörande begreppet slumpmässiga matriser används i olika sammanhang där man försöker beskriva och analysera kaotiska tillstånd. Dessa sammanhang inkluderar finansiella instrument, hjärnkirurgi och till och med strängteorin för universum.

"I kaotiska kvantsystem, energinivåerna stöter bort varandra, och de påverkar varandra även om de är långt ifrån varandra, säger Vladimir Osipov, en forskare vid Lunds universitets naturvetenskapliga fakultet och en av författarna till den nya studien.

Han noterar att det är svårt att göra datorberäkningar för ett specifikt kvantkaostillstånd, eftersom kaotiska system är extremt känsliga för de initiala siffrorna som anges i beräkningar. Små skillnader i initiala värden kan ge stora avvikelser i slutresultatet av beräkningen. Dock, på grund av resultaten av den nya studien, från och med nu är det möjligt att använda en exakt, matematisk ekvation för att förutsäga kaosets egenskaper utan så omfattande sifferknäckande.

"Ja, vi har nu en exakt ekvation. Personligen, Jag är faktiskt förvånad över att det överhuvudtaget var möjligt, säger Vladimir Osipov.