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这种情况并不常见,因为波函数的值在另一侧很低(只是一个小的隆起),但电子偶尔会出现在墙的另一侧。
这种现象被称为“量子隧穿”
,与玻恩的预测完全一致,人们已经多次观察和记录到。
电子学中甚至有一种叫“约瑟夫森结”
的设备,由夹着绝缘体的两块导电材料构成。
通常来说电子会被这样的势垒阻挡,但由于量子隧穿效应,电子可以穿过势垒。
我们可以通过改变势垒的厚度来控制电流的流动。
量子隧穿发生的时间是一千亿分之一秒[7],在本质上类似于双缝实验。
粒子可以选择从墙上弹回来,也可以选择通过隧道,就像粒子可以选择通过哪一条狭缝那样。
唯一不同的是,在双缝实验中,粒子通过每条狭缝的概率是50%,但在上述的量子隧穿中,粒子穿过势垒的概率很低,所以这种情况很罕见。
量子隧穿也解释了放射性的来源。
原子核有时会随机喷出几个质子和中子(“α辐射”
)。
这在经典物理中是不可能的,因为质子和中子被原子核中的其他质子和中子包围,不可能穿过。
但现在我们可以用波函数来描述所有粒子的位置,其中,一小部分粒子可以悬在原子之外。
每隔一段时间,原子内部的粒子就会随机地通过隧穿到达原子的边缘,然后神奇地出现在原子外面。
这正是我们在放射性辐射中观察到的。
选择用词
在1926年之前,量子论之间有一些松散的联系,是薛定谔把它们编织在一起的。
他指出,波粒二象性与电子壳层的能量层级有关……这解释了原子轨道的形状和所有的化学理论……让我们可以通过概率来预测粒子。
在某些圈子里,人们大致认为早期的量子物理学家研究的是“量子论”
,比如普朗克、爱因斯坦、德布罗意和玻尔,而薛定谔、玻恩和海森堡研究的是更复杂的“量子力学”
。
大多数人并不纠结于这种区别,通常用“量子力学”
指代1926年以前和1926年以后的物理学。
但对于纯粹主义者而言,量子论始于普朗克,而量子力学始于薛定谔。
(1) spdf是原子轨道的名称,s形轨道呈球形,有1个轨道,可容纳2个电子;p形轨道呈哑铃形,有3个轨道,可容纳6个电子;d形轨道呈花瓣形,有5个轨道,可容纳10个电子;f形轨道呈三角双锥形,有7个轨道,可容纳14个电子。
—译注
(2) 原文不准确。
粒子出现的概率对应的是波函数振幅的平方,因此实际上,粒子较有可能落在波峰或波谷(振幅最大),而不太可能落在波节(振幅为0)。
—译注
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