量子力学中,波函数可以穿过势垒传播的现象称为隧穿。在经典力学中,能量不足以克服势垒的粒子会被反射。然而,由于粒子的波动性,粒子有一定概率出现在势垒的另一侧,有效地“隧穿”了势垒。

(图片仅供参考)
量子力学中,波函数可以穿过势垒传播的现象称为隧穿。在经典力学中,能量不足以克服势垒的粒子会被反射。然而,由于粒子的波动性,粒子有一定概率出现在势垒的另一侧,有效地“隧穿”了势垒。
量子隧穿是以下现象的直接结果: 海森堡 不确定性原理以及粒子位置的概率性(由其波函数描述)是关键所在。当粒子的波函数遇到势垒时,它不会骤降至零,而是在势垒内部呈指数衰减。如果势垒足够薄,波函数在势垒另一侧可以具有虽小但非零的振幅。由于探测到粒子的概率与波函数振幅的平方成正比,因此粒子在势垒另一侧被探测到的概率是有限的。
隧穿概率随势垒厚度、势垒高度的平方根以及粒子质量呈指数级下降。这就是为什么隧穿效应对于电子等微观粒子非常重要,而对于宏观物体则可以忽略不计的原因。例如,在太阳内部的核聚变中,质子没有足够的能量来克服它们之间的静电斥力( 库仑 核能垒)。核聚变之所以成为可能,是因为质子可以穿过这个核能垒,从而使强大的核力将它们结合在一起。类似地,扫描隧道显微镜(STM)的工作原理是测量尖锐金属探针和样品表面之间电子的隧道电流,从而实现原子级分辨率的成像。
量子隧道
(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)
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