在我们人类看来,穿越墙壁是不可能的事情,那是传说中的事情,可是在微观世界里,那就不一定了!在量子物理的世界,粒子是可以穿越一切障碍的,即使没有足够的能量,也有极大的可能性,这就是量子隧穿效应。
要知道,宇宙中的一切,包括宇宙的真空,包括人,都是由粒子构成的,在物理科学家们对量子物理学进行不断的研究探索中,粒子的波粒二象性被展现在人们面前。什么是波粒二象性呢?简单地说,就是粒子同时具有波和粒子两种物质的性质性,这便为量子隧穿效应提供了理论上的基础依据。如果再把薛定谔方程加入进来,我们对粒子就会有一个形象的认识。按照方程式的说法,量子波在遭遇势垒时,其振幅会有所变化,而在势垒的另一面,其振幅未必为0,也就是说,在某种程度上,粒子穿过墙壁可以从理论上解释量子隧穿效应。
粒子的作用力以及空间里的势垒,让粒子的运动轨迹受到限定,势垒是存在于我们的空间里的,而当粒子通过势垒的时候,必须要有足够的能量去消耗才行,如果没有足够的能量,就无法通过势垒,但是现在,我们却发现了一个新的现象,那就是:即使没有足够的能量,粒子也可以通过势垒!
有人用薛定谔方程来估计一个人穿越墙壁的几率是10100左右,可能大部分人对这个数字没有直观的感受,我们来用一个比较简单的例子进行说明,假设你每一秒钟就撞一次墙,当整个宇宙都被摧毁了数亿亿次之后,你就有可能穿过墙壁一次,可想而知,这种概率几乎为零,但这种非零的几率,却是实实在在存在的。
说到薛定谔,我想大家一定听说过“薛定谔的猫”。假设我们将一只猫放在一个密封的箱子中,将枪对准盒子,手枪的扳机上有放射性原子。假设在一个小时之内,放射性原子有50%的几率会发生衰变,当衰变的时候,它会释放出一个粒子,这个粒子会扣动扳机。然后杀死这只猫,但如果放射性原子没有发生衰变,那么这只猫就会安然无恙。
实验中猫咪的生死,不是由其身体本身的状态决定,而是由放射性原子是否衰变决定,因放射性原子处于衰变于不衰变两种状态的叠加态,所以这只小猫也将处于活着与死亡两种状态的叠加态。
叠加态,又可称为叠加状态,是指一个量子系统的几个量子态归一化线性组合后得到的状态。简单地说,就是在宏观世界中两个原本不可能共存的事情,在量子世界里却可以同时发生,例如,活着和死亡。
在大多数人看来,这简直就是天方夜谭。这种事情,怎么会发生?不过,科学家们用量子力学实验证实了这一理论。其中一个比较有名的试验,是我们在中学时所作的双缝干涉试验。在对单一电子进行双缝干涉试验时,这条被电子干扰的条纹就会出现在两条缝隙中。当我们用特殊的仪器来观测时,它就会消失。
这种现象的原因如下:在没有观测的情况下,电子会变得波动性,从而会扩散,产生斑纹;当我们开始观测时,会有一颗光子与该电子碰撞,该电子便有了确定的位置,并以粒子的方式呈现,直线的传播方式不会干扰到这两条狭缝。在没有观测到的情况下,电子的位置无法确定,那么电子便是处于在各个位置的叠加状态,而人类的观测则会导致电子的叠加状态被推出。
这次实验让人得出了一个不可思议的结论:我们的世界里所有的东西都是随机生成的,在我们没有看到的情况下,一切都是随机的,只有当我们看到它的时候,它才会呈现出某种规律,就像我们不抬头望着月亮一样,它可以出现在任何地方,也可以不存在。只有在我们仰望月球时,月球才会处于一个固定的地点。叠加态虽然听起来很不可思议,但在量子力学中,这是一种被证明了的科学理论,许多人对此难以接受与理解。