Тунел ефект: на ръба на световете

Тунелният ефект е невероятен феномен, абсолютно невъзможен от гледна точка на класическата физика. Но в мистериозния и загадъчен квантов свят действат няколко други закона за взаимодействие между материята и енергията. Тунелният ефект е процес на преодоляване елементарна частица потенциална бариера, при условие, че нейната енергия е по-малка от височината на бариерата. Това явление е чисто квантова и напълно противоречи на всички закони и догми на класическата механика. Колкото по-изненадващо е светът, в който живеем.

За да разберете какъв е ефектът на квантов тунел, най-добрият начин е да използвате примера на топка за голф, пусната с малко сила в дупката. Във всяка единица време, общата енергия на топката е в противоположност на потенциалната сила на гравитацията. Предполагам, че си кинетична енергия добива на силата на гравитацията, тогава този обект не може самостоятелно да напусне дупката. Но това е в съответствие със законите на класическата физика. За да преодолее ръба на фовеята и да продължи пътя си, непременно ще се нуждае от допълнителен кинетичен импулс. Значи великият Нютон каза.

В квантовия свят ситуацията е малко по-различна. А сега нека предположим, че в дупката има квантова частица. В този случай вече няма да е въпрос на истинско физическо задълбочаване на Земята, а на това, което физиците обикновено наричат ​​"потенциален кладенец". Този размер има аналог на физическата страна - енергийната бариера. Тук ситуацията се променя по най-кардиналния начин. За да се получи така нареченият квантов преход и частицата да бъде извън бариерата, е необходимо друго условие.

Ако силата на външното енергийно поле е по - малка от потенциална енергия частица, тогава тя има реален шанс счупи бариерата независимо от височината му. Дори и да няма достатъчно кинетична енергия в разбирането на Нютоновата физика. Това е същият тунелен ефект. Той работи по следния начин. Квантова механика описанието на която и да е частица не се дължи на някои физически величини, а чрез функция на вълната, свързана с вероятността за местоположение на частицата в определена точка от пространството във всяка конкретна единица време.

Когато частицата се сблъска с бариера посредством уравнението на Шрьодингер, възможно е да се изчисли вероятността от преодоляване на тази пречка. Тъй като бариерата не само поглъща енергия вълна функция, но и я изгасва експоненциално. С други думи, в квантовия свят няма непреодолими пречки и има само допълнителни условия, при които частицата може да бъде извън тези бариери. Различни пречки, разбира се, пречат на движението на частиците, но в никакъв случай не са твърди, непроницаеми граници. Условно казано, това е един вид граница между два свята - физически и енергичен.

Тунелиращият ефект има свой аналог в ядрената физика - автоматизирането на атом в силно електрическо поле. Примери за проявления на изобилие от тунели и физика в твърдо състояние. Това включва автоматично излъчване и миграция валентни електрони, както и ефектите, които възникват при контакта на два свръхпроводника, разделени с тънък диелектричен филм. Важна роля играе тунелът при реализирането на множество химични процеси при условия на ниски и криогенни температури.