Các nhà vật lý xác định sự không chắc chắn bị bỏ qua trong các thí nghiệm trong thế giới thực như nhíp quang học

(Tin tức Nanowerk) Các phương trình mô tả các hệ vật lý thường giả định rằng các đặc điểm có thể đo lường được của hệ - ví dụ như nhiệt độ hoặc thế năng hóa học - có thể được biết chính xác. Nhưng thế giới thực còn phức tạp hơn thế và sự không chắc chắn là điều không thể tránh khỏi. Nhiệt độ dao động, thiết bị gặp trục trặc, môi trường can thiệp và hệ thống phát triển theo thời gian. Các quy tắc vật lý thống kê giải quyết sự không chắc chắn về trạng thái của một hệ thống phát sinh khi hệ thống đó tương tác với môi trường của nó. Nhưng từ lâu họ đã bỏ lỡ một loại khác, Giáo sư SFI David Wolpert và Jan Korbel, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Trung tâm Khoa học Phức hợp ở Vienna, Áo, cho biết. Trong một bài báo mới xuất bản năm Nghiên cứu đánh giá vật lý (“Nhiệt động lực học không cân bằng của các quá trình ngẫu nhiên không chắc chắn”), cặp nhà vật lý này lập luận rằng sự bất định trong bản thân các thông số nhiệt động lực học – được xây dựng trong các phương trình chi phối hành vi năng lượng của hệ – cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả của một thí nghiệm. Nhíp quang học, được minh họa ở đây, đang bẫy một hạt nano, là một trong những hệ thống bị ảnh hưởng bởi một loại độ bất định mà các nhà vật lý đã bỏ qua từ lâu. (Ảnh: Steven Hoekstra / Wikipedia CC BY-SA 4.0) “Hiện nay, hầu như người ta chưa biết gì về các hậu quả nhiệt động lực học của loại sai số này mặc dù nó không thể tránh khỏi,” Wolpert nói. Trong bài báo mới, ông và Korbel xem xét các cách sửa đổi các phương trình nhiệt động lực học ngẫu nhiên để phù hợp với nó. Khi Korbel và Wolpert gặp nhau tại một hội thảo năm 2019 về thông tin và nhiệt động lực học, họ bắt đầu nói về loại bất định thứ hai này trong bối cảnh các hệ không cân bằng. “Chúng tôi tự hỏi, điều gì sẽ xảy ra nếu bạn không biết chính xác các thông số nhiệt động điều chỉnh hệ thống của mình?” Korbel nhớ lại. “Và sau đó chúng tôi bắt đầu chơi đùa.” Các phương trình mô tả các hệ nhiệt động thường bao gồm các thuật ngữ được xác định chính xác cho những thứ như nhiệt độ và thế năng hóa học. Korbel nói: “Nhưng với tư cách là một người thí nghiệm hay một người quan sát, bạn không nhất thiết phải biết những giá trị này” với độ chính xác rất cao. Thậm chí còn khó chịu hơn nữa, họ nhận ra rằng không thể đo chính xác các thông số như nhiệt độ, áp suất hoặc thể tích, do những hạn chế của phép đo và thực tế là những đại lượng này thay đổi nhanh chóng. Họ nhận ra rằng sự không chắc chắn về những tham số đó không chỉ ảnh hưởng đến thông tin về trạng thái ban đầu của hệ thống mà còn ảnh hưởng đến cách nó phát triển. Điều đó gần như nghịch lý, Korbel nói. “Trong nhiệt động lực học, bạn đang giả định sự không chắc chắn về trạng thái của mình nên bạn mô tả nó theo cách xác suất. Và nếu bạn có nhiệt động lực học lượng tử, bạn sẽ làm điều này với sự bất định lượng tử,” ông nói. “Nhưng mặt khác, bạn đang giả định rằng tất cả các thông số đều được biết với độ chính xác chính xác.” Korbel cho biết công trình mới này có ý nghĩa đối với một loạt các hệ thống tự nhiên và nhân tạo. Ví dụ, nếu một tế bào cần cảm nhận nhiệt độ để thực hiện một số phản ứng hóa học, thì độ chính xác của nó sẽ bị hạn chế. Sự không chắc chắn trong phép đo nhiệt độ có thể có nghĩa là tế bào hoạt động nhiều hơn - và sử dụng nhiều năng lượng hơn. Ông nói: “Tế bào phải trả thêm chi phí này vì không biết về hệ thống. nhíp quang học đưa ra một ví dụ khác Đây là những chùm tia laser năng lượng cao được cấu hình để tạo ra một loại bẫy cho các hạt tích điện. Các nhà vật lý sử dụng thuật ngữ “độ cứng” để mô tả xu hướng của hạt chống lại sự di chuyển của bẫy. Để xác định cấu hình tối ưu cho tia laser, họ đo độ cứng một cách chính xác nhất có thể. Họ thường thực hiện điều này bằng cách thực hiện các phép đo lặp đi lặp lại, giả định rằng độ không đảm bảo phát sinh từ chính phép đo đó. Nhưng Korbel và Wolpert đưa ra một khả năng khác - đó là sự bất định nảy sinh từ thực tế là bản thân độ cứng có thể thay đổi khi hệ thống phát triển. Nếu đúng như vậy thì các phép đo giống hệt lặp đi lặp lại sẽ không thu được kết quả và việc tìm ra cấu hình tối ưu sẽ vẫn khó nắm bắt. “Nếu bạn tiếp tục thực hiện cùng một giao thức, thì hạt sẽ không đến cùng một điểm, bạn có thể phải thực hiện một cú đẩy nhỏ,” điều đó có nghĩa là công tăng thêm không được mô tả bằng các phương trình thông thường. Korbel nói rằng sự không chắc chắn này có thể xảy ra ở mọi quy mô. Điều thường được hiểu là sự không chắc chắn trong phép đo có thể là sự không chắc chắn trong các thông số được ngụy trang. Có thể một thí nghiệm đã được thực hiện gần cửa sổ nơi có ánh nắng mặt trời và sau đó được lặp lại khi trời nhiều mây. Hoặc có lẽ máy điều hòa đã khởi động giữa nhiều lần thử nghiệm. Ông nói, trong nhiều tình huống, “việc xem xét loại sự không chắc chắn khác này là điều cần thiết”.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64416.php