描述物理系统的方程通常假设系统的可测量特征可以准确知道。但现实世界比这更混乱，不确定性是不可避免的。温度波动、仪器故障、环境干扰以及系统随着时间的推移而发展。
统计物理学的规则解决了当系统与其环境相互作用时出现的系统状态的不确定性。但他们长期以来一直错过了另一种，SFI教授David Wolpert和奥地利维也纳复杂性科学中心的博士后研究员Jan Korbel说。在发布在《物理评论研究》上的一篇新论文中，两位物理学家认为，热力学参数本身的不确定性——内置于控制系统能量行为的方程中——也可能影响实验的结果。
“目前，尽管这种不确定性是不可避免的，但对这种不确定性的热力学后果几乎一无所知，”Wolpert说。在这篇新论文中，他和Korbel考虑了修改随机热力学方程以适应它的方法。
当 Korbel 和 Wolpert 在 2019 年的信息和热力学研讨会上会面时，他们开始谈论非平衡系统背景下的第二种不确定性。
“我们想知道，如果你不知道控制系统的热力学参数，会发生什么?”Korbel回忆道。“然后我们开始玩。”描述热力学系统的方程通常包括温度和化学势等精确定义的术语。“但作为实验者或观察者，你不一定知道这些值”，Korbel说。
更令人烦恼的是，他们意识到不可能精确测量温度、压力或体积等参数，这既是因为测量的局限性，也是因为这些量变化很快。他们认识到，这些参数的不确定性不仅会影响系统原始状态的信息，还会影响系统的发展方式。
这几乎是自相矛盾的，Korbel说。“在热力学中，你假设你的状态是不确定的，所以你用概率的方式描述它。如果你有量子热力学，你就会用量子不确定性来做到这一点，“他说。“但另一方面，你假设所有参数都是精确已知的。
Korbel说，这项新工作对一系列自然和工程系统都有影响。例如，如果一个细胞需要感应温度来进行一些化学反应，那么它的精度就会受到限制。温度测量的不确定性可能意味着电池做更多的工作，并使用更多的能量。“细胞必须为不了解系统而支付额外的成本，”他说。
光镊提供了另一个例子。这些是高能激光束，用于为带电粒子创造一种陷阱。物理学家使用术语“刚度”来描述粒子抵抗陷阱移动的趋势。为了确定激光器的最佳配置，他们尽可能精确地测量刚度。他们通常通过重复测量来做到这一点，假设不确定性来自测量本身。
但 Korbel 和 Wolpert 提出了另一种可能性——不确定性源于刚度本身可能随着系统的发展而变化的事实。如果是这样的话，那么重复的相同测量将无法捕获它，并且找到最佳配置将仍然难以捉摸。“如果你继续做同样的协议，那么粒子就不会在同一个点上结束，你可能需要做一点推动，”这意味着传统方程无法描述的额外工作。
Korbel说，这种不确定性可能会在所有规模上发挥作用。通常被解释为测量中的不确定性可能是变相的参数中的不确定性。也许在阳光明媚的窗户附近做了一个实验，然后在阴天时重复。或者，也许空调在多次试验之间启动。他说，在许多情况下，“关注这种其他类型的不确定性是相关的。
