Tandis que les physiciens ont réussi à se pencher sur la théorie du chaos dans l’univers macroscopique, le chaos s’est également frayé son chemin à l’échelle quantique. Et à bien des égards, le chaos quantique est encore plus perplexe que son équivalent à plus grande échelle. Mais à présent, il existe une équation qui permet d’expliquer le comportement du chaos quantique.
Le terme « chaos quantique » désigne un champ de recherches qui est issu de la théorie du chaos. Il tente essentiellement de répondre à la question suivante : « Quel est le comportement, en mécanique quantique, d’un système classiquement chaotique ? ».
Des chercheurs ont réussi à mettre au point une équation unique, permettant de prédire comment le chaos quantique se comporte. L’équation explique de manière efficace les modèles au sein du chaos quantique, et ce, au niveau atomique. Elle pourrait donc contribuer à améliorer notre compréhension générale vis-à-vis de nombreux et variés sujets, de la chirurgie du cerveau jusqu’à la théorie des cordes.
Même les chercheurs qui ont mis au point l’équation ont été surpris de la précision avec laquelle elle pouvait prédire le comportement du chaos quantique. « Oui, nous avons à présent une équation exacte », a déclaré Vladimir Osipov, l’un des chercheurs, de l’Université de Lund en Suède. « Personnellement, je suis vraiment surpris que ce soit possible », a-t-il ajouté.
Afin de développer cette équation, les chercheurs ont analysé les propriétés statistiques des différents niveaux d’énergie dans un état de chaos quantique. Mais concrètement, de quoi s’agit-il ? Pour le comprendre, il faut d’abord se pencher sur la théorie du chaos, qui étudie le comportement des systèmes dynamiques très sensibles aux conditions initiales : un phénomène généralement illustré par l’effet papillon (où de très petites variations initiales contribuant à un système peuvent avoir un impact très important, engendrant des conséquences imprévisibles).
Le chaos quantique suit ce même principe, mais il vise à expliquer l’étrangeté qui se produit au sein d’un atome, où les protons et les neutrons se comportent comme des ondes plutôt que des particules. Cela peut également s’appliquer au comportement des ondes à plus grande échelle, tel que le mouvement irrégulier des électrons et des noyaux. Cela est également applicable à des éléments tels que les ondes sonores dans une pièce remplie (par exemple meublée) ou encore les rayons de lumière dans les instruments optiques.
Les chercheurs ont longtemps essayé d’émettre des prédictions quant à la manière dont le chaos quantique se comporte, mais c’est difficile car les systèmes chaotiques sont extrêmement sensibles aux éléments initiaux. Même les ordinateurs ont du mal à trouver des modèles fiables. Cela introduit donc un tout nouveau niveau de complexité, en plus de la théorie du chaos. « Dans les systèmes quantiques chaotiques, les niveaux d’énergie se repoussent entre-eux, et ils s’affectent les uns les autres même s’ils sont éloignés », explique Osipov.
Les chercheurs se sont basés sur le fait que les atomes, dans des états excités, délivrent des niveaux d’énergie qui peuvent être mesurés, afin de parvenir à une règle permettant de prédire le comportement au niveau atomique. Les scientifiques affirment que la nouvelle équation offre un moyen universel de prédire le comportement d’un système chaotique au niveau quantique.
À l’heure actuelle, cette recherche est purement théorique, mais l’équation aura également des applications pratiques. Elle peut en effet s’appliquer partout où les états chaotiques entrent en action et où ils doivent être mesurés et compris de manière précise, comme par exemple dans le domaine des marchés financiers, du fonctionnement du cerveau humain, et également à la théorie des cordes.
Bien que nous n’ayons pas encore résolu tous les mystères du chaos quantique, la nouvelle équation devrait aider les scientifiques à calculer de manière plus simple et précise, des états spécifiques du chaos quantique.
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