量子隧穿效应是怎么让故事中的穿墙术变成现实的？

~ 在中国古老的传说中，穿墙术是一种常见的法术，经常出现在魔术表演中，比如大卫·科波菲尔曾经表演过的穿越长城的魔术。然而，在现实生活中，人类是无法实现穿墙术的，魔术中的穿墙术只是视觉错觉。但在微观世界里，粒子确实能够实现穿墙术，这是由于量子隧穿效应的存在。
举个例子，假设一个人在赶路，前方有一座大山阻挡了他的去路。在经典物理中，人需要绕过山才能到达山的另一边。但是对于粒子来说，它可以直接穿过大山，即使它的能量不足，也有可能穿过大山的势垒。这就是粒子的穿墙术——量子隧穿效应。
1896年，法国物理学家贝克勒尔发现了铀的放射性，随后居里夫妇对此进行了深入研究。他们发现，在α衰变过程中，重原子核会放射出α粒子，即氦原子核。在经典物理中，原子核的核子之间是通过强核力相互连接的，核子怎么可能逃逸出来呢？随着量子力学的建立，海森堡的不确定性原理和德布罗意波粒二象性的确定，1927年，弗里德里希·洪德在计算双势阱的基态问题时首次发现了量子隧穿现象。
1928年，乔治·伽莫夫正确地用量子隧穿效应解释了原子核的α衰变。在经典力学中，粒子被牢牢地束缚在原子核内，因为它需要巨大的能量才能逃出原子核的强势能场。然而，在量子力学中，粒子不需要拥有比势能还强的能量，就可以穿过势垒，因此逃出原子核的束缚。伽莫夫提出了一个原子核的势能模型，并用薛定谔方程推导出了放射性粒子的半衰期与能量的关系，即盖革-努塔尔定律。
玻恩在听到伽莫夫的理论后，意识到这种理论不仅适用于核物理学，还普遍存在于量子力学中。他对伽莫夫的理论进行了修正，因为伽莫夫理论所使用的哈密顿量是厄米算符，其特征值必须是实数，而不是伽莫夫所假设的复数。修正后，理论结果仍然保持不变。这是量子力学首次成功应用于核子现象的案例。
1931年，雅科夫·弗伦克尔正式给这种现象起了英文术语“tunnel effect”（隧道效应）。在量子力学中，根据海森堡的不确定性原理，由于粒子具有不确定性，即使粒子能量低于势垒能量，它也有一定的概率出现在势垒之外。而且粒子能量越大，出现在势垒之外的概率越高。
量子隧穿现象的应用范围广泛，例如在半导体领域，快闪存储器的运作原理涉及到量子隧穿理论。扫描隧道显微镜（STM）的设计原理也来源于量子隧穿效应，它可以让科学家观察和定位单个原子，具有比同类原子力显微镜更高的分辨率。
虽然电子的隧道效应在金属中使得电子不完全局限于严格的边界之内，但如果将物体从微观世界的粒子换成宏观世界的物体，如人穿墙，取各种参数，例如人的质量m=75kg，墙厚0.2m等参数代入后，就会发现宏观物体穿越的几率及其微小，近似不可能。
因此，虽然粒子可以实现穿墙术，但人类在宏观世界中却无法实现。量子隧穿效应的发现为我们解释了许多生活中的现象，基本粒子没有形状，没有固定的路径，不确定性是它唯一的属性，既是波，也是粒子，就像是我们对着墙壁大吼一声，即使99.99%的声波被反射，仍会有部分声波衍射穿墙而过到达另一个人的耳朵。因为墙壁是不可能切断物质波的，只能在拦截的过程中使其衰减。
量子隧穿现象的应用范围广泛，例如在半导体领域，快闪存储器的运作原理涉及到量子隧穿理论。扫描隧道显微镜（STM）的设计原理也来源于量子隧穿效应，它可以让科学家观察和定位单个原子，具有比同类原子力显微镜更高的分辨率。
虽然电子的隧道效应在金属中使得电子不完全局限于严格的边界之内，但如果将物体从微观世界的粒子换成宏观世界的物体，如人穿墙，取各种参数，例如人的质量m=75kg，墙厚0.2m等参数代入后，就会发现宏观物体穿越的几率及其微小，近似不可能。
因此，虽然粒子可以实现穿墙术，但人类在宏观世界中却无法实现。量子隧穿效应的发现为我们解释了许多生活中的现象，基本粒子没有形状，没有固定的路径，不确定性是它唯一的属性，既是波，也是粒子，就像是我们对着墙壁大吼一声，即使99.99%的声波被反射，仍会有部分声波衍射穿墙而过到达另一个人的耳朵。因为墙壁是不可能切断物质波的，只能在拦截的过程中使其衰减。
量子隧穿现象的应用范围广泛，例如在半导体领域，快闪存储器的运作原理涉及到量子隧穿理论。扫描隧道显微镜（STM）的设计原理也来源于量子隧穿效应，它可以让科学家观察和定位单个原子，具有比同类原子力显微镜更高的分辨率。
虽然电子的隧道效应在金属中使得电子不完全局限于严格的边界之内，但如果将物体从微观世界的粒子换成宏观世界的物体，如人穿墙，取各种参数，例如人的质量m=75kg，墙厚0.2m等参数代入后，就会发现宏观物体穿越的几率及其微小，近似不可能。
因此，虽然粒子可以实现穿墙术，但人类在宏观世界中却无法实现。量子隧穿效应的发现为我们解释了许多生活中的现象，基本粒子没有形状，没有固定的路径，不确定性是它唯一的属性，既是波，也是粒子，就像是我们对着墙壁大吼一声，即使99.99%的声波被反射，仍会有部分声波衍射穿墙而过到达另一个人的耳朵。因为墙壁是不可能切断物质波的，只能在拦截的过程中使其衰减。
量子隧穿现象的应用范围广泛，例如在半导体领域，快闪存储器的运作原理涉及到量子隧穿理论。扫描隧道显微镜（STM）的设计原理也来源于量子隧穿效应，它可以让科学家观察和定位单个原子，具有比同类原子力显微镜更高的分辨率。
虽然电子的隧道效应在金属中使得电子不完全局限于严格的边界之内，但如果将物体从微观世界的粒子换成宏观世界的物体，如人穿墙，取各种参数，例如人的质量m=75kg，墙厚0.2m等参数代入后，就会发现宏观物体穿越的几率及其微小，近似不可能。
因此，虽然粒子可以实现穿墙术，但人类在宏观世界中却无法实现。量子隧穿效应的发现为我们解释了许多生活中的现象，基本粒子没有形状，没有固定的路径，不确定性是它唯一的属性，既是波，也是粒子，就像是我们对着墙壁大吼一声，即使99.99%的声波被反射，仍会有部分声波衍射穿墙而过到达另一个人的耳朵。因为墙壁是不可能切断物质波的，只能在拦截的过程中使其衰减。
量子隧穿现象的应用范围广泛，例如在半导体领域，快闪存储器的运作原理涉及到量子隧穿理论。扫描隧道显微镜（STM）的设计原理也来源于量子隧穿效应，它可以让科学家观察和定位单个原子，具有比同类原子力显微镜更高的分辨率。
虽然电子的隧道效应在金属中使得电子不完全局限于严格的边界之内，但如果将物体从微观世界的粒子换成宏观世界的物体，如人穿墙，取各种参数，例如人的质量m=75kg，墙厚0.2m等参数代入后，就会发现宏观物体穿越的几率及其微小，近似不可能。
因此，虽然粒子可以实现穿墙术，但人类在宏观世界中却无法实现。量子隧穿效应的发现为我们解释了许多生活中的现象，基本粒子没有形状，没有固定的路径，不确定性是它唯一的属性，既是波，也是粒子，就像是我们对着墙壁大吼一声，即使99.99%的声波被反射，仍会有部分声波衍射穿墙而过到达另一个人的耳朵。因为墙壁是不可能切断物质波的，只能在拦截的过程中使其衰减。
量子隧穿现象的应用范围广泛，例如在半导体领域，快闪存储器的运作原理涉及到量子隧穿理论。扫描隧道显微镜（STM）的设计原理也来源于量子隧穿效应，它可以让科学家观察和定位单个原子，具有比同类原子力显微镜更高的分辨率。
虽然电子的隧道效应在金属中使得电子不完全局限于严格的边界之内，但如果将物体从微观世界的粒子换成宏观世界的物体，如人穿墙，取各种参数，例如人的质量m=75kg，墙厚0.2m等参数代入后，就会发现宏观物体穿越的几率及其微小，近似不可能。
因此，虽然粒子可以实现穿墙术，但人类在宏观世界中却无法实现。量子隧穿效应的发现为我们解释了许多生活中的现象，基本粒子没有形状，没有固定的路径，不确定性是它唯一的属性，既是波，也是粒子，就像是我们对着墙壁大吼一声，即使99.99%的声波被反射，仍会有部分声波衍射穿墙而过到达另一个人的耳朵。因为墙壁是不可能切断物质波的，只能在拦截的过程中使其衰减。
量子隧穿现象的应用范围广泛，例如在半导体

---

三都水族自治县17691669263： ★量子条件下,物体(粒子)如何做到穿墙而过?★ - ？
道海小儿： 形象的比喻一下:“粒子爱运动”. 总是要不停的运动,是粒子的一种属性,和其他的外因无关.周期性的振动表现出来的就是波(很多人都爱用的“波粒二相性”这样玄乎的词来吓唬我们). 因为所有的粒子都在运动,就难免你碰我一下,...

三都水族自治县17691669263： 量子力学有哪些的怪异之处? - ？
道海小儿： 1、量子化:能量的分布状态不连续,比方说原子分子的能级 2、隧穿:在势垒里面,动能可以使负值,因此可以发生隧穿效应 3、几率化:任何物理量在不测量之前,只能推算出它取不同值的几率 4、泡利不相容原理:同一个状态是只能有一个费米子 5、波函数:描述粒子的位置要用几率波,不同于经典力学中粒子有确定的坐标和动量 这些都是最基本的,也是量子力学的基本假设,实验都已经验证的, 你是什么水平的?本科?研究生?如果嫌这个简单,我也可以讲讲费米球啊,波色爱因斯坦凝聚,粒子数反转之类的

三都水族自治县17691669263： 量子隧穿效应的相关例子 - ？
道海小儿： 阿尔法衰变就是因为阿尔法粒子摆脱了本来不可能摆脱的强力的束缚而“逃出”原子核.扫描隧道显微镜是量子隧穿效应的主要应用之一.扫描隧道显微镜可以克服普通光学显微镜像差的限制,通过隧穿电子扫描物体表面,从而辨别远远小于光波长的物体. 理论上,宏观物体也能发生隧穿效应.人也有可能穿过墙壁,但要求组成这个人的所有微观粒子都同时穿过墙壁,其实际上几乎是完全不可能,以至于人类历史以来还没有成功的纪录.

三都水族自治县17691669263： 请问量子隧穿实验是怎么回事? - ？
道海小儿： 是的量子纠缠可以用来“隐形”传输 但是实际上这并非真正的传输了信息因为我们要知道对方的那一半的状态还是需要用经典的方法来确定,所以其实并不违反狭义相对论,因为狭义相对论要求的不可超越的速度是传递信息的速度

三都水族自治县17691669263： 在量子力学中,为什么电子可以穿透物体? - ？
道海小儿： 物体可以看做势垒,给你用经典物理做个比方,子弹穿过木块,需要一定的动能,木块是一个势垒,而子弹的动能大于势垒的最高势能,就可以穿过,而在量子力学中,电子由于波动性对势垒有隧穿效应,所以有一定几率穿过比它高的势垒.

三都水族自治县17691669263： 魔术的穿透现象如何解释? ？
道海小儿： 穿透魔术一般分三种情况: 第一,就是事先已经穿了过去,只是看起来没有穿过去,而魔术师的任务就是把没有穿过去的伪装去除,让观众以为发生了穿透现象. 第二,就是一直都没有穿过去,只是表演者作了一些手法,给人一种穿透的错觉. 第三种就是道具的特殊构造使得穿进穿出变为可能,这种表演的效果是最好的,但是给观众检查的时候就容易露出破绽. 几乎所有的穿透魔术都逃不出这三种情况,希望楼主满意. 参考资料: 典型就是环穿环,其实环上是有个很小的缺口的,但你用肉眼根本看不到,检查也要很仔细才能检查出来

三都水族自治县17691669263： 量子跳跃是什么? - ？
道海小儿： 到这里看看 http://baike.baidu.com/link?url=EENOtB9jDG0THG6ZzPqFApqZdpYWR99zBpoe4_RvoHAfDH_wf4iiNIJ4L2TOMZ5idGXMs51qUb-s4Ghu_xUZAq 量子跳跃(Quantum jump).量子理论中,粒子有可能在有限机率下发生“穿隧效应”(Tunneleffect)或称“量子跳跃”(Quantumleap),因而穿透不可渗透的障碍物.

三都水族自治县17691669263： 隧穿效应中粒子是越过势垒还是穿透势垒 - ？
道海小儿： 越过势垒

三都水族自治县17691669263： 量子怎么穿越障碍物 - ？
道海小儿： 隧穿效应,原因是在量子世界里,任何物体都是一种几率波,即有可能出现在这儿也有可能出现在那儿,所以导致障碍物两边都有该粒子存在的几率,而当我们两次测量分别发现该粒子出现在了障碍物两边时,就认为粒子穿越了障碍物,而这中间的过程却是不能用连续动作去考虑的,只能认为它在这边消失,在另一边出现——大约就是这么回事

三都水族自治县17691669263： 量子隧穿效应的化学反应 - ？
道海小儿： 量子隧穿效应也可以存在于某些化学反应中.此类反应中,反应物分子的波函数从反应势垒穿过即可使反应发生,而在经典的化学反应中,反应物分子只有获得足够能量,越过活化能的能垒,反应才可以发生(见右图). 对于有量子隧穿效应的...