Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
В представлении квантового туннелирования один стереотип цепляется за другой. Хотя логика всех стереотипов примерно одинаковая, это не меняет сути их повторного применения и ошибки, которая в этом заключается.
Базовая проблема, в общем-то, одна — квантовая частица совсем не похожа на частицу материальную. Это напрямую относится и к абсолютно всем квантовым эффектам. От туннелирования в квантовом туннелировании есть только слово туннель.
Слово «частица» практически всегда ассоциируется с чем-то материальным. Это как будто мячик, который можно потрогать, который обладает размером, положением, топологией поверхности. Но всё это совсем не так. Точно также следует говорить и про квантовый туннель. Ассоциация лишь одна — отверстие, которое проделали в чём-то типа доски. Материальная частица проникала и оставила за собой такой лаз. Как будто червоточина в материи.
Если вы думаете о частице, скажем, об электроне, как о твердой материальной сфере, то квантовое туннелирование не имеет абсолютно никакого смысла. В этом сценарии электрон просто отскакивает от барьера. Нет никакого способа пройти через материальную стену.
Но субатомные частицы — это не твёрдые сферы. Они больше похожи на волны, а это значит, что их местоположение нечетко определено. Более того, определить их положение точно просто невозможно, если известна их скорость и наоборот. Тот самый принцип неопределенности Гейзенберга.
Тут полезно вспоминать модель атома по Шрёдингеру. По большому счёту она мало отличается от модели Резерфорда за одним лишь исключением. Электроны являются практически нематериальными частицами и их расположение по орбитам описывается не их попыткой занимать конкретные положения, а вероятностью. Вокруг ядра атома существует зона с наибольшей вероятностью появления там электрона. Причём, нет прямого запрета появления электрона, относящегося к атому, где-то очень далеко от самого атома. При этом вероятность будет стремиться к нулю, но не будет нулевой.
Именно такое электронное облако хорошо позволяет иллюстрировать и саму природу субатомных частиц. Это нечто вероятностное и не совсем-таки материальное в привычном нам смысле.
Электрон имеет наибольшую вероятность оказаться там, где волна имеет наибольшую амплитуду, но на самом деле он может быть локализован на любой точке на этой волны.
Теперь вернемся к туннелям. Так вот. Никакого туннеля тоже не существует. Электрон не проходит через саму стенку хитрым индейским образом и не образует таким образом отверстие. Никакого материального взаимодействия со стенкой просто нет. На самом деле это довольно шокирующее обстоятельство и представить его очень сложно. Перенести эту логику на какой-нибудь камень или прочий элемент вовсе не получится. Просто представьте, что кружка с чаем сейчас рядом с вами просто из-за вероятности. А ещё она сейчас где-то за стеной…
В рассматриваемой ситуации электрон или субатомная частица имеет наибольшую вероятность того, что окажется с левой стороны барьера. Но существует небольшая (но ненулевая) вероятность того, что он может оказаться и с правой стороны. Вероятность того, что слон высосет твой борщ ничтожна мала, но никогда не будет равно нулю.
Если это произойдет, то окажется, что электрон пересек барьер, хотя классического объяснения того, как он мог это сделать, не существует. Туннелирование — это на 100% квантовое явление.
Никакого материального взаимодействия с барьером попросту нет. От того становится значительно сложнее и даже…страшнее. Только подумайте, как всё это может работать и может ли работать вообще, если притянуть сюда наш привычный мир. Можно ведь так в подъезд было заходить. Стоишь и ждёшь, пока вероятность твоего попадания за дверь отработает.
Квантовое туннелирование объясняет множество природных явлений, в том числе несколько форм радиоактивного распада и ядерного синтеза на Солнце. Оно также имеет приложения в таких технологиях, как флэш-память, квантовые вычисления и мощная микроскопия. Поэтому, не спешите говорить, что явления не существует!