量子隧穿效應怎樣證明?

山本伍乘柒


“我們的任務並不是要去找以前從未見過的東西,而是要去想每天會看到,但以前從未想過的東西”-薛定諤

在量子觀點底下,物體的位置是不確定的。更具體來說,物質同時也像是一種波,可以用所謂的“波函數”去表示,波函數與這個物質出現在某位置的機率大小有關,當你去觀察它時,波函數會依照隨機“塌縮”在某個地方,於是你觀察到這個物質在那裡。

舉個例子,你以為在家裡的“張三”,其實有一定的機率在樹上,也有非常微小的機率在月球上,然後你對他進行了“觀測”的動作,於是他的波函數就塌縮在某個點上,最後你發現……啊…原來他在公司裡呢!物質位置的這種不確定性導致許多感覺違反常理的結果,其中一個就是量子隧穿效應!

如果你想把一顆球掉過一道牆,你必須要提供這顆球足夠翻越這道牆的能量,當你給的能量不夠,這顆球只會被反彈回來;但量子的情形就不一樣了,當一個波函數行進中遇到一個障礙,而能量不足以讓他穿越時,它並不完全反彈,而是有一部份的波函數會跑進牆內並以指數衰減,如果在衰減到零之前離開牆體,便有一小部份的波函數穿越了牆,雖然機率很小,但這還是代表了這個物質有可能出現在“牆”的另一端,這就是量子隧穿效應。

這聽起來非常的難以接受,卻時時刻刻都在我們的世界上發生,穿隧效應促成了恆星中的核融合,因為穿隧本身就是個低機率狀態,致使我們的太陽能夠以相對緩慢的反應速度燃燒,而穩定的供給我們能量長達幾十億年!

就像我離開房間但又不想打開門,我只能撞“門”而出,次數多了總有可能出現在門的另一邊,不過可能花幾千年才能撞到這樣的概率,但並不是完全不可能!


轉角的咖啡香


量子隧穿是量子力學的基礎概念,很多原子分子領域的的實驗都可以觀測到,量子隧穿二極管都應用不知多少年了……


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