怪异物理现象暗示物体可同时保持两个温度状态

一种新的不确定性原理认为，量子物体可同时处于两个温度，这类似于著名的“薛定谔的猫”思维实验，在这个实验中，一个带有放射性元素的盒子里猫可能处于存活和死亡状态。

 北京时间9月25日消息，据国外媒体报道，著名的“薛定谔的猫”的思维实验暗示，放在盒子中的猫可能同时处于死亡和存活状态，该怪异现象是一种重要量子力学结论。

 目前，英国埃克塞特大学物理学家们发现，温度可能存在处于中间或者不定的状态：在量子层面上，物体可同时达到两种温度状态。这个怪异的量子悖论是几十年以来首次证实的量子不确定性关系。

 海森堡的其他原理

1927年，德国物理学家维尔纳·海森堡（Werner Heisenberg）假设称，量子粒子的位置测量越精确，你就越不能精确地知道它的动量，反之亦然。这一假设规律后来成为当前著名的“海森堡不确定性原理”。

 新的量子不确定性，表明你对温度了解的越精确，对能量的了解就越少，反之亦然，这对纳米科学具有重大影响。纳米科学是研究比纳米等级更小的微型物体，目前这项最新研究报告发表在今年6月出版的《自然通讯杂志》上。

 上世纪30年代，海森堡和丹麦物理学家尼尔斯·波尔（Niels Bohr）在非量子等级上建立了能量和温度之间的不确定关系，当时他的想法是，如果你想知道研究目标的准确温度，最好和最精确的科学方法就是渲染在“水库”中。可以做个比方：一桶水，或者一台充满冷气的冰箱，它们具有已知温度，并允许研究目标缓慢地过渡至以上两个物体的温度，这就是所谓的“热平衡”。

 然而，热平衡是通过物体和“水库”不断交换能量来维持的，因此，物体中的能量能以无穷小的数量上下波动，使其无法精确定义。另一方面，如果你想知道你的研究目标的精确能量等级，你就必须把它分离出来，这样它就不能和任何事物发生接触，交换能量；然而一旦你将研究目标进行隔离，你无法使用“水库”精确测量它的温度，这种限制使得温度具有不确定性。

 当你进入量子等级时，事情就变得更加奇怪了。

 这是一个新的不确定关系，即使一种典型温度计的能量有轻微的上升和下降，这种能量仍然可以在很小范围内被告知。这项最新研究表明，在量子层面上，这完全不是真实的，完全是“薛定谔的猫”理论形成的。该思维实验指出，一只假设存在的猫放在盒子中，通过放射性粒子衰变激活，将导致它逐渐中毒。依据量子力学定律，这些放射性粒子可能同时处于衰变和未衰变状态，意味着直到盒子被打开之前，这只猫同时存在死亡和存活的可能性，这种现象也被称为“叠加效应（superposition）”。

 研究人员使用数学和理论来精确预测这种叠加效应如何影响量子物体的温度测量。

 开发这一新原理的是埃克塞特大学物理学家哈里·米勒（Harry Miller），他说：“在量子等级情况下，一个量子温度计……将同时处于叠加能量等级，我们发现由于温度计不再有明确定义的能量，而且实际上同时处于不同状态的组合中，这实际上导致了我们能量测量温度的不确定性。

 在我们的世界里，温度计可能显示某一物体温度保持在31-32华氏度，但在量子世界里，温度计可能会告诉我们一个物体同时具有以上两个温度条件，新的不确定性原理能够解释量子古怪特征。

 在量子等级范围内，物体之间的交互作用可以产生叠加效应，也可以产生能量。较早的不确定关系忽略了这些影响，因为它与非量子研究物体无关。但是当你试图测量一个量子点的温度时，这是非常重要的，这个新的不确定关系构建了一个理论框架，来考虑这些相互作用和影响。

 米勒指出，这项最新研究报告可以帮助任何人设计实验，测量物体在纳米等级之下的温度变化。我们的研究结果将揭示如何精确设计探测器，以及告诉人们如何解释额外的量子不确定性。

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