把混乱困在罐子里

物理学专业17岁的埃德加·佩雷斯（Edgar Perez）因展示单极离子阱中的混沌行为而获得21届奖。

这个微小的球体在两个带电球体之间盘旋，令人眼花缭乱地随心所欲地曲折前行，以一种看似随机的运动方式左右摇摆。然而，对于17岁的物理系学生埃德加·佩雷斯来说，这种复杂的舞蹈代表了一种美丽的东西——在一个罐子里捕捉到的混乱。

这个罐子实际上是一个单极离子阱，他是第一个证明它可以产生混沌行为的研究人员，他在他的毕业论文的一系列实验中证明了这一点。

“我非常非常高兴，”埃德加说，他获得了21届奖，表彰“杰出人物的创造性工作，涉及不同寻常的主动性和自发性”，因为这个项目。

与流行的观点相反，混沌不等于随机——至少对物理学家来说不一样。在混沌系统中，简单的非线性力会产生极其复杂的行为——复杂到无法预测的行为。此外，系统一部分的微小波动会导致另一部分的巨大变化，这种现象通常被称为蝴蝶效应。天气是混沌系统的一个例子；股市也是如此。然而，混乱并不是无序。相反，埃德加称之为“极其复杂”。

混沌理论由法国数学家亨利·庞加莱开创，具有哲学和实践意义。在19世纪，物理学家认为，由物理定律支配的宇宙基本上是可以预测的。但是混沌的存在意味着宇宙可以同时是确定的和不可预测的。

埃德加在大三的时候对混沌和非线性动力学产生了兴趣。在他的毕业论文中，他想看看他是否能证明单极离子阱内的混沌行为，单极离子阱是一种广泛用于实验物理学（包括欧洲核子研究中心的反物质约束）的装置。在物理机械师杰伊·尤因（Jay Ewing ' 97）的帮助下，他设计并制造了自己的陷阱，它由两个带电表面组成——一个球形棒和一个碗。在两个表面之间，他放置了一个带电的聚乙烯球，直径只有50微米，大约是人类头发的宽度。电倾向于排斥球，所以通过改变两个表面上的电荷，他可以来回推动和拉动球。埃德加计算了使球在半空中振荡的正确电荷，并了解到通过调整表面之间的交变电压，他可以使球混乱地曲折，就像苍蝇绕着瓶子嗡嗡叫一样。

整个春天，他都在微调他的实验，使用物理系的高速摄像机，以每秒1.2万帧的速度拍摄球的运动，然后威博体育复杂的数学测试来确定运动是否确实是混沌的。4月的一个深夜，关键时刻来到了物理楼的地下一层深处，他的办公室就藏在那里。“从图像中提取数据后，我的代码需要几分钟来分析运动。所以，我点击“run”并等待。他说。“三分钟后，图表跳出来了，我想‘天哪，它成功了！“有一会儿我真的动不了。我太兴奋了。”

作为南加州的第一代学生，埃德加和他的家人度过了一些艰难的时期。他从父亲那里学会了如何使用烙铁，并在高中时通过为同学和老师修理ipod和其他电子产品来赚钱。

他选择了威博体育，因为它专注于精神生活。“我意识到钱来了又去，”他说。“你唯一能拥有的真正安全来自知识。”

在威博体育，他爱上了物理，几乎选修了威博体育APP提供的每一门课程。

由于他的论文，他被授予了“21年级奖”，以表彰他“杰出的创造性工作，涉及到不同寻常的主动性和自发性”。该奖项还授予戏剧专业的阿什林·哈奇（Ashlin Hatch）。

他的论文导师约翰·埃西克（物理学）教授称其为“理想的物理学论文，由有趣的实验结果组成，并用完善的理论加以解释。”这个项目是埃德加自己构思的，由于他在开放式环境中工作的动力和才能，取得了显著的成果。”埃西克教授对此印象深刻，他计划与埃德加合作，将研究结果发表在《美国物理学杂志》上。

今年秋天，埃德加将在科罗拉多州博尔德市的国家标准与技术研究所的Ian Coddington ' 98实验室花一年时间研究高精度时钟，然后在密歇根大学攻读威博体育物理学博士学位。

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