根據(jù)量子隧穿效應(yīng)，有人總想穿越墻壁，成功的概率有多大？

本文基于回答網(wǎng)友問(wèn)題：根據(jù)量子力學(xué)理論，一個(gè)人撞墻，有多大概率能穿過(guò)去？

我可以很負(fù)責(zé)很干脆地告訴你：零概率。

量子力學(xué)描述的現(xiàn)象只發(fā)生在量子領(lǐng)域

所謂量子領(lǐng)域就是微觀領(lǐng)域，量子力學(xué)理論只在描述微觀粒子世界的現(xiàn)象時(shí)有效，這些現(xiàn)象在宏觀世界不存在。

這個(gè)微觀有多小呢，主要在亞原子層面，就是比原子還小的層面。一根繡花針的針尖直徑約10μm（微米），也就是約0.000001cm^2，這似乎已經(jīng)很小了，但對(duì)于量子來(lái)說(shuō)，還是巨大無(wú)比的宏觀物質(zhì)。原子直徑約10^-12cm，視面積約10^-24cm，這樣，就可以在一個(gè)針尖上排列100億億個(gè)原子。

而亞原子則比原子小多了，也就是中子、質(zhì)子、電子等，這些亞原子直徑都在10^-17cm以下，因此一個(gè)針尖上就可以排列10000億億億個(gè)。量子隧穿效應(yīng)主要發(fā)生在這種人類無(wú)法看見(jiàn)的亞原子或原子層面，最大也只能在某些分子（如水分子）層面，到針尖這么大就完全不可能了，更別說(shuō)達(dá)到人這種級(jí)別的宏觀現(xiàn)象了。

所以奉勸有這種幻想的人，別去嘗試。因?yàn)槟阕捕嗌俅味紩?huì)碰得頭破血流，撞得越重死得越快，除非這堵墻是豆腐做的。

量子遂穿效應(yīng)是怎么回事

引起許多人幻想能夠穿越墻壁，從而可以做許多隨心所欲事情的理論，是一些人對(duì)量子力學(xué)量子隧穿效應(yīng)理論的錯(cuò)誤理解。

所謂量子隧穿效應(yīng)，是指像電子這樣的微觀粒子能夠穿入或穿越位勢(shì)壘的量子行為。位勢(shì)壘是一個(gè)復(fù)雜的概念，要說(shuō)清楚就要涉及一系列函數(shù)方程等許多知識(shí)（下圖只是一點(diǎn)點(diǎn)），這里就不討論了。

通俗地說(shuō)，量子隧穿效應(yīng)就是微觀粒子可以跳過(guò)看似不可能逾越的高墻，這堵墻就是原本不可以突破的位勢(shì)壘。在經(jīng)典力學(xué)，也就是我們宏觀世界這本來(lái)是不可能的事情，但在量子世界，這個(gè)粒子就有越過(guò)這堵高墻的概率。注意，這里也只是概率，并非絕對(duì)。

所謂位勢(shì)壘，并不是真正的墻或隔斷之類的可見(jiàn)物質(zhì)，而是能量。就如原子里的粒子會(huì)被原子核的能量束縛，邏輯上必須有超強(qiáng)能量才能夠跳出原子核能量位勢(shì)。因此，按照經(jīng)典力學(xué)理解，這些粒子是逃不脫原子核位勢(shì)的。

但α衰變過(guò)程，α粒子從原子核中射出，并不需要大于原子核位勢(shì)的能量。這種現(xiàn)象只能用量子力學(xué)的不確定性原理和波函數(shù)來(lái)解釋。

這個(gè)理論建立后，科學(xué)界更好地揭示了恒星內(nèi)部的核聚變、放射性衰變、天體化學(xué)、量子生物學(xué)里的一些現(xiàn)象，促進(jìn)了科學(xué)研究的深入?？茖W(xué)家們還根據(jù)量子隧穿效應(yīng)理論，研制出了掃描隧道顯微鏡，兩位發(fā)明者格爾德·賓寧和海因里?！ち_雷爾，以及電子顯微鏡發(fā)明者恩斯特·魯斯卡共同分享了1986年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

量子世界有許多奇異現(xiàn)象都只能發(fā)生在微觀層面

量子理論里最著名的理論有不確定性原理和波函數(shù)坍塌。

不確定性原理又叫測(cè)不準(zhǔn)定律，是海森堡于1927年提出。這個(gè)理論的核心內(nèi)容，就是人們不可能同時(shí)知道一個(gè)粒子的位置和它的速度，因?yàn)榱Ｗ游恢貌淮_定性必然大于或等于普朗克常數(shù)除以4π，公式為ΔxΔp≥h/4π。

這個(gè)理論表明微觀世界的粒子行為與宏觀世界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)完全不一樣。在我們宏觀世界，對(duì)于汽車、飛機(jī)，甚至宇宙飛船，都能夠同時(shí)知道它的位置和速度，因此用經(jīng)典物理學(xué)就很難理解。

波函數(shù)塌縮是指某些量子力學(xué)體系內(nèi)部與外界發(fā)生作用后，波函數(shù)會(huì)發(fā)生改變，變?yōu)槠渲幸粋€(gè)本征態(tài)，或若干個(gè)具有相同本征值的本征態(tài)線性組合現(xiàn)象。這句話怎么理解呢？其實(shí)這也是量子測(cè)不準(zhǔn)原理的一個(gè)延伸，就是說(shuō)量子測(cè)量會(huì)改變量子行為，由波狀態(tài)轉(zhuǎn)為粒子態(tài)，而且觀測(cè)結(jié)果具有不確定性。

對(duì)量子力學(xué)里面的一些奇異現(xiàn)象，不要說(shuō)吃瓜群眾不理解，就連量子力學(xué)開(kāi)山鼻祖之一的愛(ài)因斯坦和創(chuàng)立量子力學(xué)波動(dòng)方程（薛定諤方程）的薛定諤也很迷惑，曾經(jīng)在上世紀(jì)與哥本哈根派（其理論被稱為哥本哈根詮釋，后來(lái)被確認(rèn)為正統(tǒng)量子力學(xué)理論）進(jìn)行了半個(gè)世紀(jì)的論戰(zhàn)，最終敗下陣來(lái)。

其中最著名的一個(gè)例子就是思維實(shí)驗(yàn)“薛定諤的貓”

這只可憐的“貓”是薛定諤憑空創(chuàng)造出來(lái)的，他的構(gòu)想是：在一個(gè)密閉的盒子里，有一只貓，這只貓隨時(shí)處于危險(xiǎn)中，因?yàn)樵诤凶永锓庞幸黄慷練猓練馄可嫌幸粋€(gè)足以砸碎瓶子的鐵錘，這個(gè)鐵錘受放射性元素衰變控制，誰(shuí)也不知道這個(gè)元素什么時(shí)候衰變。

這只貓有兩個(gè)結(jié)果：其一，只要元素發(fā)生衰變，這個(gè)鐵錘就會(huì)落下，被打碎瓶子里的毒氣溢出，貓必死無(wú)疑；其二，元素沒(méi)有發(fā)生衰變，這只貓一直活著。

問(wèn)題是：這只貓到底是死了還是活著呢？

根據(jù)經(jīng)典力學(xué)的理論，這只貓的結(jié)果有兩種，而且很明確，即不是死了，就是活著。但由于盒子密閉著，外面的人在沒(méi)打開(kāi)盒子前，誰(shuí)也不知道貓的死活，只有打開(kāi)盒子，才確切知道這只貓是死了還是活著，兩者必有其一。

但量子力學(xué)根據(jù)不確定性原理和波函數(shù)坍塌理論，認(rèn)為這只貓?jiān)跊](méi)有打開(kāi)盒子前，一直是處于又死又活的疊加態(tài)，不存在死了或活著的一種狀態(tài)。只有在打開(kāi)盒子那一剎那，觀測(cè)使波函數(shù)坍縮，這只貓就從波的疊加態(tài)塌縮成本征態(tài)，也就是或者死了，或者活著。

兩者的爭(zhēng)議的焦點(diǎn)是：經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為，在盒子沒(méi)有打開(kāi)前，這只貓已經(jīng)死了或者活著，打開(kāi)了盒子才能夠知道結(jié)果；量子力學(xué)卻認(rèn)為，既知道打開(kāi)盒子前，也知道打開(kāi)盒子后的狀態(tài)，貓的死活是在打開(kāi)盒子那一剎那決定的，在沒(méi)有打開(kāi)盒子前，貓?zhí)幱谟炙烙只畹寞B加態(tài)。

好，我們現(xiàn)在按照平時(shí)吃喝拉撒的宏觀常識(shí)，支持哪種說(shuō)法呢？當(dāng)然是經(jīng)典力學(xué)的方法了，量子力學(xué)的說(shuō)法不是神經(jīng)病說(shuō)胡話嗎？好，祝賀你，你的想法與愛(ài)因斯坦和薛定諤這些大師級(jí)科學(xué)家如出一轍。

薛定諤弄這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，就是想諷刺量子力學(xué)那些支持詭異現(xiàn)象的理論。但后來(lái)的事實(shí)證明，在量子世界那只貓真的就是這樣，沒(méi)打開(kāi)盒子前又死又活的魔幻瀟灑著，這些詭異現(xiàn)象在量子世界就是真實(shí)存在。

裁判這次爭(zhēng)論對(duì)錯(cuò)的是著名的貝爾不等式實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了哥本哈根詮釋的可靠性，而且得到了科學(xué)界的普遍承認(rèn)，由此哥本哈根詮釋成為量子力學(xué)的正宗理論。（有關(guān)貝爾不等式，過(guò)去已經(jīng)說(shuō)過(guò)，今天就不扯了）

量子力學(xué)理論和愛(ài)因斯坦相對(duì)論相結(jié)合，才能夠更精準(zhǔn)地認(rèn)識(shí)我們這個(gè)世界，這已經(jīng)成為今天科學(xué)界的共識(shí)?，F(xiàn)在，量子力學(xué)理論正在各個(gè)科學(xué)研究領(lǐng)域和技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，推動(dòng)人類文明向更高層次發(fā)展。

量子力學(xué)理論解釋了量子世界許多詭異現(xiàn)象，薛定諤的貓是這樣，量子隧穿效應(yīng)也是這樣，還有量子糾纏、退相干等等詭異現(xiàn)象也是如此，但這些都只是發(fā)生在量子層面的現(xiàn)象，不能用宏觀現(xiàn)實(shí)世界的邏輯去驗(yàn)證。

過(guò)去愛(ài)因斯坦和薛定諤等科學(xué)家們與哥本哈根派的論戰(zhàn)，是那個(gè)時(shí)代的科學(xué)之爭(zhēng)，現(xiàn)在這些理論已經(jīng)成為常識(shí)，還要去牽強(qiáng)附會(huì)，甚至與神鬼玄說(shuō)勾連起來(lái)，就是愚昧了。你說(shuō)呢？歡迎討論，感謝閱讀。

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