Kvantinis tunelis yra vienas iš įdomiausių dalykų, kurį tyrinėja fizikai …
Įsivaizduokite teniso kamuoliuką, atsitrenkiantį į sieną. Esant tokiai situacijai, prie kurios esame įpratę, jis atsitrauks nuo šios sienos. Tačiau dėl keisto kvantinio pasaulio pobūdžio techniškai yra statistinė tikimybė, kad rutulys atsidurs kitoje kliūties pusėje ar net pačioje sienoje.
- „Salik.biz“
Čia nekalbame apie tai, kad rutulys eis per sieną, bent jau, tai ne visai tiesa …
Kas gali nutikti makro lygiu?
Jei makro lygyje būtų buvę keistų kvantinio tuneliavimo atvejų, rutulys gali staiga išnykti, kai jis priartės prie sienos, ir tuoj pat vėl pasirodyti kitoje pusėje, o siena ir rutulys būtų idealioje būsenoje. Žinoma, tikimybė, kad taip kada nors nutiks, yra labai maža. Nepaisant to, yra statistinė tikimybė, tačiau teoriškai tai gali atsitikti.
To priežastis slypi kvantinio pasaulio tikimybėje. Kaip įrodė Vernerio Heisenbergo neapibrėžtumo principas, dalelės padėtis ir pagreitis negali būti žinomi vienu metu. Pvz., Jei žinote elektrono padėtį, tada negalite žinoti jo greičio, o jei žinote greitį, negalite žinoti jo padėties erdvėje. Dėl šios priežasties tikimybės yra naudojamos „atspėti“, kur dalelė gali būti tam tikru laiko momentu: elektronui gali būti didelė tikimybė būti vienoje vietoje, o ne kitoje. Šios tikimybės sukuria tai, kas vadinama „tikimybių debesiu“.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Tikimybė, debesys ir kvantiniai tuneliai
Kaip matote paveiksle, tikimybė, kad elektronas bus debesies centre, yra didesnė nei periferijoje. Vis dėlto, nors šansai yra neįtikėtinai maži, yra statistinė tikimybė, kad šalia debesies krašto būtų galima aptikti elektroną. Čia viskas pradeda keistis.
Elektronų tikimybės debesis.
Kvantinis tunelis yra dalelės, tokios kaip elektronas, sugebėjimas akimirksniu praeiti pro barjerą. Jei yra didesnis energijos barjeras nei elektronas, o elektronas artėja prie jo, mes paprastai manome, kad elektronas negali jo įveikti. Tiesą sakant, daugeliu atvejų taip yra. Nepaisant to, kiekvienas elektronas retkarčiais elgiasi visiškai netikėtai. Retais atvejais elektronas tiesiog atsiranda kitoje barjero pusėje.
Kaip tai įmanoma?
Dėl elektronų tikimybės prigimties tuo metu, kai elektronas artėja prie barjero, tikimybės debesyje yra nedidelė tikimybė, kad elektroną būtų galima rasti kitoje barjero pusėje.
Tikimybės debesis ir barjeras.
Kai ši maža tikimybė yra realizuota ir elektronas yra kitoje pusėje, tai reiškia, kad įvyko kvantinis tunelis. Techniškai elektronas nepraeina pro barjerą, nes, kaip bebūtų keista, kvantinio tuneliavimo metu elektronui laiko nėra, jis atsiranda akimirksniu. Tokiu būdu elektronai gali akimirksniu įveikti aukštesnes energijos kliūtis.
Žvaigždės ir kvantinis tunelis
Nors tai gali atrodyti kaip labai keistas ir net neįmanomas įvykis, iš tikrųjų tai yra svarbu gyvybei Žemėje, kaip mes ją žinome. Saulė ir visos žinomos žvaigždės sugeba sužibėti kvantiniu tuneliu.
Dėl branduolių sintezės saulė išskiria šviesą ir šilumą. Du atominiai branduoliai, abu teigiamai įkrauti, susiduria ir sudaro naują elementą, o šio proceso metu fotonai išsiskiria. Tačiau problema yra ta, kad abi šerdys yra teigiamai įkrautos, jos atstumia viena kitą, kaip ir tie patys magnetų poliai. Tai reiškia, kad egzistuoja energijos barjeras, kurį branduoliai turi įveikti, kad susilietų. Tačiau, kaip rodo matematika, Saulės branduoliai neturi pakankamai energijos įveikti šį barjerą. Vienintelis būdas tai padaryti yra labai retas kvantinio tuneliavimo atvejis.
Ironiška, tačiau kvantinis tuneliavimas taip pat gali sukelti žalingų padarinių. Pagal kvantų biologiją, kuri į gyvas sistemas žvelgia iš kvantų teorijos perspektyvos, DNR mutacijos gali įvykti procese, vadinamame protonų tuneliu.
Jei DNR atkartoja šio kvantinio tuneliavimo metu, gali įvykti mutacija. Yra ir kitų kvantinių tunelių mutacijų atvejų, kurie, kai kurių mokslininkų manymu, sukelia vėžį. Buvo net prielaida, kad dėl to gyvi dalykai sensta.
Keista manyti, kad tai, kas leidžia saulei šviesti ir teikia gyvybę Žemėje, taip pat gali būti priežastis, kad viskas gamtoje sensta, degraduoja ir miršta. Tačiau be kvantinio tuneliavimo gyvenimas, kaip mes žinome, būtų neįmanomas.