從溫度到量子力學的不確定性原理，科學家解釋為何即使冷卻到極致，分子仍微微顫動。

我們的身體無時無刻不在動，哪怕我們渾然不覺。地球在搖晃的軌道上繞著太陽轉，腳下的板塊緩緩漂移，連呼吸、心跳、翻身都像一場永不停歇的交響樂。這熱鬧一直深入到生命的基石——分子。它們由共用電子的原子組成，像被彈簧連在一起，熱量越多，抖得越歡。雖說分子無生命可言，可即使科學家使出渾身解數想讓它們停下來，它們還是不肯歇著。為什麼呢？要解開這謎團，咱們得先聊聊溫度，再一頭扎進量子物理的奇妙深淵。

日常里，寒風刺骨讓人哆嗦，熱茶溫暖唇邊，溫度對我們來說常是舒適與否的尺規。可在微觀世界，溫度其實是分子或粒子平均動能的體現。它們越熱，蹦跶得越厲害。那要讓它們停下來，是不是把熱量全抽走，達到絕對零度(0開爾文)就行了？想法挺美，可現實沒這麼簡單。Justin Caram，UCLA的化學副教授，在電話裡告訴我：“你永遠沒法完全把分子和環境隔絕開。”它們總在和空氣里的其他分子碰撞，或者吸收光再吐出來，跟周圍打得火熱。Caram說，科學家能把東西冷到幾乎不動，定義這就是超低溫，可量子力學的原則偏偏不讓它們徹底靜止。

這又是為啥？A. F. J. Levi，南加州大學的工程與物理學教授，在郵件里給出了答案，還順便說這問題“看似簡單，實則不然”。他說，觀察本身就會攪局，想測分子溫度時，儀器和分子一碰，溫度就變了。更玄的是量子力學里的不確定性原理。Levi解釋，分子運動分兩部分：整體的質心運動和原子間的相對抖動。因為原子靠鍵連著，總有最低能量狀態，叫“基態”。量子力學的數學告訴我們，位置和動量不能同時精確測定。換句話說，想 pinpoint 一個分子的位置，就得給它點動量，讓它動起來。

這話初聽有點暈，我又給Caram打了電話。他用化學入門課的口吻講了海森堡不確定性原理：“簡單說，位置和動量不能一塊兒測準。更確切點，是它們根本不能同時存在。”為啥？因為量子理論里，所有東西在細看時都是波，連粒子也不例外。我在電話裡開始胡思亂想，Caram安慰道：“這就是量子力學讓人抓狂的地方。物質得用波來描述，怪吧？咱倆光想想沒啥意義，可數學和實驗都證明它是對的。”

我問他會不會常想身體里分子永動的場景，他笑說盡量不去想：“老想著身體里亂七八糟的動靜怪嚇人的。我也不知道咋回答，就覺得別想太多，不然會擔心‘萬一停了咋辦’。”好吧，哲學先放一邊，這事兒還跟量子計算有點聯繫。Caram在UCLA的研究就包括設計盡量不動的分子。他說，雖然完全停不下來，但把分子慢下來、控制住狀態，就能優化量子演算法，讓量子電腦跑得更好。

人類已經很擅長“降速”了。Caram提到，地球上有些實驗室比深空還冷。深空有微波背景輻射，溫度約2.7開爾文，而2021年德國科學家在不萊梅大學的墜塔里，用真空困住銣原子，類比零重力，把溫度降到38萬億分之一開爾文，持續了幾秒。這比宇宙任何角落都冷。可宇宙本身也在冷卻。Caram聊起大爆炸理論，說宇宙生來帶能量，熱量通過環境交換慢慢散開。他半開玩笑地說，從無限時間看，隨著宇宙膨脹，一切會越來越慢，走向“熱寂”。不過他讓我別慌，今天有更要緊的事操心。

從大爆炸那“最初一腳”起，一切都在散開，地球上的生命卻格外活躍。Caram說：“我們現在就像個極端波動，東西動得稍微多點，複雜性就出來了。但永遠停不了，因為真停不下來。”所以，分子永動，既是量子怪圈，也是宇宙活力的見證。

本文譯自 Popular Science，由 BALI 編輯發佈。