量子隧穿效应谁发现（按量子力学来说）

在我们讨论粒子的量子本质和量子隧道之前，让我们先想象一个场景。

假设你站在山脚下，你想去山的另一边。

唯一的办法就是爬上山顶，然后慢慢地从另一边下来。但是爬山需要很多能量，不是吗?如果你很虚弱，没有那么多的能量怎么办?你还能去山的另一边吗?

似乎有另一种方式去另一边而不爬山。火车通常不爬坡就能翻山越岭，你也可以。你可以搜索或寻找隧道，然后穿过隧道到达山的另一边而不需要爬它。如果你能成功地找到并穿过隧道，那么你就能越过那座山，即使你没有足够的精力去攀登。

量子世界与量子隧道:

在量子层面上，物理定律与我们日常生活中看到的普通物理定律不再相同。许多奇怪的事情发生在量子层面。例如，假设你在我们的宏观世界里玩斯诺克，那么你能想象一个特定的斯诺克球在一个地方消失，然后突然出现在另一个地方吗?这不可能发生，对吧。为了改变位置，球必须滚到桌子上的那个位置。但是，在量子层面上，粒子在一个地方消失，然后立即出现在另一个地方。

另一个例子是经典神话，它说电子围绕原子旋转。在现实中，在量子层面，电子根本不绕轨道运行。一个电子简单地消失了，并且出现在它的概率云中，基于它的能级。

所以，当我们深入研究量子级别时，我们会发现它充满了可能性。例如，氢原子的1S轨道只是一个圆形的区域，找到电子的概率很高。这都是关于概率的。你能在氢的2s或3s轨道中找到电子吗?答案是，可能是，但可能性很小，如果那个电子能有很高的能量。毕竟轨道只是能级，而不是一些物理定义的区域。概率可能接近于零，但它不是零。这在量子层面改变了一切。

现在我们来谈谈量子隧道。

我们现在知道粒子可以立即消失并出现。记住你想要越过小山的情形(上图)。现在，想象一下，一个粒子站在那里，而不是山，有一个势垒或者能量垒。简单地说，能量势垒是一个极限，它告诉粒子必须有足够的能量才能穿过它。它只是一个能级，而不是原子尺度上的物理山丘。

能量等级的类比就像夜总会。假设有一个夜总会粒子可以在那里逗留和享受。夜总会需要50美元才能入场。粒子x只有20美元，所以粒子x需要另外30美元才能进入俱乐部。但是，粒子得不到额外的钱，他的朋友(其他粒子)也拒绝借给x粒子一些钱(能量激发)，x粒子仍然有机会找到后门，进入俱乐部，而不需要花费任何东西。但找到后门的可能性很小。

这就像量子隧道。当一个粒子出现在能量垒的另一边而没有足够的能量穿过能量垒。这一现象就是量子隧道效应，在这里，粒子似乎已经穿过了能量垒。

发生这种情况的概率很低。假设有100万个粒子，那么可能只有1到2个粒子能够穿过势垒并出现在另一边。

量子隧道的应用

量子隧穿是一种实验证实和观察到的现象。但是，它的一个应用真的让我大吃一惊。量子隧穿实际上使我们能够看到原子和分子本身。就像在显微镜下观察分子和原子一样。扫描隧道显微镜，物理学家Gerd K. Binnig和Heinrich Rohrer在1986年获得了诺贝尔物理学奖。STM完全机制在这里不能讨论，但它工作在量子隧道的基本原理。

下面是在STM下看到的分子图像。

硅原子，每个紫色的球是一个硅原子。图片由加州大学欧文分校提供

26个碳原子和14个氢原子组成了3个连接的类苯环，图片由伯克利实验室提供。

如果你想穿越过墙体：

量子效应在非常小的尺度上占主导地位;把量子隧道应用到宏观物体上，比如你自己和墙壁，是毫无意义的!

如果你是一个电子，是的，我们可以计算一个合理的隧道概率在一个很小的长度尺度上。即纳米。对于大的物体，隧道的概率会小到无法计算。

如果你坚持一个实际的公式，我就会告诉你半经典的WKB近似。有一个简单的公式，我们用来描述隧道，半定量:T ~ exp (-sqrt(V)*W)，其中V是屏障高度，W是屏障宽度。找出几个简单的例子，例如，电子隧穿从STM扫描金属样品，看看你得到了什么。从那你会看到缩放效果是很严重的。所以说，穿墙什么的，还是算了吧！