[运用十二星座]为何它在宏观世界永远不可能发生?,微观世界神奇的量子隧穿效应

欢迎收看量子科普第132期 , 今天和大家聊一聊量子隧穿效应
[运用十二星座]为何它在宏观世界永远不可能发生?,微观世界神奇的量子隧穿效应
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在讲量子力学中的量子隧穿效应之前 , 大家和我一起想象一下这样一个画面:在我们面前有一座很高的山挡住了前进的路 , 但是因为我们之前已经走了很久的路 , 所以我们已经没有力气去翻越这座山 , 而且我们也无法绕过这座山 , 在这种情况下 , 如果这座高山的两端有一条贯通的隧道 , 那么我们就可以通过隧道继续前行 , 但是如果我们面前的这座高山没有这条隧道呢?我们能够穿越致密的山体 , 来到高山的另一端吗?
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穿越山体这种情况显然是是不能实现的 , 除非是智商不正常的人 , 否则我相信也不会有人去尝试 , 所以说这种现象在宏观世界中是不可能发生的 , 在宏观世界中也找不到任何一条规律去推导这种现象发生的可能性 , 但是在微观量子世界 , 这种现象又是十分常见的事情 , 量子力学将它命名为:量子隧穿 。
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量子隧穿的定义是:像电子等微观粒子能够穿入或穿越位势垒的量子行为 , 尽管位势垒的高度大于粒子的总能量 , 我们可以把位势垒理解成电子前面一座高山 , 当电子的总能量小于位势垒的高度时 , 也就是电子没有力气翻越位势垒时 , 电子竟然可以直接穿入或者穿透位势垒 , 这在宏观世界中是难以想象的 , 这就好像我们不用开门 , 就可以直接穿越墙壁、走出去一样荒唐 。
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虽然量子隧穿效应看起来很神奇 , 但是必须要强调一点 , 由于一切微观粒子具有不确定性 , 导致微观世界的构成并不是基于实质 , 而是基于概率 , 所以量子隧穿效应的发生也是一种概率事件 , 如果微观粒子前面的位势垒长度、宽度过长 , 那么绝大多数的粒子还是会被反弹回去 , 还有一种情况就是:如果微观粒子的总能量大于位势垒的高度的话 , 那么微观就不会穿透位势垒 , 而是跳跃过位势垒 。
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虽然量子隧穿看起来十分深奥 , 但是量子隧穿在某些领域还是有一些应用的 , 例如太阳系中的恒星与第二代核武器氢弹 , 众所周知 , 恒星燃烧与氢弹爆炸都是核聚变现象 , 即质量小的原子 , 在超高温的条件下 , 两个原子核互相吸引发生原子核互相聚合作用 , 进而形成质量更重的原子核 , 但是两个原子核之间的互斥力是十分强大的 , 要想使两个原子核聚合到一起 , 就要克服库仑位势垒 , 尽管原子核的总能量小于库仑位势垒的高度 , 但正是因为量子隧穿效应 , 才使核聚变得以产生 。
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讲到这里 , 大家应该对于量子隧穿效有一些了解了 , 或许有的读者会提出这样的问题:为何在微观世界很常见的现象 , 在宏观世界却变成了不可能的事情呢?
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虽然量子隧穿效应在微观世界十分常见 , 但是它是一个概率事件 , 它只能发生于微观量子世界 , 一旦将微观量子效应的适用范围扩大到整个宏观世界 , 那么一切微观量子效应就都可以忽略不计了 , 量子力学在宏观世界并不适用 , 宏观世界还是被经典力学与相对论统治着 。
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