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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。
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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。
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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。
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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
什么是量子隧道效应？
量子隧道效应，这一量子力学中的奇妙现象，揭示了电子在电位势差两导体之间的距离小于一定阈值时，能以非直观的方式穿越势垒，从一端跃迁至另一端。
这一跃迁形成的电流，即为隧道电流。
在隧道效应中，电子穿越两导体间势垒的能力，取决于两导体之间的距离。
随着距离的减小，电子穿越势垒的几率显著增加，进而导致隧道电流的急剧增长。
具体而言，若两导体间距离减少0.1纳米，隧道电流便会增大一个数量级。
这表明，量子隧道效应对两导体间距离的变化极为敏感。
量子隧道效应不仅揭示了电子在微观尺度下的奇特行为，也为现代科技领域，特别是量子技术的发展提供了理论基础。
在量子计算、量子通信和量子传感器等领域，对量子隧道效应的深入研究和应用，将有望推动科技的突破性进展。
总结而言，量子隧道效应是量子力学中一个重要的概念，它描述了在特定条件下，电子能够穿透势垒实现跃迁的现象。
这一效应对距离极为敏感，并在现代科技领域展现出巨大的应用潜力。
宏观量子隧道效应的应用
早期曾用来解释纳米镍粒子在低温继续保持超顺磁性。
近年来人们发现Fe－Ni薄膜中畴壁运动速度在低于某一临界温度时基本上与温度无关。
于是，有人提出量子理想的零点震动可以在低温起着类似热起伏的效应。
从而使零温度附近微颗粒磁化矢量的重取向，保持有限的弛豫时间，即在绝对零度仍然存在非零的磁化反转率。
宏观量子隧道效应的研究对基础研究及实用都有着重要的意义，它限定了磁带、磁盘进行信息贮存的时间极限。
量子尺寸效应，隧道效应将会是未来电子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限。
当电子器件进一步细微化时，必须要考虑上述的量子效应。
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