Füüsikud tuvastavad reaalsetes katsetes, nagu optilised pintsetid, tähelepanuta jäetud ebakindluse

(Nanowerki uudised) Füüsikalisi süsteeme kirjeldavad võrrandid eeldavad sageli, et süsteemi mõõdetavad omadused – näiteks temperatuur või keemiline potentsiaal – on täpselt teada. Kuid tegelik maailm on sellest segasem ja ebakindlus on vältimatu. Temperatuurid kõiguvad, instrumendid ei tööta, keskkond segab ja süsteemid arenevad aja jooksul. Statistilise füüsika reeglid käsitlevad ebakindlust süsteemi oleku suhtes, mis tekib siis, kui süsteem suhtleb oma keskkonnaga. Kuid nad on juba ammu igatsenud teist liiki, ütlevad SFI professor David Wolpert ja Jan Korbel, Austrias Viinis asuva Complexity Science Hubi järeldoktor. aastal avaldatud uues artiklis Füüsilise ülevaate uurimine ("Ebakindlate stohhastiliste protsesside mittetasakaaluline termodünaamika"), väidavad füüsikute paar, et termodünaamiliste parameetrite endi ebakindlus – mis on sisse ehitatud võrranditesse, mis reguleerivad süsteemi energeetilist käitumist – võib samuti mõjutada katse tulemust. Optilised pintsetid, mis on siin näidatud nanoosakeste püüdmisel, kuuluvad süsteemide hulka, mida mõjutab teatud tüüpi ebakindlus, mida füüsikud on juba ammu igatsenud. (Pilt: Steven Hoekstra / Wikipedia CC BY-SA 4.0) "Praegu pole peaaegu midagi teada seda tüüpi ebakindluse termodünaamiliste tagajärgede kohta, hoolimata selle vältimatusest, " ütleb Wolpert. Uues artiklis kaaluvad ta ja Korbel võimalusi stohhastilise termodünaamika võrrandite muutmiseks, et seda kohandada. Kui Korbel ja Wolpert kohtusid 2019. aasta teabe ja termodünaamika seminaril, hakkasid nad rääkima sellest teist tüüpi ebakindlusest mittetasakaalusüsteemide kontekstis. "Me mõtlesime, mis juhtub, kui te ei tea täpselt oma süsteemi reguleerivaid termodünaamilisi parameetreid?" meenutab Korbel. "Ja siis hakkasime mängima." Termodünaamilisi süsteeme kirjeldavad võrrandid sisaldavad sageli täpselt määratletud termineid selliste asjade jaoks nagu temperatuur ja keemilised potentsiaalid. "Kuid eksperimenteerija või vaatlejana ei pruugi te neid väärtusi väga täpselt teada," ütleb Korbel. Veelgi tüütumalt mõistsid nad, et selliseid parameetreid nagu temperatuur, rõhk või maht on võimatu täpselt mõõta nii mõõtmispiirangute kui ka asjaolu tõttu, et need suurused muutuvad kiiresti. Nad mõistsid, et ebakindlus nende parameetrite suhtes ei mõjuta mitte ainult teavet süsteemi algse oleku kohta, vaid ka seda, kuidas see areneb. See on peaaegu paradoksaalne, ütleb Korbel. "Termodünaamikas eeldate oma oleku suhtes ebakindlust, nii et kirjeldate seda tõenäosuslikul viisil. Ja kui teil on kvanttermodünaamika, teete seda kvantmääramatusega, " ütleb ta. "Kuid teisest küljest eeldate, et kõik parameetrid on täpselt teada." Korbel ütleb, et uus töö mõjutab paljusid looduslikke ja konstrueeritud süsteeme. Kui rakk peab näiteks mõne keemilise reaktsiooni läbiviimiseks temperatuuri tajuma, on selle täpsus piiratud. Temperatuuri mõõtmise ebakindlus võib tähendada, et rakk teeb rohkem tööd ja kasutab rohkem energiat. "Rakk peab maksma selle lisakulu süsteemi mittetundmise eest," ütleb ta. Optilised pintsetid tuua veel üks näide. Need on suure energiatarbega laserkiired, mis on konfigureeritud looma laetud osakeste jaoks omamoodi lõksu. Füüsikud kasutavad terminit "jäikus", et kirjeldada osakeste kalduvust lõksu liigutamisele vastu seista. Laserite optimaalse konfiguratsiooni määramiseks mõõdavad nad jäikust võimalikult täpselt. Tavaliselt teevad nad seda korduvate mõõtmiste teel, eeldades, et mõõtemääramatus tuleneb mõõtmisest endast. Kuid Korbel ja Wolpert pakuvad veel ühe võimaluse – et ebakindlus tuleneb asjaolust, et jäikus ise võib süsteemi arenedes muutuda. Kui see nii on, siis korduvad identsed mõõtmised seda ei taba ja optimaalse konfiguratsiooni leidmine jääb raskeks. "Kui jätkate sama protokolli täitmist, siis osake ei satu samasse punkti, võib-olla peate tegema väikese tõuke," mis tähendab lisatööd, mida tavavõrrandid ei kirjelda. See ebakindlus võib ilmneda igal skaalal, ütleb Korbel. See, mida sageli tõlgendatakse mõõtmise määramatusena, võib olla varjatud parameetrite ebakindlus. Võib-olla tehti katse akna lähedal, kus päike paistis, ja korrati siis, kui oli pilves. Või äkki läks konditsioneer mitme katse vahel tööle. Paljudes olukordades, ütleb ta, "on asjakohane vaadata seda teist tüüpi ebakindlust."

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64416.php