Fizicienii identifică incertitudinea trecută cu vederea în experimente din lumea reală, cum ar fi penseta optică

(Știri Nanowerk) Ecuațiile care descriu sistemele fizice presupun adesea că caracteristicile măsurabile ale sistemului — temperatura sau potențialul chimic, de exemplu — pot fi cunoscute cu exactitate. Dar lumea reală este mai dezordonată decât atât, iar incertitudinea este inevitabil. Temperaturile fluctuează, instrumentele funcționează defectuos, mediul interferează, iar sistemele evoluează în timp. Regulile fizicii statistice abordează incertitudinea cu privire la starea unui sistem care apare atunci când acel sistem interacționează cu mediul său. Dar ei au ratat de mult un alt tip, spun profesorul SFI David Wolpert și Jan Korbel, cercetător postdoctoral la Complexity Science Hub din Viena, Austria. Într-o nouă lucrare publicată în Cercetare de revizuire fizică („Termodinamica de neechilibru a proceselor stocastice incerte”), perechea de fizicieni susține că incertitudinea în parametrii termodinamici înșiși - încorporați în ecuații care guvernează comportamentul energetic al sistemului - poate influența, de asemenea, rezultatul unui experiment. Pensele optice, prezentate aici prind o nanoparticulă, se numără printre sistemele afectate de un tip de incertitudine pe care fizicienii au ratat-o ​​de mult. (Imagine: Steven Hoekstra / Wikipedia CC BY-SA 4.0) „În prezent, nu se știe aproape nimic despre consecințele termodinamice ale acestui tip de incertitudine, în ciuda caracterului inevitabil al acesteia”, spune Wolpert. În noua lucrare, el și Korbel iau în considerare modalități de modificare a ecuațiilor termodinamicii stocastice pentru a o adapta. Când Korbel și Wolpert s-au întâlnit la un atelier de informare și termodinamică din 2019, au început să vorbească despre acest al doilea tip de incertitudine în contextul sistemelor de neechilibru. „Ne-am întrebat, ce se întâmplă dacă nu cunoști exact parametrii termodinamici care guvernează sistemul tău?” își amintește Korbel. „Și apoi am început să ne jucăm.” Ecuațiile care descriu sisteme termodinamice includ adesea termeni definiți cu precizie pentru lucruri precum temperatura și potențialele chimice. „Dar ca experimentator sau observator nu cunoști neapărat aceste valori” cu o precizie foarte mare, spune Korbel. Și mai deranjant, ei și-au dat seama că este imposibil să se măsoare parametri precum temperatura, presiunea sau volumul cu precizie, atât din cauza limitărilor de măsurare, cât și din cauza faptului că aceste cantități se schimbă rapid. Ei au recunoscut că incertitudinea cu privire la acești parametri nu influențează doar informațiile despre starea inițială a sistemului, ci și modul în care acesta evoluează. Este aproape paradoxal, spune Korbel. „În termodinamică, presupui incertitudinea cu privire la starea ta, așa că o descrii într-un mod probabilist. Și dacă ai termodinamică cuantică, faci asta cu incertitudine cuantică”, spune el. „Dar, pe de altă parte, presupuneți că toți parametrii sunt cunoscuți cu exactitate.” Korbel spune că noua lucrare are implicații pentru o serie de sisteme naturale și proiectate. Dacă o celulă trebuie să simtă temperatura pentru a efectua o reacție chimică, de exemplu, atunci precizia ei va fi limitată. Incertitudinea în măsurarea temperaturii ar putea însemna că celula lucrează mai mult - și utilizează mai multă energie. „Celula trebuie să plătească acest cost suplimentar pentru că nu cunoaște sistemul”, spune el. Pensete optice oferi un alt exemplu. Acestea sunt fascicule laser de înaltă energie configurate pentru a crea un fel de capcană pentru particulele încărcate. Fizicienii folosesc termenul „rigiditate” pentru a descrie tendința particulei de a rezista mișcării de capcană. Pentru a determina configurația optimă pentru lasere, aceștia măsoară rigiditatea cât mai precis posibil. În mod obișnuit, aceștia fac acest lucru luând măsurători repetate, presupunând că incertitudinea provine din măsurarea în sine. Dar Korbel și Wolpert oferă o altă posibilitate - că incertitudinea provine din faptul că rigiditatea în sine se poate schimba pe măsură ce sistemul evoluează. Dacă acesta este cazul, măsurătorile identice repetate nu o vor captura, iar găsirea configurației optime va rămâne evazivă. „Dacă continui să faci același protocol, atunci particula nu ajunge în același punct, s-ar putea să trebuiască să faci o mică presiune”, ceea ce înseamnă muncă suplimentară care nu este descrisă de ecuațiile convenționale. Această incertitudine s-ar putea manifesta la toate scalele, spune Korbel. Ceea ce este adesea interpretat ca incertitudine în măsurare poate fi incertitudine în parametrii deghizați. Poate că s-a făcut un experiment lângă o fereastră unde strălucea soarele și apoi s-a repetat când era înnorat. Sau poate că aparatul de aer condiționat a pornit între mai multe încercări. În multe situații, spune el, „este relevant să ne uităm la acest alt tip de incertitudine”.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64416.php