量子隧穿效应怎样证明?

山本伍乘柒


“我们的任务并不是要去找以前从未见过的东西,而是要去想每天会看到,但以前从未想过的东西”-薛定谔

在量子观点底下,物体的位置是不确定的。更具体来说,物质同时也像是一种波,可以用所谓的“波函数”去表示,波函数与这个物质出现在某位置的机率大小有关,当你去观察它时,波函数会依照随机“塌缩”在某个地方,于是你观察到这个物质在那里。

举个例子,你以为在家里的“张三”,其实有一定的机率在树上,也有非常微小的机率在月球上,然后你对他进行了“观测”的动作,于是他的波函数就塌缩在某个点上,最后你发现……啊…原来他在公司里呢!物质位置的这种不确定性导致许多感觉违反常理的结果,其中一个就是量子隧穿效应!

如果你想把一颗球掉过一道墙,你必须要提供这颗球足够翻越这道墙的能量,当你给的能量不够,这颗球只会被反弹回来;但量子的情形就不一样了,当一个波函数行进中遇到一个障碍,而能量不足以让他穿越时,它并不完全反弹,而是有一部份的波函数会跑进墙内并以指数衰减,如果在衰减到零之前离开墙体,便有一小部份的波函数穿越了墙,虽然机率很小,但这还是代表了这个物质有可能出现在“墙”的另一端,这就是量子隧穿效应。

这听起来非常的难以接受,却时时刻刻都在我们的世界上发生,穿隧效应促成了恒星中的核融合,因为穿隧本身就是个低机率状态,致使我们的太阳能够以相对缓慢的反应速度燃烧,而稳定的供给我们能量长达几十亿年!

就像我离开房间但又不想打开门,我只能撞“门”而出,次数多了总有可能出现在门的另一边,不过可能花几千年才能撞到这样的概率,但并不是完全不可能!


转角的咖啡香


量子隧穿是量子力学的基础概念,很多原子分子领域的的实验都可以观测到,量子隧穿二极管都应用不知多少年了……


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