Fisikawan mengidentifikasi ketidakpastian yang terabaikan dalam eksperimen dunia nyata seperti pinset optik

(Berita Nanowerk) Persamaan yang menggambarkan sistem fisik sering kali berasumsi bahwa fitur terukur dari sistem – suhu atau potensi kimia, misalnya – dapat diketahui secara pasti. Namun dunia nyata lebih berantakan dari itu, dan ketidakpastian tidak bisa dihindari. Suhu berfluktuasi, kerusakan instrumen, gangguan lingkungan, dan sistem berkembang seiring waktu. Aturan fisika statistik mengatasi ketidakpastian keadaan suatu sistem yang muncul ketika sistem tersebut berinteraksi dengan lingkungannya. Namun mereka sudah lama merindukan jenis lain, kata Profesor SFI David Wolpert dan Jan Korbel, peneliti pascadoktoral di Complexity Science Hub di Wina, Austria. Dalam makalah baru yang diterbitkan di Penelitian Tinjauan Fisik (“Termodinamika nonequilibrium dari proses stokastik yang tidak pasti”), sepasang fisikawan berpendapat bahwa ketidakpastian dalam parameter termodinamika itu sendiri – yang dimasukkan ke dalam persamaan yang mengatur perilaku energik sistem – juga dapat mempengaruhi hasil percobaan. Pinset optik, yang ditampilkan di sini menjebak nanopartikel, adalah salah satu sistem yang terkena dampak ketidakpastian yang telah lama diabaikan oleh fisikawan. (Gambar: Steven Hoekstra / Wikipedia CC BY-SA 4.0) “Saat ini, hampir tidak ada yang diketahui tentang konsekuensi termodinamika dari ketidakpastian jenis ini meskipun ketidakpastian tersebut tidak dapat dihindari,” kata Wolpert. Dalam makalah barunya, dia dan Korbel mempertimbangkan cara untuk memodifikasi persamaan termodinamika stokastik untuk mengakomodasi hal tersebut. Ketika Korbel dan Wolpert bertemu di lokakarya informasi dan termodinamika tahun 2019, mereka mulai membicarakan ketidakpastian jenis kedua ini dalam konteks sistem non-ekuilibrium. “Kami bertanya-tanya, apa yang terjadi jika Anda tidak mengetahui secara pasti parameter termodinamika yang mengatur sistem Anda?” kenang Korbel. “Dan kemudian kami mulai bermain-main.” Persamaan yang menggambarkan sistem termodinamika sering kali mencakup istilah-istilah yang didefinisikan secara tepat untuk hal-hal seperti suhu dan potensi kimia. “Tetapi sebagai pelaku eksperimen atau pengamat, Anda belum tentu mengetahui nilai-nilai ini” dengan sangat tepat, kata Korbel. Yang lebih menjengkelkan lagi, mereka menyadari bahwa mustahil mengukur parameter seperti suhu, tekanan, atau volume secara tepat, karena keterbatasan pengukuran dan fakta bahwa besaran-besaran ini berubah dengan cepat. Mereka menyadari bahwa ketidakpastian mengenai parameter-parameter tersebut tidak hanya mempengaruhi informasi tentang keadaan awal sistem, namun juga bagaimana sistem tersebut berkembang. Ini hampir bersifat paradoks, kata Korbel. “Dalam termodinamika, Anda mengasumsikan ketidakpastian tentang keadaan Anda sehingga Anda menggambarkannya dengan cara yang probabilistik. Dan jika Anda memiliki termodinamika kuantum, Anda melakukannya dengan ketidakpastian kuantum,” katanya. “Namun di sisi lain, Anda berasumsi bahwa semua parameter diketahui dengan presisi yang tepat.” Korbel mengatakan penelitian baru ini mempunyai implikasi terhadap berbagai sistem alami dan rekayasa. Jika sebuah sel perlu merasakan suhu untuk melakukan suatu reaksi kimia, misalnya, maka ketepatannya akan terbatas. Ketidakpastian dalam pengukuran suhu dapat berarti bahwa sel melakukan lebih banyak pekerjaan dan menggunakan lebih banyak energi. “Sel harus membayar biaya tambahan karena tidak mengetahui sistemnya,” katanya. Pinset optik memberikan contoh lain. Ini adalah sinar laser berenergi tinggi yang dikonfigurasi untuk menciptakan semacam perangkap bagi partikel bermuatan. Fisikawan menggunakan istilah “kekakuan” untuk menggambarkan kecenderungan partikel untuk menolak digerakkan oleh perangkap. Untuk menentukan konfigurasi optimal laser, mereka mengukur kekakuannya setepat mungkin. Mereka biasanya melakukan ini dengan melakukan pengukuran berulang-ulang, dengan asumsi bahwa ketidakpastian timbul dari pengukuran itu sendiri. Namun Korbel dan Wolpert menawarkan kemungkinan lain – bahwa ketidakpastian muncul dari fakta bahwa kekakuan itu sendiri mungkin berubah seiring dengan berkembangnya sistem. Jika demikian, maka pengukuran serupa yang berulang tidak akan dapat menangkapnya, dan menemukan konfigurasi optimal akan tetap sulit dilakukan. “Jika Anda terus melakukan protokol yang sama, maka partikel tersebut tidak akan berakhir di titik yang sama, Anda mungkin harus melakukan sedikit dorongan,” yang berarti kerja ekstra yang tidak dijelaskan oleh persamaan konvensional. Ketidakpastian ini dapat terjadi pada semua skala, kata Korbel. Apa yang sering diartikan sebagai ketidakpastian dalam pengukuran bisa jadi merupakan ketidakpastian dalam parameter yang terselubung. Mungkin percobaan dilakukan di dekat jendela tempat matahari bersinar, dan diulangi saat cuaca mendung. Atau mungkin AC menyala di antara beberapa percobaan. Dalam banyak situasi, katanya, “penting untuk melihat jenis ketidakpastian lainnya.”

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64416.php