量子世界里的“穿墙术”真的存在吗,它的速度到底有多快?
有一个人最多只能翻越高2米的墙,把这个人困在4米高围墙的院子里,从经典力学的角度讲,这个人不会翻墙逃出这个院子。在量子世界中,将一个粒子困在势垒(相当于高墙)之间,尽管粒子的能量低于势垒的高度,粒子仍然有一定的几率穿越势垒逃出去,就好像有一个无形的隧道可以供穿过似的。这样的事情在经典力学的认识中是不可能发生的。
如果严格按照量子力学的相关公式进行计算,被困在围墙里的人仍然有一定的几率穿墙而过,尽管这个几率小到自宇宙诞生以来也不会发生一次,但毕竟不是零。困在势垒中的物体穿墙而过的几率与物体的质量及势垒的厚度有关,当物体的质量降到粒子的级别,粒子穿过势垒的几率就会大大增加。目前电子器件可以做得非常小,量子效应早已到了不得不考虑的地步,甚至还有一些元件就是依靠量子隧道效应工作的。
太阳上的氢核聚变已经进行了五十亿年,并且还可以继续聚变五十亿年。而质量很大的恒星寿命可能只有几百万年甚至几十万年。太阳的质量还不够大,还不能克服强大的库仑力将两个带正电的氢核直接挤压在一起。两个氢核之间有强大的势垒,但是量子隧穿效应使得一些氢核能够穿越势垒去和另一个氢核发生聚变。没有量子隧穿就不会有太阳和人类。
量子世界中的这种“穿墙术”是波的体现,穿墙而过的速度就是波的速度。量子世界中物质除了有波动性还有粒子性,如果问一个粒子穿墙而过的速度是多少,这里就能够体现出物质的粒子性。粒子的运动速度就是物质波的群速度,也就是粒子穿墙而过的速度。这个速度不是定值,但可以确定它永远不会达到光速。