Isolatietoestand

Isolatietoestand verwijst naar de toestand van een fysisch systeem dat volledig is geisoleerd van zijn omgeving, zodat geen uitwisseling van energie of materie plaatsvindt. Het is een ideaal begrip dat wordt gehanteerd in onder meer de thermodynamica en de kwantummechanica om het gedrag van een systeem te beschrijven zonder externe beïnvloeding. In de praktijk is perfecte isolatie zeldzaam; systemen benaderen deze toestand wanneer contact met de buitenwereld wordt geminimaliseerd.

In de thermodynamica worden geïsoleerde systemen gekenmerkt door Q = 0 en W = 0; de totale interne energie U blijft constant, en de macrowereldvariabelen zoals volume en aantal deeltjes blijven onder de conditie van een rigide, geïsoleerde grens. De eerste wet van de thermodynamica vereenvoudigt zo tot dU = 0. Binnen een geïsoleerd systeem kunnen interne processen wel energie omzetten tussen vormen, maar er vindt geen netto uitwisseling met de omgeving plaats.

In de kwantummechanica evolueert een geïsoleerd systeem volgens de unitaire dynamica. Een systeem dat wordt beschreven door een toestandstoestand ρ evolueert via iħ dρ/dt = [H, ρ], waarbij H de Hamiltoniaan is. In de praktijk is er doorgaans enige koppeling met de omgeving, wat leidt tot open-systeemgedrag en decoherentie; perfecte isolatie is een ideale limit.

Toepassingen en praktijken omvatten laboratoriumomstandigheden waarin men streeft naar maximalle isolatie door onder meer vacuüm, cryogene temperaturen en afscherming tegen straling. Het concept is fundamenteel bij het modelleren van systemen en bij het ontwerpen van experimenten in fysica en informatieverwerking.