月球|根据量子隧穿效应,有人总想穿越墙壁,成功的概率有多大?


月球|根据量子隧穿效应,有人总想穿越墙壁,成功的概率有多大?
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本文基于回答网友问题:根据量子力学理论 , 一个人撞墙 , 有多大概率能穿过去?
我可以很负责很干脆地告诉你:零概率 。
量子力学描述的现象只发生在量子领域
所谓量子领域就是微观领域 , 量子力学理论只在描述微观粒子世界的现象时有效 , 这些现象在宏观世界不存在 。
这个微观有多小呢 , 主要在亚原子层面 , 就是比原子还小的层面 。 一根绣花针的针尖直径约10μm(微米) , 也就是约0.000001cm^2 , 这似乎已经很小了 , 但对于量子来说 , 还是巨大无比的宏观物质 。 原子直径约10^-12cm , 视面积约10^-24cm , 这样 , 就可以在一个针尖上排列100亿亿个原子 。
而亚原子则比原子小多了 , 也就是中子、质子、电子等 , 这些亚原子直径都在10^-17cm以下 , 因此一个针尖上就可以排列10000亿亿亿个 。 量子隧穿效应主要发生在这种人类无法看见的亚原子或原子层面 , 最大也只能在某些分子(如水分子)层面 , 到针尖这么大就完全不可能了 , 更别说达到人这种级别的宏观现象了 。
所以奉劝有这种幻想的人 , 别去尝试 。 因为你撞多少次都会碰得头破血流 , 撞得越重死得越快 , 除非这堵墙是豆腐做的 。
【月球|根据量子隧穿效应,有人总想穿越墙壁,成功的概率有多大?】量子遂川效应是怎么回事
引起许多人幻想能够穿越墙壁 , 从而可以做许多随心所欲事情的理论 , 是一些人对量子力学量子隧穿效应理论的错误理解 。
所谓量子隧穿效应 , 是指像电子这样的微观粒子能够穿入或穿越位势垒的量子行为 。 位势垒是一个复杂的概念 , 要说清楚就要涉及一系列函数方程等许多知识(下图只是一点点) , 这里就不讨论了 。
通俗地说 , 量子隧穿效应就是微观粒子可以跳过看似不可能逾越的高墙 , 这堵墙就是原本不可以突破的位势垒 。 在经典力学 , 也就是我们宏观世界这本来是不可能的事情 , 但在量子世界 , 这个粒子就有越过这堵高墙的概率 。 注意 , 这里也只是概率 , 并非绝对 。
所谓位势垒 , 并不是真正的墙或隔断之类的可见物质 , 而是能量 。 就如原子里的粒子会被原子核的能量束缚 , 逻辑上必须有超强能量才能够跳出原子核能量位势 。 因此 , 按照经典力学理解 , 这些粒子是逃不脱原子核位势的 。
但α衰变过程 , α粒子从原子核中射出 , 并不需要大于原子核位势的能量 。 这种现象只能用量子力学的不确定性原理和波函数来解释 。
这个理论建立后 , 科学界更好地揭示了恒星内部的核聚变、放射性衰变、天体化学、量子生物学里的一些现象 , 促进了科学研究的深入 。 科学家们还根据量子隧穿效应理论 , 研制出了扫描隧道显微镜 , 两位发明者格尔德·宾宁和海因里希·罗雷尔 , 以及电子显微镜发明者恩斯特·鲁斯卡共同分享了1986年诺贝尔物理学奖 。
量子世界有许多奇异现象都只能发生在微观层面
量子理论里最著名的理论有不确定性原理和波函数坍塌 。
不确定性原理又叫测不准定律 , 是海森堡于1927年提出 。 这个理论的核心内容 , 就是人们不可能同时知道一个粒子的位置和它的速度 , 因为粒子位置不确定性必然大于或等于普朗克常数除以4π , 公式为ΔxΔp≥h/4π 。
这个理论表明微观世界的粒子行为与宏观世界物质运动完全不一样 。 在我们宏观世界 , 对于汽车、飞机 , 甚至宇宙飞船 , 都能够同时知道它的位置和速度 , 因此用经典物理学就很难理解 。
波函数塌缩是指某些量子力学体系内部与外界发生作用后 , 波函数会发生改变 , 变为其中一个本征态 , 或若干个具有相同本征值的本征态线性组合现象 。 这句话怎么理解呢?其实这也是量子测不准原理的一个延伸 , 就是说量子测量会改变量子行为 , 由波状态转为粒子态 , 而且观测结果具有不确定性 。