Incertezas da ciência
A incerteza é uma companheira constante no reino da mecânica quântica, onde é impossível conhecer simultaneamente a posição e o momento de uma partícula, por exemplo - este conceito é conhecido como princípio da incerteza de Heisenberg.
Mas parece que há também componentes de incerteza no mundo clássico - especificamente no campo da termodinâmica - que os físicos e engenheiros não têm levado em conta.
As equações que descrevem sistemas físicos no nosso mundo cotidiano - que aqui chamamos "clássico", em contraposição ao mundo "quântico" - tipicamente assumem que características mensuráveis do sistema - temperatura ou potencial químico, por exemplo - podem ser conhecidas com exatidão.
Mas o mundo real é mais confuso do que isso e a incerteza é inevitável: As temperaturas flutuam, os instrumentos funcionam mal, o ambiente interfere e os sistemas evoluem com o tempo.
As regras da física estatística já lidam com a incerteza sobre o estado de um sistema, incerteza essa que surge quando esse sistema interage com o seu ambiente. Mas os professores David Wolpert e Jan Korbel, do Instituto Santa Fé, nos EUA, argumentam que existe uma incerteza adicional nos próprios parâmetros termodinâmicos, incorporados nas equações que governam o comportamento energético do sistema, e que também podem influenciar o resultado de um experimento.
"Atualmente, quase nada se sabe sobre as consequências termodinâmicas deste tipo de incerteza, apesar da sua inevitabilidade," disse Wolpert. Por causa disso, ele e Korbel estão estudando maneiras de modificar as equações da termodinâmica estocástica para acomodar essa incerteza adicional.
Incerteza clássica
As equações que descrevem sistemas termodinâmicos geralmente incluem termos definidos com precisão para coisas como temperatura e potenciais químicos. "Mas, como experimentador ou observador, você não conhece necessariamente esses valores com uma precisão muito grande," argumenta Korbel.
Ainda mais vexatório, os dois pesquisadores perceberam que é impossível medir parâmetros como temperatura, pressão ou volume com precisão, tanto por causa das limitações da medição quanto pelo fato de que essas quantidades mudam rapidamente. Um exemplo bem conhecido e incômodo é o do cilindro padrão que definia o peso de um quilograma - seu peso variava de uma medição para outra.
Assim, a incerteza sobre esses parâmetros não influencia apenas as informações sobre o estado original do sistema, mas também como ele evolui, ou seja, sua dinâmica. É quase paradoxal. "Na termodinâmica, você está assumindo a incerteza sobre o seu estado, então você o descreve de uma forma probabilística. E se você tem a termodinâmica quântica, você faz isso com a incerteza quântica. Mas, por outro lado, você está assumindo que todos os parâmetros são conhecido com precisão exata," detalha Korbel.
[Imagem: TU Wien]
Incerteza explica variações nos resultados
O reconhecimento dessa incerteza tem implicações para uma série de sistemas naturais e de engenharia. Se uma célula precisar sentir a temperatura para realizar alguma reação química, por exemplo, sua precisão será limitada. A incerteza na medição da temperatura pode significar que a célula realiza mais trabalho - e utiliza mais energia. "A célula tem que pagar esse custo extra por não conhecer o sistema," disse Korbel.
As pinças ópticas oferecem outro exemplo. São feixes de laser de alta energia configurados para criar uma espécie de armadilha para capturar partículas. Os físicos usam o termo "rigidez" para descrever a tendência da partícula de resistir ao movimento da armadilha. Para determinar a configuração ideal dos lasers, eles medem a rigidez com a maior precisão possível. Eles normalmente fazem isso realizando medições repetidas, assumindo que a incerteza surge da própria medição.
Mas Korbel e Wolpert oferecem outra possibilidade: A de que a incerteza surge do fato de a própria rigidez poder mudar à medida que o sistema evolui. Se for esse o caso, medições idênticas repetidas não irão capturá-la, e encontrar a configuração ideal permanecerá difícil. "Se você continuar fazendo o mesmo protocolo, então a partícula não termina no mesmo ponto, você pode ter que dar um pequeno empurrão", o que significa trabalho extra que não é descrito pelas equações convencionais.
E essa incerteza pode ocorrer em todas as escalas: O que muitas vezes é interpretado como incerteza na medição pode ser uma incerteza disfarçada nos parâmetros. Talvez uma experiência tenha sido feita perto de uma janela onde o Sol brilhava e depois repetida quando estava nublado. Ou talvez o ar condicionado tenha ligado entre várias tentativas. Nestas e em muitas situações, é realmente relevante prestar atenção nesse outro tipo de incerteza, negligenciado pela física e pela engenharia até agora.
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