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quarta-feira, 11 de novembro de 2020

Uma nova pesquisa explora a termodinâmica de sistemas fora de equilíbrio

 Caros Leitores;











Mira a estrela. Crédito: NASA

Quase todos os sistemas verdadeiramente intrigantes são aqueles que estão longe do equilíbrio - como estrelas, atmosferas planetárias e até mesmo circuitos digitais. Mas, até agora, os sistemas longe do equilíbrio térmico não podiam ser analisados ​​com a termodinâmica convencional e a física estatística.

Quando os físicos exploraram pela primeira vez a termodinâmica e  durante os anos 1800 e durante os anos 1900, eles se concentraram na análise de  que estão em equilíbrio ou próximos. A termodinâmica convencional e a física estatística também se concentraram em  , que contêm poucos, se houver, subsistemas explicitamente distintos.

Em um artigo publicado na revista Physical Review Letters , SFI Professor David Wolpert apresenta um novo formalismo híbrido para superar todas essas limitações.

Felizmente, na virada do milênio, "um formalismo agora conhecido como física estatística de não-equilíbrio foi desenvolvido", diz Wolpert. "Isso se aplica a sistemas que estão arbitrariamente longe do equilíbrio e de qualquer tamanho."

A física estatística do não-equilíbrio é tão poderosa que resolveu um dos mistérios mais profundos sobre a natureza do tempo: como a  evolui dentro de um regime intermediário? Este é o espaço entre o mundo macroscópico, onde a segunda lei da termodinâmica nos diz que ele deve sempre aumentar, e o mundo microscópico onde ele nunca pode mudar.

Agora sabemos que é apenas a entropia esperada de um sistema que não pode diminuir com o tempo. "Sempre há uma probabilidade diferente de zero de que qualquer amostra específica da dinâmica de um sistema resulte em entropia decrescente - e a probabilidade de entropia encolhendo aumenta à medida que o sistema fica menor", diz ele.

Ao mesmo tempo em que essa revolução na  estatística estava ocorrendo, grandes avanços envolvendo os chamados modelos gráficos estavam sendo feitos na comunidade de aprendizado de máquina.

Em particular, foi desenvolvido o formalismo das redes bayesianas, que fornece um método para especificar sistemas com muitos subsistemas que interagem probabilisticamente entre si. As redes de Bayes podem ser usadas para descrever formalmente a evolução síncrona dos elementos de um circuito digital - levando em conta totalmente o ruído dentro dessa evolução.

Wolpert combinou esses avanços em um formalismo híbrido, o que lhe permite explorar a termodinâmica de sistemas fora de  que possuem muitos subsistemas explicitamente distintos coevoluindo de acordo com uma rede de Bayes.

Como um exemplo do poder desse novo formalismo, Wolpert derivou resultados que mostram a relação entre três quantidades de interesse em estudar sistemas em nanoescala como células biológicas: a precisão estatística de qualquer corrente definida arbitrariamente dentro do subsistema (como as probabilidades de que as correntes sejam diferentes de seus valores médios), o calor gerado pelo funcionamento da rede Bayes global composta por esses subsistemas e a estrutura gráfica dessa rede Bayes.

“Agora podemos começar a analisar como a termodinâmica de sistemas que variam de células a  dependem das estruturas de rede que conectam os subsistemas desses sistemas”, diz Wolpert.

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Mais informações: David H. Wolpert. Relações de incerteza e teoremas de flutuação para redes Bayes, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.200602
Informações do periódico: cartas de revisão física

Fornecido pelo Santa Fe Institute

Fonte: Phys News / pelo  / 11-11-2020    

https://phys.org/news/2020-11-explores-thermodynamics-off-equilibrium.html
  
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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Membro da Society for Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.


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