怪異物理現(xiàn)象暗示物體可同時(shí)保持兩個(gè)溫度狀態(tài)

一種新的不確定性原理認(rèn)為，量子物體可同時(shí)處于兩個(gè)溫度，這類(lèi)似于著名的“薛定諤的貓”思維實(shí)驗(yàn)，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)帶有放射性元素的盒子里貓可能處于存活和死亡狀態(tài)。

 北京時(shí)間9月25日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，著名的“薛定諤的貓”的思維實(shí)驗(yàn)暗示，放在盒子中的貓可能同時(shí)處于死亡和存活狀態(tài)，該怪異現(xiàn)象是一種重要量子力學(xué)結(jié)論。

 目前，英國(guó)埃克塞特大學(xué)物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，溫度可能存在處于中間或者不定的狀態(tài)：在量子層面上，物體可同時(shí)達(dá)到兩種溫度狀態(tài)。這個(gè)怪異的量子悖論是幾十年以來(lái)首次證實(shí)的量子不確定性關(guān)系。

 海森堡的其他原理

1927年，德國(guó)物理學(xué)家維爾納·海森堡（Werner Heisenberg）假設(shè)稱(chēng)，量子粒子的位置測(cè)量越精確，你就越不能精確地知道它的動(dòng)量，反之亦然。這一假設(shè)規(guī)律后來(lái)成為當(dāng)前著名的“海森堡不確定性原理”。

 新的量子不確定性，表明你對(duì)溫度了解的越精確，對(duì)能量的了解就越少，反之亦然，這對(duì)納米科學(xué)具有重大影響。納米科學(xué)是研究比納米等級(jí)更小的微型物體，目前這項(xiàng)最新研究報(bào)告發(fā)表在今年6月出版的《自然通訊雜志》上。

 上世紀(jì)30年代，海森堡和丹麥物理學(xué)家尼爾斯·波爾（Niels Bohr）在非量子等級(jí)上建立了能量和溫度之間的不確定關(guān)系，當(dāng)時(shí)他的想法是，如果你想知道研究目標(biāo)的準(zhǔn)確溫度，最好和最精確的科學(xué)方法就是渲染在“水庫(kù)”中?？梢宰鰝€(gè)比方：一桶水，或者一臺(tái)充滿冷氣的冰箱，它們具有已知溫度，并允許研究目標(biāo)緩慢地過(guò)渡至以上兩個(gè)物體的溫度，這就是所謂的“熱平衡”。

 然而，熱平衡是通過(guò)物體和“水庫(kù)”不斷交換能量來(lái)維持的，因此，物體中的能量能以無(wú)窮小的數(shù)量上下波動(dòng)，使其無(wú)法精確定義。另一方面，如果你想知道你的研究目標(biāo)的精確能量等級(jí)，你就必須把它分離出來(lái)，這樣它就不能和任何事物發(fā)生接觸，交換能量；然而一旦你將研究目標(biāo)進(jìn)行隔離，你無(wú)法使用“水庫(kù)”精確測(cè)量它的溫度，這種限制使得溫度具有不確定性。

 當(dāng)你進(jìn)入量子等級(jí)時(shí)，事情就變得更加奇怪了。

 這是一個(gè)新的不確定關(guān)系，即使一種典型溫度計(jì)的能量有輕微的上升和下降，這種能量仍然可以在很小范圍內(nèi)被告知。這項(xiàng)最新研究表明，在量子層面上，這完全不是真實(shí)的，完全是“薛定諤的貓”理論形成的。該思維實(shí)驗(yàn)指出，一只假設(shè)存在的貓放在盒子中，通過(guò)放射性粒子衰變激活，將導(dǎo)致它逐漸中毒。依據(jù)量子力學(xué)定律，這些放射性粒子可能同時(shí)處于衰變和未衰變狀態(tài)，意味著直到盒子被打開(kāi)之前，這只貓同時(shí)存在死亡和存活的可能性，這種現(xiàn)象也被稱(chēng)為“疊加效應(yīng)（superposition）”。

 研究人員使用數(shù)學(xué)和理論來(lái)精確預(yù)測(cè)這種疊加效應(yīng)如何影響量子物體的溫度測(cè)量。

 開(kāi)發(fā)這一新原理的是?？巳卮髮W(xué)物理學(xué)家哈里·米勒（Harry Miller），他說(shuō)：“在量子等級(jí)情況下，一個(gè)量子溫度計(jì)……將同時(shí)處于疊加能量等級(jí)，我們發(fā)現(xiàn)由于溫度計(jì)不再有明確定義的能量，而且實(shí)際上同時(shí)處于不同狀態(tài)的組合中，這實(shí)際上導(dǎo)致了我們能量測(cè)量溫度的不確定性。

 在我們的世界里，溫度計(jì)可能顯示某一物體溫度保持在31-32華氏度，但在量子世界里，溫度計(jì)可能會(huì)告訴我們一個(gè)物體同時(shí)具有以上兩個(gè)溫度條件，新的不確定性原理能夠解釋量子古怪特征。

 在量子等級(jí)范圍內(nèi)，物體之間的交互作用可以產(chǎn)生疊加效應(yīng)，也可以產(chǎn)生能量。較早的不確定關(guān)系忽略了這些影響，因?yàn)樗c非量子研究物體無(wú)關(guān)。但是當(dāng)你試圖測(cè)量一個(gè)量子點(diǎn)的溫度時(shí)，這是非常重要的，這個(gè)新的不確定關(guān)系構(gòu)建了一個(gè)理論框架，來(lái)考慮這些相互作用和影響。

 米勒指出，這項(xiàng)最新研究報(bào)告可以幫助任何人設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量物體在納米等級(jí)之下的溫度變化。我們的研究結(jié)果將揭示如何精確設(shè)計(jì)探測(cè)器，以及告訴人們?nèi)绾谓忉岊~外的量子不確定性。

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