墨子沙龙|从聊斋志异到量子隧穿本次内容来自系列视频课程“一说万物：

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本次内容来自系列视频课程
“一说万物：现代物理学百年漫谈”
第三讲：漫游量子世界
3.1从聊斋志异到量子隧穿
系列课程介绍
20世纪是物理学的世纪。
在过去一百年中，物理学取得了空前的发展，涌现出很多新想法、新观念，其影响超越了物理领域，深刻改变了人们对世界的认识。
在《一说万物：现代物理学百年漫谈》中，来自香港科技大学的王一老师将给大家分享这些既深刻又有趣的新想法、新观念。
每期一个话题、一个概念，讲述精巧、富有启发性。来一起感受思考的乐趣吧！
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今天我们开启量子力学。量子力学本身是一个物理理论，但它又高于一个具体的理论，它是一个理论框架，所有的物理理论都可以融入这个框架中——目前除了广义相对论以外。量子力学量力而学，我们今天只对量子力学中一些有意思的现象“浅尝辄止” 。
我们已经了解了“单光子双缝干涉实验” ，这是量子力学中非常有意思的一个现象。我们还知道，不仅光子，世间万物都具有波粒二象性，那么让我们想象下一个粒子的“单粒子双缝干涉实验” 。
我们今天的主人公名叫王七，和梦游仙境的爱丽丝一样【更小：从打地鼠到光电效应】，他也喝了“变小”水，变成了微观世界中原子一样的大小，然后波粒二象性中的波动性就开始彰显了。
王七想要进入一个教室，教室有两扇门，他可以同时通过这两扇门进入教室吗？是可以的，因为王七具有波动性。那王七到了教室的什么位置呢？王七所在的位置是由两个路径的差来决定的：当路径差是波长的整数倍，王七有更大的可能出现在此；而当路径差是半整数波长，王七则不会出现在这里。这就是双缝干涉。

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下面我们把教室的两扇门全关上，王七没有钥匙，面对一堵墙，他怎么办？量子的王七能不能穿墙而过，进到教室里呢？如果王七是一个经典物体，那么他没有办法穿墙而入，除非他的能量大到可以把墙打倒，然后过去，或者他可以跳得足够高，从墙上边翻过去。但是，现在的王七有了波动性，事情就不一样了。

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提到穿墙，我们上网搜一下，会搜到“穿墙技术哪家强，请买XX路由器”等内容。这告诉我们，波动是可以穿墙的，路由器发出的无线信号是电磁波，电磁波可以穿墙。从这个例子我们学到2点：第一，穿墙是波动的种族天赋，波动天生就会穿墙。第二，穿墙之后波动的幅度会减弱。应用到王七，我们知道：第一，王七是一个物质波，具有波粒二象性，所以他也可以穿墙而过。第二，穿墙以后波动减弱，这就有点恐怖了？你吃一个苹果，最怕的不是没见到虫子，也不是见到一条虫子，而是见到了半条虫子。王七穿过墙去以后，摸摸脑袋说“我的头还在吗？”这样的话，是不是很恐怖？

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但是，如果我们把王七想象成一个基本粒子的话，这种事情是不会出现的。所谓基本粒子，即是没有办法再分割的基本单元，已经是最小的一份了。要么穿过去，要么不穿过去，不会出现半个粒子穿过去的现象。波动减弱，在基本粒子的范畴里体现为概率减小，也就是说这个粒子很大的概率留在墙外、被墙弹开，而有一个很小的概率穿过这堵墙。这种穿墙而过的现象，在量子力学里叫作“量子隧穿”现象。