Robert Klatt
Messwerte der Experimentalphysik sind nicht ganz genau. Neben zwei bekannten Unsicherheiten haben Physiker nun eine dritte fundamentale Ungenauigkeit entdeckt.
Wien (Österreich). In physikalischen Gleichungen haben die Parameter immer einen exakten Wert. Physikalische Parameter wie etwa die Temperatur oder die Geschwindigkeit eines Objekts können in der Experimentalphysik nicht genau ermittelt werden, weil selbst die besten Messinstrumente kleine Toleranzbereiche haben. Bisher kannte die Physik zwei Arten von Ungenauigkeit. Dies ist zum einen der Fehler, dass man den Zustand eines Systems nicht präzise kennen kann. Die dokumentierten Messwerte werden deshalb durch eine Wahrscheinlichkeitsverteilung ersetzt. Außerdem hat die Physik die Wechselwirkungen eines Objekts mit seiner Außenwelt als einen Zufallsprozess beschrieben.
Forscher der Complexity Science Hub Vienna (CSH) haben laut einer Publikation im Fachmagazin Physical Review Research nun eine dritte Unsicherheit entdeckt, laut der die Werte, die Veränderungen innerhalb eines physikalischen Systems steuern, nicht genau ermittelt werden können. Überdies erklären die Physiker, dass bisher keine Methode der Mathematik besteht, die die neu entdeckte Ungenauigkeit berücksichtigen kann.
Die neue Form der Unsicherheit betrifft die zeitliche Entwicklung eines physikalischen Systems, die mit einer sogenannten Übergangsmatrix beschrieben wird. Es handelt sich dabei um eine Matrix, die eine Gruppe von Werten darstellt, die den Übergang des Systems von einem Zustand zum nächsten Zustand zeigen. Diese Werte können laut den Forscher aber nicht genau bestimmt werden, was bedeutet, dass sowohl die Übergangsmatrix selbst als auch die Geschwindigkeit, mit der diese Übergänge erfolgen, einer gewissen Ungenauigkeit unterliegen.
Die neu entdeckte Ungenauigkeit bei der Dynamik eines physikalischen Systems beeinflusst die Experimentalphysik. Als Beispiel nennen die Autoren eine optische Pinzette, bei der Laserstrahlen kleine Objekte schweben lassen. Um die Laser optimal auszurichten, erfolgen ständige Messungen des Systemzustands. Minimale Schwankungen wurden bisher als Messungenauigkeit interpretiert. Laut der neuen Studie können die Schwankungen aber auch durch eine unbekannte Dynamik des Systems entstehen, was die optimale Laserkonfiguration erschwert.
Physical Review Research, doi: 10.1103/PhysRevResearch.6.013021
