量子力学与穿墙术

作者: 相看敬亭 | 来源:发表于2019-07-11 20:47 被阅读4次

虽然穿墙术总是出现在神话故事当中,但是我们都明白,在日常生活当中,这是绝不可能会发生的,一个人显然是不能够穿越一道完好无损的墙壁,出现在墙的另一边。但在量子世界中,情况就变得完全不一样了。

我们常常把牛顿力学称之为经典力学,它所适用的范围为宏观和低速世界。在经典物理学中,一颗乒乓球是不可能穿越墙壁到达另一侧,而是会在与墙面的接触中被反弹回来。但是,如果把这个乒乓球缩小许多倍,变成构成物质的基本粒子那么大,那么,它在这个世界中就会变得“无所不能”。

微观粒子并不像是光滑的乒乓球,它们没有形状可言,更不会像球体那样以某个速度沿着某条路径运动,在这里,不确定性才是微观粒子的基本属性,我们只能说它们在某个时刻会有多大的概率出现在某个位置,这个概率的大小就是所谓的“波粒二象性”当中的物质波。

波有一个特性,那就是它穿越障碍物取决于障碍物的尺寸和波长之间的关系。就好比你对着墙壁大喊一声,即使有99.99%的声音都被墙壁给反射回来,但是仍然会有少部分的声波会衍射穿过墙壁。物质波不会被障碍物真正切断,而是在障碍物中衰减,这就意味着它们能够穿越任何有限的障碍物。反映在运动中,那就是微观粒子不是被墙挡住,而是出现在墙另一侧的概率太小,当它们偶然翻出去的时候,就似乎是拥有了穿墙术——这就是所谓的“量子隧穿效应”:一个能量为E的粒子,向前方一个具有能量大于E的势垒射去,这个粒子有一定的几率从势垒穿过去。这个势垒就类似于宏观世界的墙,所以微观粒子通常可以轻松实现“穿墙”。

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