原创 量子隧穿效应是什么美国科学家表明或许借此实现穿墙术
发布时间：2023-09-06 11:19:47 所属栏目：外闻 来源：
导读：当研究人员深入研究微小领域的奥秘的时候，他们注意到了一个十分神奇的事情—quantum tunneling effect。这个效应在最初是由瑞士因斯布鲁克的大学教授发现的，其被观察到概率为100亿分之一，而后便在科学界产生
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当研究人员深入研究微小领域的奥秘的时候，他们注意到了一个十分神奇的事情—quantum tunneling effect。这个效应在最初是由瑞士因斯布鲁克的大学教授发现的，其被观察到概率为100亿分之一，而后便在科学界产生了大爆炸，为许多研究和应用带来突破，甚至有科学家认为人类可能借此实现穿墙术。 什么是量子隧穿效应？经典物理学图景中，电势垒对于带电粒子而言就是一座无法逾越的大山，不过，当尺度不断缩减，量子理论却有了新的解释，即带电粒子能够有一定几率穿过电势垒，因此展现出类似宏观世界中的“穿墙术”的惊人景象。 起初，由于量子云的不确定性和非定域性，有研究人员想出了一个办法，说既然我们无法确定微观粒子的运行轨迹，那么为何不能用一个假设中的极其小的盒子来将其禁锢住，这样它的活动区域就有了限制，倘若能够实现，那么是否就可以得到一个“确定”的粒子呢？ 事实上，能量屏障完全能够胜任这个假设中的盒子，将能量砌成一堵墙，然后逼近量子云，试图去禁锢粒子的行动，然而这时，一件不可思议的事情发生了。 量子云不仅没被禁锢住，反而直接穿透了屏障，在隔邻的位置现身了。宏观世界里，有形物质是不能穿透有形屏障的，但是在量子尺度上，这种离奇的事情却发生了，是粒子过于微小的原因吗？这是不可能的，由于屏障本身就是能量，且能级也不是微观粒子能够相提并论的。 但是，微观粒子却仍旧利用概率云，随意散发自己的位置，即使有能量壁垒的阻碍，它还是可以打穿一个“洞”就过去了，当然这个洞只是比喻， 无中生有是专门用来形容粒子仿佛寻觅到冥冥中的一个机关，打开了黑洞的秘密通道，然后就理所应当的大摇大摆的通过了，这就是传说中的量子隧穿。 这种现象看似是个荒谬，然则是在能量-时间不确定性原理之下完成的。设E为粒子能量，t为时间，h为合理化普朗克常数，屏障位置为V，粒子原来的位置为A，移动后的位置为B，则有ΔEΔt≈h/2。即ΔE≈h/2Δt。设粒子暂借能量为E，与本身的能量相加大于V，粒子便能从A转移到B，但是有个前提条件，就是粒子一定要在Δt内把ΔE归还，同时转移至B，缺一不可，不然无法实现隧穿。 由于微观世界的粒子运动与宏观世界完全不一样，因此在我们生活的世界里，这样的穿墙术仍只是一个古老的传说，目前还不存在真正意义上的穿墙术。科学角度上，宏观物质想要穿墙，需要克服多个障碍。首先，穿越物体需高能量，基本上需百万焦耳以破坏其分子键。但是，现有技术无法提供此类能量。其次，就算有这种能量，仍需解决其余问题。穿墙会导致热量和辐射释放，对环境和人产生负面影响。 而且，穿墙的时候不能与分子发生作用，必须精准掌握能量的位置和强度。所以，穿墙仅存在于传说中。当然，尽管我们暂时无法穿越墙壁，但我们或许可以尝试“穿透”其他物体。很神奇的是，量子理论在宏观世界中已有了许多应用，例如单电子晶体管、隧道二极管、量子电脑等，均是通过量子隧穿技术完成的。这些技术可以用来解决一些实际问题，例如量子纠缠、量子密钥分配、量子计算机等。 （编辑：聊城站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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