微观世界神奇的量子隧穿效应，为何它在宏观世界永远不可能发生？
量子科普2018-12-20 15:06
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
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？
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。
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。
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。
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。
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？
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。
如果有其他的意见与建议，欢迎在下方留言、评论，对于量子力学感兴趣的读者可以私信我，一起探讨、学习!
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