绝缘体

量子理论中的隧穿效应真实存在,我们怎

发布时间:2023/11/27 13:52:33   
在量子理论中,有一个最复杂的、也是最令人吃惊的现象,那就是量子“隧穿效应”。我们怎么来理解这个“隧穿效应”呢?通俗地打一个比方,假如,你现在正坐在家中客厅的沙发上,构成你身体各个粒子突然穿过离你最近的墙壁,在隔壁邻居家的客厅里重新聚合成你,对于隔壁邻居来说,你是不请自来突然出现,这显然不是一件愉快的事情。当然,无论是你也好,你的邻居也好,也都认为这是不可能的事情。然而,量子力学提出,即使最不可能发生的奇异事件,也存在一个有限的极小的概率,这种极小的概率有可能最终导致某件事真的发生,尽管概率很小,但你不能将它排除。也就是说,所有的事件,不管多么奇怪,都能被量子理论简化为概率问题。这种“隧穿效应”听起来是不是不像真正的科学而更像是科幻小说?但事实上,量子的“隧穿”过程可以在实验室中得到精确地测量,也正是这个效应,真正解释了放射性物质的衰变之谜。通常情况下,原子核是稳定的,原子核内的质子和中子由核力结合在一起。但是,存在一个极小的概率,原子核会发生分裂。原子核分裂后,质子和中子有可能通过“隧道”穿越巨大的能垒,即,质子和中子穿越将原子核结合在一起的核力而逃逸。一般情况下,我们都认为原子核必须是稳定的,否则物质就无法稳定存在。但是在自然界中或者实验室中,有的铀核确实在不该衰变时发生了衰变,这是不可否认的事实。实际上可以这么说,由于原子核中的中子“隧穿”能垒,能量定律守恒被短暂地破坏了。当然,出现这种情况的概率对于像人类这样的大型物体来说,小到几乎为零。因此,在已知宇宙寿命的时间内,我们穿过墙壁去邻居家的概率是无穷小。或者说,至少在我们的有生之年无法穿墙过壁。量子理论如果产生在牛顿的时代,牛顿一定会认为提出这个理论的人绝对是个疯子。对于牛顿来说,一个粒子存在一个地方,如果没有施加引力,或者没有去碰它施加一个其它什么力,那么它就不会到别的地方去。但是,现在的量子理论可以斩钉截铁地说,牛顿的想法是错误的。粒子不仅可以在稍后的时刻出现在宇宙的任何地方(海森堡不确定性原理),而且某些粒子还存在“隧穿效应”。无论你接不接受,这就是奇妙的量子力学。

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