描述物理系统的方程通常假设系统的可测量特征(例如温度或化学势)可以精确地知道。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，系统随着时间的推移而演变。
统计物理的规则解决了当系统与其环境相互作用时产生的系统状态的不确定性。但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，他们长期以来一直错过了另一种类型。
在《物理评论研究》上发表的一篇新论文中，这两位物理学家认为，热力学参数本身的不确定性——建立在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，但对其热力学后果几乎一无所知，”Wolpert说。在这篇新论文中，他和科贝尔考虑了修改随机热力学方程以适应它的方法。
当科贝尔和沃尔珀特在2019年的信息和热力学研讨会上相遇时，他们开始在非平衡系统的背景下讨论第二种不确定性。
“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?”科贝尔回忆道。“然后我们就开始玩了。”描述热力学系统的方程通常包括精确定义的术语，比如温度和化学势。“但作为一个实验者或观察者，你不一定知道这些值”到非常精确的程度，科贝尔说。
更令人烦恼的是，他们意识到，由于测量的局限性和这些量变化很快的事实，精确测量温度、压力或体积等参数是不可能的。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，还会影响系统的演变。
科贝尔说，这几乎是自相矛盾的。“在热力学中，你假设你的状态不确定，所以你用概率的方式来描述它。如果你有量子热力学，你会用量子不确定性来做这件事，”他说。“但另一方面，你假设所有的参数都是精确已知的。”
科贝尔说，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知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了更多的工作，消耗了更多的能量。“电池必须为不了解系统而付出额外的代价，”他说。
光学镊子是另一个例子。这些是高能激光束，用来制造一种带电粒子的陷阱。物理学家用“刚度”一词来描述粒子抵抗被陷阱移动的倾向。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，假设不确定度来自测量本身。
但Korbel和Wolpert提出了另一种可能性，即不确定性源于刚度本身可能随着系统的发展而变化。如果是这样的话，那么重复的相同测量将无法捕获它，并且找到最佳配置仍然是难以捉摸的。“如果你继续做同样的程序，那么粒子就不会到达同一个点，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。
科贝尔说，这种不确定性可能在任何规模上都存在。通常被解释为测量中的不确定性的东西可能是伪装的参数中的不确定性。也许一个实验是在有阳光的窗户附近做的，然后在阴天重复一次。或者可能是空调在多次试验之间启动了。他说，在很多情况下，“考虑另一种不确定性是有意义的。”
