Физики выявляют упущенную из виду неопределенность в реальных экспериментах, таких как оптический пинцет

(Новости Наноуэрк) Уравнения, описывающие физические системы, часто предполагают, что измеримые характеристики системы — например, температура или химический потенциал — могут быть точно известны. Но реальный мир гораздо сложнее, и неопределенность неизбежна. Температура колеблется, приборы выходят из строя, вмешивается окружающая среда, а системы со временем развиваются. Правила статистической физики касаются неопределенности состояния системы, которая возникает, когда эта система взаимодействует с окружающей средой. Но они давно упускают из виду другой вид, говорят профессор SFI Дэвид Вольперт и Ян Корбель, постдокторант из Центра науки о сложности в Вене, Австрия. В новой статье, опубликованной в Физический обзор исследований («Неравновесная термодинамика неопределенных случайных процессов»), пара физиков утверждает, что неопределенность в самих термодинамических параметрах, встроенных в уравнения, управляющие энергетическим поведением системы, также может повлиять на результат эксперимента. Оптические пинцеты, улавливающие наночастицы, относятся к числу систем, подверженных неопределенности, которую физики уже давно не замечают. (Изображение: Стивен Хукстра / Wikipedia CC BY-SA 4.0) «В настоящее время почти ничего не известно о термодинамических последствиях такого типа неопределенности, несмотря на ее неизбежность», — говорит Вольперт. В новой статье он и Корбель рассматривают способы модификации уравнений стохастической термодинамики с учетом этой проблемы. Когда Корбель и Вольперт встретились на семинаре по информации и термодинамике в 2019 году, они начали говорить об этом втором виде неопределенности в контексте неравновесных систем. «Мы задавались вопросом, что произойдет, если вы не знаете точно термодинамических параметров, управляющих вашей системой?» вспоминает Корбель. «А потом мы начали играть». Уравнения, описывающие термодинамические системы, часто включают точно определенные термины для таких вещей, как температура и химические потенциалы. «Но как экспериментатор или наблюдатель вы не обязательно знаете эти значения» с очень большой точностью, — говорит Корбел. Еще более досадно то, что они поняли, что невозможно точно измерить такие параметры, как температура, давление или объем, как из-за ограничений измерения, так и из-за того, что эти величины быстро изменяются. Они признали, что неопределенность в отношении этих параметров влияет не только на информацию об исходном состоянии системы, но и на то, как она развивается. «Это почти парадоксально», — говорит Корбель. «В термодинамике вы предполагаете неопределенность относительно своего состояния, поэтому описываете его вероятностным способом. А если у вас есть квантовая термодинамика, вы делаете это с квантовой неопределенностью», — говорит он. «Но с другой стороны, вы предполагаете, что все параметры известны с абсолютной точностью». Корбел говорит, что новая работа имеет значение для ряда природных и искусственных систем. Если клетке необходимо измерить температуру, например, для проведения какой-либо химической реакции, ее точность будет ограничена. Неопределенность измерения температуры может означать, что ячейка выполняет больше работы и использует больше энергии. «Клетке приходится платить дополнительную плату за незнание системы», — говорит он. Оптический пинцет предложите другой пример. Это высокоэнергетические лазерные лучи, настроенные на создание своеобразной ловушки для заряженных частиц. Физики используют термин «жесткость», чтобы описать тенденцию частицы сопротивляться движению ловушки. Чтобы определить оптимальную конфигурацию лазеров, они измеряют жесткость как можно точнее. Обычно они делают это путем повторных измерений, предполагая, что неопределенность возникает из-за самого измерения. Но Корбел и Вольперт предлагают другую возможность: неопределенность возникает из-за того, что сама жесткость может меняться по мере развития системы. Если это так, то повторные идентичные измерения не смогут его выявить, и поиск оптимальной конфигурации останется невозможным. «Если вы продолжите действовать по тому же протоколу, то частица не окажется в той же точке, возможно, вам придется сделать небольшой толчок», что означает дополнительную работу, не описываемую обычными уравнениями. По словам Корбеля, эта неопределенность может проявляться на всех уровнях. То, что часто интерпретируется как неопределенность в измерениях, может оказаться неопределенностью в замаскированных параметрах. Возможно, эксперимент был проведен возле окна, где светило солнце, а затем повторен, когда было пасмурно. Или, возможно, между несколькими испытаниями включался кондиционер. По его словам, во многих ситуациях «уместно взглянуть на другой тип неопределенности».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64416.php