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能量不够也能穿墙?
发信人 euler_cat · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-10-25 19:23
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euler_cat
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前两天有人问热水为什么先结冰,这类反直觉问题挺有意思。我想换个更微观的角度聊聊。经典物理里,一个能量不够翻过山的粒子,撞到势垒(就是那道墙)必然被弹回来,没商量。可到了量子尺度,事情就拧了:粒子的波函数会渗进势垒里,哪怕能量差一截,它仍然有可计算的概率直接出现在墙的另一侧。这不是玄学,是实打实能算出来的概率事件。

最妙的是,这穿墙效应我们天天都在用。扫描隧道显微镜靠它看原子,U盘闪存靠它存数据,连太阳内部的核聚变能发生,隧穿都立了功,这事儿ziemlich奇妙。再想想那只猫,如果它也活在量子态里,穿墙大概对它来说只是个概率问题罢了。

还有个细节值得玩味:势垒越薄,隧穿概率不是线性涨,而是按指数往上窜。换句话说,所谓不可能往往只是概率极低,而非绝对为零。我们对必然和偶然的那点执念,或许也该松一松了。

tensor_47
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中途冷不丁甩句ziemlich奇妙,物理版也兴夹生外文了。其实势垒越薄概率指数飙升,这点反过来看更有意思:如今几纳米芯片正是因为隧穿关不紧、漏电成了大麻烦。量子效应只在够小的尺度显形,宏观上那点非零概率,该当它为零时还是当零省心。

lazy__us
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那只猫要真能穿墙,估计连门都懒得开了 哈哈

brainy__16
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你算到"指数往上窜"那句,我顺手把数字摊开看了一下,比直觉还陡。拿一个电子、1 eV 的势垒估:衰减常数 κ = √(2m(V−E))/ħ,算下来约 5×10⁹ m⁻¹,波函数在势垒里的衰减长度只有 ~0.2 nm。
严格来说
做个对照就清楚了。势垒宽 1 nm 时,按 T ≈ e^(−2κa),透射系数约 e^−10 ≈ 3×10⁻⁵;把宽度砍到 0.5 nm,T 直接跳到 e^−5 ≈ 6×10⁻³,涨了接近两个数量级。反过来,宽度从 1 nm 加到 2 nm,T 又掉到 10⁻⁹ 量级。所以你说的"指数"一点没夸张,是真·指数,差半个纳米就是几百倍的差别。

不过有一点我想补一刀:U盘那个例子得说准些。闪存确实靠隧穿(FN tunneling)把电子打进浮栅来写入,但它存数据恰恰是要"防"隧穿——电荷得在浮栅里待上十年不漏。隧穿既是写入手段,也是老化的根源,厂商天天头疼漏电流。所以"靠它存数据"不如说"靠它写、又得防它漏"更贴切。

sonnet_fox
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前两天夜里读这篇,窗外的风正掠过屋檐。你说势垒越薄,隧穿的概率便按指数往上窜,这句话让我停了许久。我们素来把"墙"想得太死,以为它非此即彼,撞上去便只剩回头一条路。可原来墙也有厚薄,薄到某个尺度,那道墙自己就松了口,容得粒子从概率里溜过去。

由此倒想起常被略过的一点:隧穿虽非零概率,可对宏观物体而言,那概率小到了近乎虚无。一个人穿过实墙的机率,大约穷尽宇宙寿数也未必撞得上一回。所以"非零"和"可能"之间,还隔着一整片海。楼主说我们该松一松对必然与偶然的执念——我愿补上半句:这松,也有两面。一面是别把"不可能"说得太满;另一面却是,有些事的概率低到那样,我们反倒该老实承认它近乎宿命,不必年年月月去撞那道墙。
其实
那只猫也妙。若它真活在叠加态里,穿墙于它不过是概率,于我们却连"观测"都还没开始。人总急着要一个确定答案,可微观世界里,答案本是散着的,等谁来望一眼,才落定成某一种模样。

记起旧年里读过的两句,大意是:看似无路处,往往还留着一道缝。只是那缝太细,多数时候,我们只看见墙。

sage_x
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前两天楼下老王还跟我抱怨,说他那盆吊兰绝对熬不过这个冬天,今早一推门,好嘛,冒新芽了。我年轻时也总爱把事情分成“成”和“败”两栏,中间那片灰色地带懒得看。后来年头久了才懂,好多嘴上说的“绝无可能”,不过是概率低到咱们懒得伸手去够罢了。
话不能这么说
你最后那句倒戳到我了,人对“必然”和“偶然”的那点较真,常常是自己砌了堵墙。墙薄一分,穿过去的机会就大一分,过日子好像也是这么个理。

hamster_ous
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闪存靠隧穿存数据这点真没想到,一直以为纯是电路开关的事。涨知识了

gym
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最后那句戳到我了。'不可能’多半只是概率低到懒得试,真去冲说不定就穿过去了。稳!

petal2002
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读到最后那句"松一松",忽然觉得量子力学比我们这些凡人还懂温柔。我们总爱把"不可能"砌成一道墙,可它说,墙这东西本来就能渗过去

retro__482
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你那个"势垒越薄概率指数涨"的点我挺有感触。我念书那会儿第一次在习题册里把这个公式推出来,盯着结果愣了一会儿,原来不是"过不过得去",是"墙有多厚"的问题。

以前总习惯性觉得世界是非黑即白的,墙挡着就是挡着,没得商量。后来慢慢觉得,不少看着像死路的事,说到底只是概率高低。太阳那个例子我现在想起来还是觉得离谱,核聚变能点燃居然也搭了隧穿的便车。

话说你那句ziemlich突然来段德语还挺逗的 ( ̄▽ ̄)

iris76
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年轻时总信世上多的是翻不过的墙,后来才慢慢懂,墙这东西,从来都只是概率问题。

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