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丁丁说历史
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“量子隧穿”是什么?2025诺贝尔物理奖得主量子计算新发现! #诺贝尔奖 #诺贝尔物理奖 #诺贝尔奖得主 #量子隧穿 #量子物理学
一、想象一个“会穿墙的小球”
想象你有一个小球,前面有堵墙。
按照经典物理的常识:
如果小球的能量不够大,它会被墙挡住;
要想过去,就得有足够的能量去“翻越”或“撞破”那堵墙。
对吧?
这就是我们日常世界的规则。
但在量子世界,事情不一样。
在量子力学里,像电子这样的粒子不是一个精确的小点,而更像一团“概率云”——
你不能说它“在哪”,只能说它“可能在这里,也可能在那里”。
于是,如果这团“概率云”碰到一堵墙(比如一个能量势垒),
那一部分“云”会被挡回来,
但另一部分会穿过去。
虽然穿过去的概率通常很小,但并不是零。
这就好比:
有时候你的小球“偶然”出现在墙的另一边,
哪怕它本来根本不够力气撞过去。
这件“不合常理”的事情,
就叫 👉 量子隧穿(quantum tunneling)。
⚡ 二、现实中的“穿墙术”
这不是空想,它真能被测出来,也有实际用途。比如:
🌋 放射性衰变:原子核里的粒子“穿出”核外,就是靠隧穿;
💡 隧道二极管:利用电子隧穿效应制造出速度极快的电子元件;
🔬 扫描隧道显微镜(STM):通过测量电子隧穿的电流强弱来“看见”原子;
💻 量子计算机:靠这种量子效应控制信息的状态。
🧊 三、今年诺贝尔奖的厉害之处
今年(2025 年)诺贝尔物理奖表彰的是三位科学家:
John Clarke、Michel Devoret 和 John Martinis。
他们做的事,用一句话说就是:
👉「让一个宏观的东西,也能‘穿墙’。」
🧠 换句话说:
他们不是研究单个电子,而是研究成千上万电子一起形成的“超导电流”。
在极低温下,这些电子可以像一个“整体波”那样行动。
科学家在实验中构造了一个特殊的“墙”,
用一种叫**约瑟夫森结(Josephson junction)**的结构:
就是两块超导体中间隔着一层非常薄的绝缘层。
按照常理,电流过不去。
但在实验里,他们发现整个超导电流居然能穿过这层绝缘层!
这说明:
一个“宏观”系统(不是单个粒子,而是整个电路)
也能表现出量子隧穿的行为!🤯
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