如果有人跟你說，有一隻貓可以同時處於生和死的狀態，你很可能會認為Ta在胡說八道，並嗤之以鼻。但事實上，這隻貓便是物理學界無人不知、無人不曉的“
薛定諤貓”，這是一個著名的思想實驗：試想一下，有一隻貓被困在了一個封閉的箱子之中。除了貓之外，箱子裡還有一個充滿有毒氣體氰化氫的玻璃燒瓶和一些放射性物質。倘若盒子裡的放射性原子發生了衰變，裝有氰化氫的燒瓶就會被打碎，揮發的氰化氫會導致貓隨即死亡；如果放射性物質沒有衰變，則不會觸發打碎燒瓶的裝置，貓就能繼續存活。根據量子力學，放射性原子可以同時處於衰變和不衰變的狀態，這意味著在箱子被打開之前，貓會同時處於生和死的狀態。
這種同時處於的生和死的狀態，在量子物理學中被稱為疊加態。
□ 新的不確定性原理認為，量子物體可以同時處於兩種溫度，這與薛定諤貓思想實驗類似。在這個實驗中，一隻貓被放進一個裝有放射性元素的箱子裡，它處於生和死的疊加態。| 圖片來源：NPI
不久前，物理學家在《自然通訊》發表了一篇新的論文，他們發現溫度很可能也存在類似的不確定狀態：在量子層面上，物體可以同時處於兩種溫度。這個聽起來非常詭異的發現，是近幾十年來提出的第一個全新的量子不確定性關係。
1. 海森堡的另一個原理
1927年，德國物理學家維爾納·海森堡提出，當我們對量子粒子的位置測量得越精確時，對動量就知道的越不精確，反之亦然。這後來成為了著名的海森堡不確定性原理。
新的量子不確定性表明，當你對溫度知道得越精確時，對能量的瞭解就越少，反之亦然。這個新發現對納米科學有著重大影響。該原理將改變科學家測量極其微小的物體（比如量子點、小型半導體或單細胞）溫度的方式。
1930年代，海森堡和尼爾斯·玻爾認為，在熱力學中，溫度和能量之間應該存在一種類似於量子理論中的位置和動量的互補的形式。他們的想法是，如果你想知道一個物體的確切溫度，最好以及最精確地科學方法是將物體沉浸在溫度已知的”儲層“內（比如一桶水或充滿冷空氣的冰箱），並讓物體慢慢變成那個溫度。這就是熱平衡。
然而，熱平衡是由物體和儲層不斷交換能量來維持的。因此，物體中的能量以無窮小的量上下波動，使其無法精確定義。另一方面，如果你想知道物體的精確能量，就必須把它分離出來，這樣它就不能和任何東西接觸，也就無法交換能量。但是如果你把它分離出來，你就不能用儲層來測量它的溫度。這個限制使溫度變得不確定。
而當我們進入量子尺度時，事情變得更加奇怪。
2. 新的不確定性關係
即使一個標準的溫度計的能量會有輕微的上升和下降，這種能量仍然可以在很小的範圍內被知道。但新研究卻表明，在量子層面完全不是這麼一回事，而罪魁禍首便是疊加態。
研究人員使用數學和理論來預測這種疊加究竟是如何影響對量子物體溫度的測量的。
Harry Miller是提出這一新原理的物理學家之一，他表示：”在量子情況下，一個量子溫度計……將能同時處於能量態的疊加。我們發現，由於溫度計不再具有明確定義的能量，而且它實際上同時處於不同態的結合，這導致了我們能夠測量的溫度的不確定性。“
在我們生活的世界中，一個溫度計可以告訴我們一個物體的溫度介於在零下0.5°C和0°C之間。在量子世界裡，溫度計可能會告訴我們物體同時處於這兩種溫度，就像薛定諤貓可以同時處於生和死的疊加。（為了精確地測量微觀物體（比如納米設備或單細胞）的溫度，實驗人員需要使用由幾個原子組成的微型納米級溫度計。）
在量子尺度上，物體之間的相互作用可以產生疊加，也可以產生能量。舊的不確定性關係忽略了這些影響，因為它與非量子物體無關。但當你試圖測量一個量子點的溫度時，這些影響就很重要了，而這個新的不確定性構成了一個可用以考慮這些相互作用的理論框架。
這一發現建立了由疊加態產生的量子不確定性和溫度測量精度之間的新聯繫。未來，這個不確定性關係將有助於任何想要測量納米尺度以下物體的溫度變化的實驗設計。
論文的共同作者Janet Anders表示：“這一發現是將熱力學概念和定律擴展到納米尺度的重要一步。在納米尺度上，我們的宏觀假設被打破了。”
https://www.livescience.com/63595-schrodinger-uncertainty-relation-temperature.html
https://www.nature.com/articles/s41467-018-04536-7
https://link.springer.com/article/10.1023/A:1018811305766
https://www.sciencedaily.com/releases/2018/08/180814101441.htm
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