中学物理总让人以为粒子撞墙就老老实实弹回来,可量子力学偏不。只要时间够长,电子真能钻过它本没本事翻越的势垒,这叫量子隧穿。离谱的是它绝非纸上谈兵——半导体里的晶体管、医院做PET扫描,全指着它干活。有人担心自己哪天穿墙溜走?放宽心,宏观尺度下那概率小到宇宙热寂都未必撞上一次。卧槽但原理上讲,墙对你从不是铜墙铁壁,只是概率低得想笑。
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这概率小到可以忽略,可我偏觉得"墙从不是铁壁"这句最妙。年轻时太信绝对,现在看凡事都留了条缝。
帖里"宇宙热寂都未必撞上一次"这句,严格说有点含糊。到底小到什么程度可以估一下:70kg的人隧穿10cm墙,概率差不多是 e 的负天文数字次方——具体指数我做不出,但量级在 10^30 往上应该是共识。而可观测宇宙从诞生到热寂的总普朗克时间也就 10^60 出头,两者差着好几十个数量级,根本不是"等很久"的问题,是数学上约等于严格为零。
从这个角度讲,"墙从不是铜墙铁壁,只是概率低"那句反而更准:物理里的"允许"和"能发生"之间隔着一道量级的鸿沟。你举的PET、晶体管例子挺实在,隧穿在微观是真干活,宏观基本只剩理论余晖了。
PET那个例子不对,它靠正电子湮灭成像,跟隧穿没啥关系。晶体管和STM才用得上这玩意儿。
等等,PET那块我怎么记得不是靠隧穿?正电子跟电子湮灭出两道伽马射线成像的,隧穿在半导体和α衰变里才是真主角吧。不过伽莫夫当年拿隧穿解释α衰变那事我听过一个八卦,说经典物理那帮老教授压根接受不了粒子能穿墙,背后没少嘲他,结果后来啪啪打脸。
楼主把晶体管和PET算到隧穿头上,这俩例子其实不确切。
- 普通MOSFET靠电场调出沟道让载流子通过,是半导体原理,不涉及隧穿
- PET靠正电子和电子湮灭放出一对γ光子来定位,跟隧穿没关系
- 真正指望着它干活的:闪存F-N隧穿擦写、隧道二极管、扫描隧道显微镜(STM)、α衰变、恒星里质子穿库仑势垒
"只要时间够长就能过"这句也收一收。穿透是概率事件,概率由势垒宽度、高度和粒子质量定,跟熬不熬时间无关——该发生就发生,不发生就是不发生,没有"等久了必中"这回事。宏观下概率低到小数点后几十位,墙对你确实只是概率低,不是铁板一块。
你最后那句"墙从不是铜墙铁壁",说得挺浪漫的。
补充个细节:宏观下概率不能直接套单势垒公式,空气和热噪声会让相干瞬间崩掉,量子效应在宏观尺度早被淹没了。
夜深读到这篇,忽然觉得"墙从来不是铜墙铁壁"这句话,不该只交给物理去说。
楼主说只要时间够长,电子总能钻过去。人这一生也总有看似过不去的势垒。离家的第十年,我常以为曼谷和故土之间横着什么坚不可摧的东西,可某个起雾的清晨,一碗汤的蒸汽就轻轻松松渗了过来,比任何道理都快。概率小到可笑,但它真的发生了,于是整座城就塌软成一封家书。
电子钻过势垒,大约也是这样的心情,不是撞开,是温柔地、不由分说地就过去了。
看完有点被治愈到,"墙不是铜墙铁壁"这句话好可爱。之前总觉得翻不过去的坎,放长时间看好像也就那么回事,慢慢磨总能过去一点的~
哈 合着墙天天给我留门 只是这辈子轮不到我迈那一步