可怕的量子力學:人真能穿牆而過?這個概率有多大?
雖然穿牆術總是出現在神話故事當中,但是我們都明白,在日常生活當中,這是絕不可能會發生的,一個人顯然是不能夠穿越一道完好無損的牆壁,出現在牆的另一邊。但在量子世界中,情況就變得完全不一樣了。
我們常常把牛頓力學稱之為經典力學,它所适用的範圍為宏觀和低速世界。在經典物理學中,一顆乒乓球是不可能穿越牆壁到達另一側,而是會在與牆面的接觸中被反彈回來。但是,如果把這個乒乓球縮小許多倍,變成構成物質的基本粒子那麼大,那麼,它在這個世界中就會變得“無所不能”。
微觀粒子并不像是光滑的乒乓球,它們沒有形狀可言,更不會像球體那樣以某個速度沿着某條路徑運動,在這裡,不确定性才是微觀粒子的基本屬性,我們隻能說它們在某個時刻會有多大的概率出現在某個位置,這個概率的大小就是所謂的“波粒二象性”當中的物質波。
波有一個特性,那就是它穿越障礙物取決于障礙物的尺寸和波長之間的關系。
就好比你對着牆壁大喊一聲,即使有99.99%的聲音都被牆壁給反射回來,但是仍然會有少部分的聲波會衍射穿過牆壁。物質波不會被障礙物真正切斷,而是在障礙物中衰減,這就意味着它們能夠穿越任何有限的障礙物。反映在運動中,那就是微觀粒子不是被牆擋住,而是出現在牆另一側的概率太小,當它們偶然翻出去的時候,就似乎是擁有了穿牆術——這就是所謂的“量子隧穿效應”:一個能量為E的粒子,向前方一個具有能量大于E的勢壘射去,這個粒子有一定的幾率從勢壘穿過去。這個勢壘就類似于宏觀世界的牆,所以微觀粒子通常可以輕松實現“穿牆”。
那麼我們要問,你是否可以像電子一樣遂穿過一面牆壁呢?答案是"可以"。
那麼,為什麼在宏觀世界觀察不到這種神奇的“穿牆術”現象呢?
因為任何勢壘都存在着一定的透射系數,透射系數對勢壘的寬度、物體的質量以及勢壘與物體的能量差相當敏感。
簡單來說,随着物體的質量和勢壘寬度的增加,透射系數将按照指數衰減,人的物質波長在10的-36次方米數量級上,這比普朗克尺度還小,所以說人想要穿過牆,其幾率幾乎為零。
你如果執意要穿牆,那麼你要等到你身體中的所有電子、原子同時發生遂穿才可以。這需要你站立在牆壁前面等多少年呢?宇宙至今的年齡大約是是137億年,但你至少需要等100億個137億年以上的時間,等到宇宙毀滅,都等不來發生這一概率的事件的那一天。
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