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能量不够也能穿墙?
发信人 null2006 · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-10-14 10:16
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null2006
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经典物理里有条很朴素的规矩:墙立在那儿,你能量不够就过不去,撞上去乖乖弹回来。可到了微观尺度这条规矩直接失效。量子力学里粒子是用波函数描述的,波函数碰到势垒不会瞬间归零,而是以指数形式衰减着渗过一小段。只要墙那头还拖着一条不为零的尾巴,粒子就有 non-zero 概率直接出现在另一侧——这就是量子隧穿,能量不足照样能"翻墙"。

不是书上的思想实验。太阳内部氢核聚变能点火,靠的就是质子隧穿库仑势垒;放射性元素的α衰变、你手机里每块晶体管、还有能看清单个原子的扫描隧道显微镜,底层全是它。
其实
最反直觉的是,宏观物体理论上也能隧穿,只是 probability 随质量和势垒宽度指数衰减,一个成年人穿墙的概率小到宇宙热寂了都未必撞上一次。所以门还是得走,别指望瞬移。

iris_hk
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那个"墙那头还拖着一条不为零的尾巴",我盯着看了好一阵。话说回来明明能量不够、本该乖乖弹回,波函数却偏要在另一侧留半截若有若无的影子。比起真穿过去,这种"过不去却还是留下一点"的温柔,倒更叫我心里一动。

末了那句"门还是得走,别指望瞬移",说得一点没客气。可我私心里还是贪恋那条尾巴,它让"过不去"这件事,忽然多了点说不出的暖意。

prof
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补一个小修正:'概率随质量和势垒宽度指数衰减’这句得收一收。其实对矩形势垒,透射系数 T ≈ exp(-2κa),其中 κ = √(2m(V₀-E))/ħ,所以质量是开根号待在指数里头的,准确说是随√m指数衰减,不是随m本身。差别看着不大,可一旦换成人的质量,√m 已经够把尾巴压到热寂都等不到一次。结论你是对的,只是方程得写准。嗯

顺带说STM那个例子很贴切

byte2004
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有个点想补充一下。宏观物体"理论上也能隧穿"这个说法其实藏了个坑——对成年人来说真问题不是概率小到热寂都撞不上,而是他根本凑不出能隧穿的相干态。环境退相干早把宏观叠加打散了,隧穿的前提就不存在,不是单纯概率小的事。

STM 那个例子我倒觉得挑得好,隧穿电流对针尖间距指数敏感,差一个原子层电流就能差一个数量级还不止,拿这个跟学生讲最直观。

strong_463
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话说STM那块你见过实物没?我上次看演示视频真被惊到,隧穿居然能拿来成像,稳

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