量子隧穿效應,真實存在的粒子穿牆術,這是怎麼做到的?

2020-12-04 三體使者
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在我們人類的眼中,穿牆而過是不可能存在的,只有在神話故事中才可以,但是在微觀世界中這就不是一個絕對了哦!

量子隧穿效應,在量子物理學的世界中,微觀粒子可以穿越障礙物,就算粒子的能量不足,這個機率也非常大,我們的科學家把這種粒子運動的現象叫做量子隧穿效應。

量子隧穿效應的具體由來!

要知道宇宙中任何事物,宇宙真空以及人類都是由粒子組成的,隨著人類研究量子物理學的逐漸深入,我們發現了粒子的波粒二象性,通俗一點來說,粒子既有波的性質也有粒子的性質,這就給量子隧穿效應提供了理論基礎,如果我們在加入薛丁格方程以後,我們就對粒子有了一個形象的認識。

根據方程式的描述,當量子波遇到一個勢壘後,它的振幅會發生改變,但是勢壘的另一邊的振幅並不一定是零,簡單來說粒子是有機率穿牆而過的,這也從理論上解釋了量子隧穿效應。

粒子的作用力以及勢壘,限定了粒子的運動軌跡,在我們空間中存在著勢壘,因此當粒子穿越的時候,就要消耗一定的能量,如果能量不足那麼就穿越不了勢壘,但事實並不是這樣的,量子隧穿效應的發現,讓我們知道粒子就算能量不足也可以!

量子隧穿效應是真實存在的麼?

答案是肯定的,早在一百多年前人類就發現了量子隧穿效應,但是當時人類發現的是量子隧穿效應一個具體表現,那就是「場電子發射」,當電子在不同的介質中,就會產生不同的反射效果,這其中就有量子隧穿發生,隨著人類科技的發展進步,人類的科學家在α衰變中發現,原來原子核中的粒子就算是到了衰變後期,也可以從裡面跑出來。

這裡涉及的也是量子隧穿效應,其實量子物理學雖然看起來聽起來非常的神秘,但其實人類對於微觀粒子的研究已經進入了一個新的階段,一些實驗室應用,實驗室的樣品已經做出,比如說利用量子隧穿效應的STM,這是一種全新的顯微鏡,它就可以清晰的定位原子,就是利用了粒子穿越後產生的隧道電流,從而形成肉眼可見的圖像。

量子物理學雖然現在是一個熱門物理學科,但是量子物理學的研究早在幾十年前就開始了,現在的量子物理學已經走到了科技前沿,比如說量子通行,量子計算機已經推出了實驗版本,相信未來我們就可以實際應用到量子物理學帶給我們的便利了。

相關焦點

  • 神秘的量子隧穿效應,居然讓粒子學會了穿牆術~
    在中國古老法術之中,穿牆術可以說是出現頻率較高的法術了,如今也廣泛存在於各種魔術之中,記憶猶新的就是,大衛科波菲爾當年橫穿長城。然而,在現實生活中,人是不可能會穿牆術的,魔術中的穿牆術都是障眼法。不過,在微觀世界裡,粒子們卻真的會穿牆術,而這就是著名的量子隧穿效應。
  • 量子隧穿效應,真實存在的粒子穿牆術
    在我們人類的眼中,穿牆而過是不可能存在的,只有在神話故事中才可以,但是在微觀世界中這就不是一個絕對了哦!粒子的作用力以及勢壘,限定了粒子的運動軌跡,在我們空間中存在著勢壘,因此當粒子穿越的時候,就要消耗一定的能量,如果能量不足那麼就穿越不了勢壘,但事實並不是這樣的,量子隧穿效應的發現,讓我們知道粒子就算能量不足也可以!
  • 真實存在的「穿牆術」——量子隧穿效應
    這就是我們今天要講的,在量子世界裡真實存在的「穿牆術」——量子隧穿效應(Quantum tunneling effect)。 ,微觀粒子有一定的概率直接「穿牆而過」。
  • 人能不能穿牆而過?這要從微觀世界說起,穿牆術與隧穿效應
    二十多年前,曾有有這樣一部動畫片,好像叫做《嶗山道士》,講的就是一個人夢想修習穿牆術,最終不過是黃粱一夢。那麼在現實世界中,穿牆術是否真的存在呢?這樣問可能會讓人覺得有些無聊,一個修仙世界的話題非要拿到現實中來說,多少會有矯情的嫌疑。
  • 量子隧穿效應,告訴你真實答案
    相信大家都或多或少的了解過「穿牆術」,但是我們的第一反應就是,這是個特異功能,在我們的現實生活之中,是不可能出現的。而對於穿牆術,我們在物理界則是有兩個解釋,一個是在經典力學上的,一個是在量子力學上的。經典力學之中的解釋,也就是我們常人所認為的穿牆術。
  • 量子隧穿效應被發現,人類可能實現穿牆術,物理學家感到頭疼
    簡單地說,就是量子疊加後所產生的能量能跨越中間的障礙,也能反反覆覆地上演這種現象。但由於當時技術的不成熟,許多問題仍未得到解決。很快,著名的物理學家伽莫夫發表了一篇關於量子隧穿現象的論文,他認為所有這些都與粒子有關,粒子能在脫離原子核的束縛之後,穿過原子核,伽莫夫通過大量的實驗證實了量子隧穿現象,並根據薛丁格方程推導出了著名的蓋革-努塔爾定律。
  • 量子隧穿效應被發現,人類可能實現穿牆術,物理學家感到頭疼!
    很快,著名的物理學家伽莫夫發表了一篇關於量子隧穿現象的論文,他認為所有這些都與粒子有關,粒子能在脫離原子核的束縛之後,穿過原子核,伽莫夫通過大量的實驗證實了量子隧穿現象,並根據薛丁格方程推導出了著名的蓋革-努塔爾定律。
  • 從氨分子結構研究量子隧穿,神奇的穿牆術究竟是怎麼回事?
    大家好,今天和大家聊一聊量子隧穿。量子隧穿是在微觀粒子世界中一種獨特的量子現象,之所以稱它是一種特有的量子現象,是因為量子隧穿在宏觀世界是不可能觀察到的,在物體上實現量子隧穿的機率無限接近於零。量子隧穿舉個例子,我們前面有一堵2米高的牆,如果我們想要翻越這堵牆,直接衝過去是不可能的,肯定會落得個鼻青臉腫的下場。我們可以選擇使用梯子來翻越這堵牆,不過使用梯子就要克服重力做功,耗費多餘的能量。
  • 為什麼有人說穿牆是概率問題?搞明白量子隧穿你就懂了
    薛丁格方程奇怪的解在薛丁格的論文發表不到一年的時間,學界就有好多物理學家用薛丁格的方程算出了一定概率之下粒子能夠穿墻的解,雖說這個概率很小,但是這卻一直是籠罩在波函數方程的一個陰影,這個穿墻的解就叫做量子隧穿效應,也叫量子隧穿解方程,有時候是會解出一些奇怪的解,這種事兒很常見,這在物理學界也算默認的潛規則,畢竟波函數方程絕大部分時候是很好用的,你總不能因為這點事兒就全盤否定了這個解
  • 真的可以實現穿牆術嗎?一算嚇暈了-穿牆術,物理,隧道效應,量子力學...
    乍一看,人類想實現穿牆無疑是天方夜譚,而且已有的現實也表明似乎穿牆不能辦到。難道人類就真的不能實現穿牆術了嗎?即便不是人類穿牆,微小的粒子穿牆也不能實現嗎?在物理學中,我們常常把牛頓力學也稱為經典力學,把相對論和量子力學稱為近代物理學。牛頓力學所適用的範圍為宏觀和低速世界,而相對論和量子力學分別適用於高速和微觀世界。
  • 量子隧道效應——真穿牆術
    在我們日常生活的宏觀世界是不可能有穿牆術這種怪事的,所以在上世紀60年代以前我們一直以為粒子不可能越過,比它能量更高的勢壘,就好比我推一個石頭上山如果坡度小,我比較有勁,我的動能會大於坡度的勢能,然後我使點勁就過去了,但是如果坡度很高的話,推了半天我沒勁了,我的動能小於坡度的勢能,
  • 沒有量子隧穿效應,就沒有五彩繽紛的生命
    然而在微觀世界,「量子穿牆術」時刻在發生。                            一個人要到達一座山的另一邊,需要從山腳爬到山頂,又從山頂下到另一邊山腳。但是,如果你是一個「量子人」,就不用那樣費勁,可以直接穿山而過。一個微觀粒子,能夠穿透比它強得多的能量壁壘,就好像有人幫它挖了一個隧道似的,所以這種效應被科學家趣稱為隧道效應,或者稱為量子隧穿效應。
  • 量子力學中的穿牆術,速度有多快?
    在量子世界中,將一個粒子困在勢壘(相當於高牆)之間,儘管粒子的能量低於勢壘的高度,粒子仍然有一定的機率穿越勢壘逃出去,就好像有一個無形的隧道可以供穿過似的。這樣的事情在經典力學的認識中是不可能發生的。如果嚴格按照量子力學的相關公式進行計算,被困在圍牆裡的人仍然有一定的機率穿牆而過,儘管這個機率小到自宇宙誕生以來也不會發生一次,但畢竟不是零。
  • 疊加態、光速極限和量子隧穿效應都已經被證實,我們卻難以接受
    用科學理論推動人類文明的發展,這應該是科學家的使命,而發現並掌握各種超前的理論,則是科學家們的夢想了,因為只有佼佼者才能做到,是實力和天資的證明。在眾多超前的科學理論中,有3個已經被證明是正確的,但其中包含的意義卻讓我們難以接受。
  • 科幻電影中的穿牆術真的存在嗎?
    歡迎來到不朽課堂,我是不朽,那麼我們經常會在一些超級英雄的電影當中看到一些超能力,比方說穿牆術超能力,就是一個比較常見的超能力。我們知道在我們的現實生活當中,穿牆術這種東西是不可能實現的,但是這一節我就來告訴你,在量子物理世界穿牆樹那真是太容易了,可以說是隨時隨地在發生,我也通過三個部分來跟你解釋量子世界的穿牆術是怎麼一回事。
  • 理論上人可以直接穿牆嗎?如果可以體現的是波動性還是粒子性?
    注意右邊的暗點表示隧道電子  這個問題解釋起來會相當的複雜和有趣,結論可能很難讓人想像:如果人可以穿牆,那麼體現的是一種波動性而非粒子性。  簡單來說,如果把人想像成粒子,那麼他無法穿越牆的勢壘;當把人想像成波動時(存在波峰波谷等),那麼人才有可能利用波動的現象穿越牆的勢壘(像蕩鞦韆一樣),到達對面。
  • 量子隧穿展示了粒子是如何打破光速的
    這意味著,在具有足夠厚的屏障的情況下,粒子可以比在相同距離內穿過空間的光線更快地從一側穿到另一側。簡而言之,量子隧穿似乎比光速更快,這在物理上是不可能的。Steinberg 說:「在 Hartman 效應之後,人們開始懷疑這件事了。」這一討論持續了數十年,部分原因是量子隧穿時間問題似乎與量子力學的一些問題有所關聯。
  • 氫分子量子隧穿效應假說!
    水中這快速原子運動是通過量子隧穿機制實現的。隧穿只能用量子物理來描述,這是一種控制微觀世界的物理定律。雖然用通俗的語言來解釋它並不容易,但我們所以這麼做,是因為沒有這個概念,無法弄清楚生物體中氫的各種獨特特性。 一、什麼是量子隧穿效應?
  • 量子隧穿效應真的能打破光速嗎?
    但在量子力學來看,情況並非如此。如果把小球換成微小的量子粒子,把固體牆壁換成量子力學勢壘。那麼,粒子就會有一定的概率穿過勢壘,它們最終會在勢壘的另一邊被探測到,此即為量子隧穿效應。這就好像把小球扔向牆壁,小球徑直穿過,完全不受牆壁的阻礙。根據《自然》(Nature)雜誌最近刊載的一項研究[1],物理學家首次成功地測出量子隧穿過程的耗時,並發現這是瞬間完成的。
  • 神秘的「量子隧穿效應」,為什麼說沒有了它,生命將是不可能的?
    如果存在一個比電子能量更高的勢壘,並正接近壁壘,那麼我們會認為,粒子將無法克服它。事實上,在大多數情況下也確實如此。然而,每一個電子都有可能會表現出完全出乎意料的行為。也就是說,在極少數情況下,電子會出現在勢壘的另一側。這怎麼可能?由於電子的概率性質,當電子接近勢壘的時候,可以在勢壘的另一側檢測到電子。