פיזיקאים מזהים אי ודאות שהתעלמו ממנה בניסויים בעולם האמיתי כמו פינצטה אופטית

(חדשות Nanowerk) המשוואות המתארות מערכות פיזיקליות מניחות לעתים קרובות שניתן לדעת בדיוק את התכונות הניתנות למדידה של המערכת - טמפרטורה או פוטנציאל כימי, למשל. אבל העולם האמיתי מבולגן יותר מזה, ואי ודאות היא בלתי נמנעת. הטמפרטורות משתנות, המכשירים לא מתפקדים, הסביבה מפריעה ומערכות מתפתחות עם הזמן. כללי הפיזיקה הסטטיסטית מתייחסים לאי הוודאות לגבי מצבה של מערכת המתעוררת כאשר מערכת זו מקיימת אינטראקציה עם סביבתה. אבל הם כבר מזמן פספסו סוג אחר, אומרים פרופסור SFI דיוויד וולפרט ויאן קורבל, חוקר פוסט-דוקטורט במרכז למדעי המורכבות בוינה, אוסטריה. במאמר חדש שפורסם ב מחקר סקירה גופנית ("תרמודינמיקה ללא שיווי משקל של תהליכים סטוכסטיים לא ודאיים"), צמד הפיזיקאים טוענים שאי ודאות בפרמטרים התרמודינמיים עצמם - המובנית במשוואות השולטות בהתנהגות האנרגטית של המערכת - עשויה להשפיע גם על תוצאת הניסוי. פינצטה אופטית, המוצגת כאן הלוכדת ננו-חלקיק, היא בין המערכות המושפעות מסוג של אי ודאות שפיזיקאים פספסו זה מכבר. (תמונה: Steven Hoekstra / ויקיפדיה CC BY-SA 4.0) "כרגע, כמעט שום דבר לא ידוע על ההשלכות התרמודינמיות של סוג זה של אי ודאות למרות הבלתי נמנעת שלה", אומר וולפרט. במאמר החדש, הוא וקורבל שוקלים דרכים לשנות את משוואות התרמודינמיקה הסטוכסטית כדי להתאים אותה. כשקורבל ווולפרט נפגשו בסדנה ב-2019 בנושא מידע ותרמודינמיקה, הם התחילו לדבר על סוג שני זה של אי ודאות בהקשר של מערכות לא שיווי משקל. "תהינו, מה קורה אם אתה לא יודע בדיוק את הפרמטרים התרמודינמיים השולטים במערכת שלך?" נזכר קורבל. "ואז התחלנו לשחק." המשוואות המתארות מערכות תרמודינמיות כוללות לעתים קרובות מונחים מוגדרים במדויק לדברים כמו טמפרטורה ופוטנציאלים כימיים. "אבל בתור נסיין או צופה אתה לא בהכרח מכיר את הערכים האלה" בדיוק גדול מאוד, אומר קורבל. מטריד עוד יותר, הם הבינו שאי אפשר למדוד פרמטרים כמו טמפרטורה, לחץ או נפח במדויק, הן בגלל מגבלות המדידה והן בגלל העובדה שהכמויות האלה משתנות במהירות. הם הכירו שחוסר הוודאות לגבי הפרמטרים הללו משפיע לא רק על מידע על המצב המקורי של המערכת, אלא גם על האופן שבו היא מתפתחת. זה כמעט פרדוקסלי, אומר קורבל. "בתרמודינמיקה, אתה מניח אי ודאות לגבי המצב שלך אז אתה מתאר אותו בצורה הסתברותית. ואם יש לך תרמודינמיקה קוונטית, אתה עושה את זה עם אי ודאות קוונטית", הוא אומר. "אבל מצד שני, אתה מניח שכל הפרמטרים ידועים בדיוק מדויק." קורבל אומר שלעבודה החדשה יש השלכות על מגוון מערכות טבעיות ומהונדסות. אם תא צריך לחוש את הטמפרטורה כדי לבצע תגובה כימית כלשהי, למשל, אז היא תהיה מוגבלת בדיוק שלה. חוסר הוודאות במדידת הטמפרטורה עשויה לגרום לכך שהתא עושה יותר עבודה - ומשתמש יותר אנרגיה. "התא צריך לשלם את העלות הנוספת הזו על אי הכרת המערכת", הוא אומר. פינצטה אופטית להציע דוגמה נוספת. אלו הן קרני לייזר בעלות אנרגיה גבוהה המוגדרות ליצירת מעין מלכודת עבור חלקיקים טעונים. פיזיקאים משתמשים במונח "נוקשות" כדי לתאר את נטייתו של החלקיק להתנגד להנעה מהמלכודת. כדי לקבוע את התצורה האופטימלית עבור הלייזרים הם מודדים את הקשיחות בצורה מדויקת ככל האפשר. הם בדרך כלל עושים זאת על ידי ביצוע מדידות חוזרות ונשנות, בהנחה שאי הוודאות נובעת מהמדידה עצמה. אבל קורבל ווולפרט מציעים אפשרות נוספת - שאי הוודאות נובעת מהעובדה שהנוקשות עצמה עשויה להשתנות ככל שהמערכת מתפתחת. אם זה המקרה, מדידות זהות חוזרות ונשנות לא יתפסו את זה, ומציאת התצורה האופטימלית תישאר חמקמקה. "אם תמשיך לעשות את אותו פרוטוקול, אז החלקיק לא יגיע לאותה נקודה, אולי תצטרך לעשות דחיפה קטנה", כלומר עבודה נוספת שאינה מתוארת במשוואות המקובלות. חוסר הוודאות הזה יכול להופיע בכל קנה מידה, אומר קורבל. מה שמתפרש לעתים קרובות כאי ודאות במדידה עשוי להיות אי ודאות בפרמטרים במסווה. אולי נעשה ניסוי ליד חלון שבו השמש זרחה, ואז חזר על עצמו כשהיה מעונן. או אולי המזגן הפעיל בין ניסויים מרובים. במצבים רבים, הוא אומר, "רלוונטי להסתכל על סוג אחר של אי ודאות".

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64416.php