墨子沙龙|从聊斋志异到量子隧穿( 二 ) 本次内容来自系列视频课程“一说万物：

【墨子沙龙|从聊斋志异到量子隧穿】那我们今天的主人公为什么叫王七呢？蒲松龄在《聊斋志异》里写过一个故事，叫“崂山道士” 。王七向崂山道士学得穿墙术，试一下成功了，然后又给自己的妻子炫耀，结果炫耀失败。

文章图片
量子隧穿现象如今有了很广泛的应用，例如现代科技所依赖的晶体管便是基于量子隧穿现象。不仅如此，量子隧穿现象还改变了我们对世界的理解。
我问一个问题：可以囚禁住一个电子吗？这件事情听起来好像是可能的，比如说施加一个磁场，电子就只能在磁场里绕圈了。但是我们只可以相对的囚禁住一个电子，不可能做到绝对的囚禁。任何的囚禁方法实际上都相当于在电子周围造了一堵墙，这面墙可以很高，可以很厚，但是我们要记住电子总有一个虽然说可能很小但不等于0的概率可以穿墙而出。绝对囚禁住一个电子是不可能的！

文章图片
一个电子在整个宇宙当中其实是无处不在的，只不过可能在你想让它在的地方概率大一点，在你不想让它在的地方概率小一点，但是归根结底，这个电子无处不在！
如果你感觉对你的世界认知还没有什么触动，那么我再问一个问题：世界上有两个不同的电子吗？想象一下，我们变小了，跑到一个原子里边，我们有没有可能指着一个电子说：这个电子是从别的原子里面跑过来的内鬼，我把它揪出来。我们能不能指名道姓的去标记一个电子？对不起，在基本粒子的层面，我们是做不到的。大家想一想，在经典的层面，我们如何标记两个小球或者说两个人？要标记两个经典物体的区别，我们有两个办法，一个是内在的，一个是外在的。
这个人和另一个人长的不一样，这是什么意思呢？就是这个人这儿多了一些粒子，那个人这儿少一些粒子。但是到了基本粒子的层面，粒子已经不再可分了，你不能说这个基本粒子这儿多了一些粒子，到了基本粒子层面，电子就是电子，光子就是光子，你找不到两个长得不一样的电子或光子。
好，从内在上我们没有办法区分，那么从外在上我们能不能区分呢？经典的人，即使两个人长得很像，你一眼可能看不出谁是谁，但是我可以一直跟踪他。在量子世界里，对于一个基本粒子而言，这是做不到的。这个粒子是无处不在的，可以在这儿，也可以在世界上任何其他地方，只不过在这儿的概率大一点。别的电子可以在别的地方，但是它也可以在这儿。
从内在上我们不能标记一个电子，从外在上我们也不能标记一个电子，把这一结论上升到一个原理的话，就是“全同粒子原理” 。在量子力学里，我们是没有办法去标记粒子的：电子虽然是可数的，我们可以数一个、两个、三个电子，但是我们不能标记这个电子、那个电子。
小结一下。波动性不仅带给我们双缝干涉，还带给我们隧穿现象，基于隧穿现象，我们可以制造出很多的电子元件。不仅如此，它还告诉我们，本质上一个电子是无处不在，充满整个宇宙的，进而我们没有办法去标记任何一个基本粒子。

文章图片
导师简介
王一：中国科学技术大学本科，中国科学院理论物理研究所博士。现任香港科技大学助理教授，研究领域为理论宇宙学。近期的主要研究兴趣是将物理学中最大的物体和最小的物体联系起来，用早期宇宙的遗迹研究基本粒子物理。其他研究方向还包括早期宇宙模型、暗能量、暗物质、原初黑洞、引力波等。曾获香港大学教育资助委员会青年学者奖、被学生评选为最喜欢的教师。