那麽在量子力學中,真的有可能嗎?
在量子力學中,這種穿墻效應有壹個專業術語,就是隧道效應。隧道效應是什麽?
簡單來說,量子隧道效應就是微觀粒子可以穿過比自己高的壹堵墻。這是壹種量子效應,從經典的角度可能很難理解。但結合量子力學中漲落的觀點,薛定諤方程就很容易求解了。
為了便於理解,我們可以先做壹個假設,如果前面有壹堵墻,我們必須有足夠的能量才能跳過去。如果沒有足夠的能量,我們永遠不會出現在墻的另壹邊。但是在量子世界裏,即使能量不夠,我們也可以穿墻而過(而不是跳過去),這就是量子隧道現象。當然,這裏的‘我們’不可能是宏觀物體,而是微觀粒子。因為宏觀物體隧穿的概率很小,不可能觀測到。
量子隧道的發現
量子隧穿實際上是從研究放射性的過程中提出來的。
1896年,法國物理學家貝克雷爾從對鈾的研究中發現了鈾的放射性,隨後居裏夫婦也參與了這項研究。後來他們三人為此獲得了諾貝爾物理學獎。
壹直有壹個關於放射性的問題。最常見的α衰變是重核,也就是氦核發射出α粒子。我們知道,原子核的核子(質子或中子)是通過強相互作用聯系在壹起的。核子如何逃離強相互作用?
20世紀,經過量子力學的發展,物理學家逐漸認識到微觀粒子的不確定性和波粒二象性,為放射性的解釋奠定了基礎。在1927中,Hont Hungary在計算雙勢阱的基態時首先註意到了隧穿現象。1928年,美國物理學家加莫夫和另外兩位科學家獨立發展了α衰變的理論解釋。通過求解方勢壘的薛定諤方程,他們獲得了粒子的隧穿幾率,進壹步建立了衰變過程中發射的粒子能量與半衰期之間的關系。
後來,在加莫夫的壹篇報告中,玻恩意識到了隧道效應的普遍性。他認為這種現象可能不僅限於核物理,而是量子力學中比較普遍的現象。漸漸地,人們發現了各種量子隧穿現象。著名的約瑟夫森結就是利用超導電子的隧穿過程制成的。
與墻的碰撞和量子隧穿
雖然量子隧穿具有普適性,但它只是相對於微觀世界而言的。對於宏觀世界來說,量子隧穿並不適用。因為宏觀世界沒有量子隧穿的必要條件,也就是產生壹個高低壘,海森堡不確定性等等。
簡單來說,量子隧道不適用於穿墻這件事。