فیزیکدانان عدم قطعیت نادیده گرفته شده در آزمایشات دنیای واقعی مانند موچین های نوری را شناسایی می کنند.

فیزیکدانان عدم قطعیت نادیده گرفته شده در آزمایشات دنیای واقعی مانند موچین های نوری را شناسایی می کنند.

تمبر زمان: 15 ژانویه 2024، ساعت 12:25 بعد از ظهر
گره منبع: 3062607
ژان 15، 2024

(اخبار نانوورکمعادلاتی که سیستم‌های فیزیکی را توصیف می‌کنند اغلب فرض می‌کنند که ویژگی‌های قابل اندازه‌گیری سیستم - برای مثال دما یا پتانسیل شیمیایی - می‌تواند دقیقاً شناخته شود. اما دنیای واقعی آشفته تر از آن است و عدم قطعیت اجتناب ناپذیر است. دماها در نوسان هستند، ابزارها بد کار می کنند، محیط تداخل می کند و سیستم ها در طول زمان تکامل می یابند. قواعد فیزیک آماری به عدم قطعیت در مورد وضعیت یک سیستم که هنگام تعامل آن سیستم با محیط خود به وجود می آید، می پردازد. پروفسور دیوید ولپرت و یان کوربل، محقق فوق دکتری در مرکز علوم پیچیدگی در وین، اتریش، می‌گویند، اما آنها مدت‌هاست که نوع دیگری را از دست داده‌اند. در مقاله جدیدی که در تحقیق مروری فیزیکی (ترمودینامیک غیرتعادلی فرآیندهای تصادفی نامشخصاین دو فیزیکدان استدلال می‌کنند که عدم قطعیت در خود پارامترهای ترمودینامیکی - که در معادلاتی که رفتار پرانرژی سیستم را کنترل می‌کنند - نیز ممکن است بر نتیجه آزمایش تأثیر بگذارد. موچین های نوری، که در اینجا نشان داده شده است که یک نانوذره را به دام می اندازد موچین‌های نوری که در اینجا نشان داده شده‌اند که نانوذره‌ای را به دام می‌اندازند، از جمله سیستم‌هایی هستند که تحت تأثیر نوعی عدم قطعیت قرار گرفته‌اند که فیزیکدانان مدت‌ها از آن غافل بودند. (تصویر: Steven Hoekstra / Wikipedia CC BY-SA 4.0) ولپرت می گوید: «در حال حاضر، تقریباً هیچ چیز در مورد پیامدهای ترمودینامیکی این نوع عدم قطعیت با وجود اجتناب ناپذیر بودن آن شناخته شده نیست. در مقاله جدید، او و کوربل راه هایی را برای اصلاح معادلات ترمودینامیک تصادفی برای تطبیق با آن در نظر می گیرند. وقتی کوربل و ولپرت در سال 2019 در یک کارگاه آموزشی در مورد اطلاعات و ترمودینامیک ملاقات کردند، آنها شروع به صحبت در مورد این نوع دوم عدم قطعیت در زمینه سیستم‌های غیرتعادلی کردند. "ما تعجب کردیم که اگر پارامترهای ترمودینامیکی حاکم بر سیستم خود را دقیقاً ندانید چه اتفاقی می افتد؟" کوربل را به یاد می آورد. و سپس ما شروع به بازی در اطراف کردیم. معادلاتی که سیستم‌های ترمودینامیکی را توصیف می‌کنند، اغلب شامل اصطلاحات دقیقی برای چیزهایی مانند دما و پتانسیل‌های شیمیایی هستند. کوربل می‌گوید: «اما به‌عنوان یک آزمایش‌گر یا ناظر، لزوماً این مقادیر را با دقت بسیار زیاد نمی‌دانید». حتی آزاردهنده تر، آنها متوجه شدند که اندازه گیری دقیق پارامترهایی مانند دما، فشار یا حجم غیرممکن است، هم به دلیل محدودیت های اندازه گیری و هم به دلیل این واقعیت که این کمیت ها به سرعت تغییر می کنند. آنها متوجه شدند که عدم قطعیت در مورد آن پارامترها نه تنها بر اطلاعات مربوط به وضعیت اصلی سیستم، بلکه بر نحوه تکامل آن نیز تأثیر می گذارد. کوربل می گوید: تقریباً متناقض است. "در ترمودینامیک، شما عدم قطعیت در مورد وضعیت خود را فرض می کنید، بنابراین آن را به روشی احتمالی توصیف می کنید. و اگر ترمودینامیک کوانتومی دارید، این کار را با عدم قطعیت کوانتومی انجام می دهید. "اما از سوی دیگر، شما فرض می کنید که تمام پارامترها با دقت دقیق شناخته شده اند." کوربل می گوید که کار جدید پیامدهایی برای طیف وسیعی از سیستم های طبیعی و مهندسی دارد. برای مثال، اگر یک سلول برای انجام برخی واکنش‌های شیمیایی نیاز به حس دما داشته باشد، دقت آن محدود می‌شود. عدم قطعیت در اندازه گیری دما می تواند به این معنی باشد که سلول کار بیشتری انجام می دهد - و انرژی بیشتری مصرف می کند. او می‌گوید: «سلول باید این هزینه اضافی را به دلیل عدم اطلاع از سیستم بپردازد. موچین نوری مثال دیگری ارائه دهید این پرتوهای لیزر پرانرژی هستند که برای ایجاد نوعی تله برای ذرات باردار پیکربندی شده‌اند. فیزیکدانان از اصطلاح "سفتی" برای توصیف تمایل ذره به مقاومت در برابر حرکت توسط تله استفاده می کنند. برای تعیین پیکربندی بهینه برای لیزرها، سفتی را تا حد امکان دقیق اندازه‌گیری می‌کنند. آنها معمولاً این کار را با اندازه گیری های مکرر انجام می دهند، با این فرض که عدم قطعیت از خود اندازه گیری ناشی می شود. اما کوربل و ولپرت احتمال دیگری را ارائه می‌کنند - اینکه عدم قطعیت از این واقعیت ناشی می‌شود که خود سختی ممکن است با تکامل سیستم در حال تغییر باشد. اگر اینطور باشد، اندازه‌گیری‌های یکسان مکرر آن را نمی‌گیرد و یافتن پیکربندی بهینه گریزان باقی می‌ماند. "اگر به انجام همان پروتکل ادامه دهید، پس ذره در همان نقطه قرار نمی گیرد، ممکن است مجبور شوید کمی فشار دهید"، که به معنای کار اضافی است که توسط معادلات معمولی توصیف نشده است. کوربل می‌گوید این عدم قطعیت می‌تواند در همه مقیاس‌ها ظاهر شود. آنچه اغلب به عنوان عدم قطعیت در اندازه گیری تفسیر می شود، ممکن است عدم قطعیت در پارامترهای پنهان باشد. شاید آزمایشی در نزدیکی پنجره ای که خورشید در آن می تابد انجام شده و سپس زمانی که هوا ابری بود تکرار شود. یا شاید سیستم تهویه هوا در بین چندین آزمایش روشن شده است. او می‌گوید در بسیاری از موقعیت‌ها، «نگریستن به این نوع دیگر عدم قطعیت مرتبط است».

تمبر زمان:

بیشتر از نانورک