在我們討論粒子的量子本質和量子隧道之前，讓我們先想象一個場景。
假設你站在山腳下，你想去山的另一邊。
唯一的辦法就是爬上山頂，然後慢慢地從另一邊下來。但是爬山需要很多能量，不是嗎?如果你很虛弱，沒有那麼多的能量怎麼辦?你還能去山的另一邊嗎?
似乎有另一種方式去另一邊而不爬山。火車通常不爬坡就能翻山越嶺，你也可以。你可以搜索或尋找隧道，然後穿過隧道到達山的另一邊而不需要爬它。如果你能成功地找到並穿過隧道，那麼你就能越過那座山，即使你沒有足夠的精力去攀登。
量子世界與量子隧道:
在量子層面上，物理定律與我們日常生活中看到的普通物理定律不再相同。許多奇怪的事情發生在量子層面。例如，假設你在我們的宏觀世界裡玩斯諾克，那麼你能想象一個特定的斯諾克球在一個地方消失，然後突然出現在另一個地方嗎?這不可能發生，對吧。為了改變位置，球必須滾到桌子上的那個位置。但是，在量子層面上，粒子在一個地方消失，然後立即出現在另一個地方。
另一個例子是經典神話，它說電子圍繞原子旋轉。在現實中，在量子層面，電子根本不繞軌道運行。一個電子簡單地消失了，並且出現在它的概率雲中，基於它的能級。
所以，當我們深入研究量子級別時，我們會發現它充滿了可能性。例如，氫原子的1S軌道只是一個圓形的區域，找到電子的概率很高。這都是關於概率的。你能在氫的2s或3s軌道中找到電子嗎?答案是，可能是，但可能性很小，如果那個電子能有很高的能量。畢竟軌道只是能級，而不是一些物理定義的區域。概率可能接近於零，但它不是零。這在量子層面改變了一切。
現在我們來談談量子隧道。
我們現在知道粒子可以立即消失並出現。記住你想要越過小山的情形(上圖)。現在，想象一下，一個粒子站在那裡，而不是山，有一個勢壘或者能量壘。簡單地說，能量勢壘是一個極限，它告訴粒子必須有足夠的能量才能穿過它。它只是一個能級，而不是原子尺度上的物理山丘。
能量等級的類比就像夜總會。假設有一個夜總會粒子可以在那裡逗留和享受。夜總會需要50美元才能入場。粒子x只有20美元，所以粒子x需要另外30美元才能進入俱樂部。但是，粒子得不到額外的錢，他的朋友(其他粒子)也拒絕借給x粒子一些錢(能量激發)，x粒子仍然有機會找到後門，進入俱樂部，而不需要花費任何東西。但找到後門的可能性很小。
這就像量子隧道。當一個粒子出現在能量壘的另一邊而沒有足夠的能量穿過能量壘。這一現象就是量子隧道效應，在這裡，粒子似乎已經穿過了能量壘。
發生這種情況的概率很低。假設有100萬個粒子，那麼可能只有1到2個粒子能夠穿過勢壘並出現在另一邊。
量子隧道的應用
量子隧穿是一種實驗證實和觀察到的現象。但是，它的一個應用真的讓我大吃一驚。量子隧穿實際上使我們能夠看到原子和分子本身。就像在顯微鏡下觀察分子和原子一樣。掃描隧道顯微鏡，物理學家Gerd K. Binnig和Heinrich Rohrer在1986年獲得了諾貝爾物理學獎。STM完全機制在這裡不能討論，但它工作在量子隧道的基本原理。
下面是在STM下看到的分子圖像。
硅原子，每個紫色的球是一個硅原子。圖片由加州大學歐文分校提供
26個碳原子和14個氫原子組成了3個連接的類苯環，圖片由伯克利實驗室提供。
如果你想穿越過牆體：
量子效應在非常小的尺度上占主導地位;把量子隧道應用到宏觀物體上，比如你自己和牆壁，是毫無意義的!
如果你是一個電子，是的，我們可以計算一個合理的隧道概率在一個很小的長度尺度上。即納米。對於大的物體，隧道的概率會小到無法計算。
如果你堅持一個實際的公式，我就會告訴你半經典的WKB近似。有一個簡單的公式，我們用來描述隧道，半定量:T ~ exp (-sqrt(V)*W)，其中V是屏障高度，W是屏障寬度。找出幾個簡單的例子，例如，電子隧穿從STM掃描金屬樣品，看看你得到了什麼。從那你會看到縮放效果是很嚴重的。所以說，穿牆什麼的，還是算了吧！
閱讀更多 來自時間的陰謀 的文章
