Tunelový efekt: na pokraji světy

Tunelový efekt je úžasný fenomén, absolutně nemožný z hlediska klasické fyziky. Ale v tajemném a tajemném kvantovém světě působí několik dalších zákonů o interakci mezi hmotou a energií. Efekt tunelu je proces překonávání elementární částice potenciální bariérou, pokud je její energie menší než výška bariéry. Tento jev má čistě kvantovou povahu a zcela odporuje všem zákonům a dogmům klasické mechaniky. Překvapivější je svět, ve kterém žijeme.

Chcete-li pochopit, jaký je kvantový tunelový efekt, nejlepším způsobem je použít příklad golfové koule, která se do díry odpálí nějakou silou. V každé jednotce času je celková energie míče v rozporu s potenciální gravitační sílou. Za předpokladu, že jeho kinetické energie vyvozuje sílu gravitace, pak tento objekt nemůže samostatně opustit otvor. Ale to je v souladu se zákony klasické fyziky. Chcete-li překonat okraj fovey a pokračovat v její cestě, bude nutně potřebovat další kinetický impuls. Tak řekl velký Newton.

V kvantovém světě se situace poněkud liší. A teď předpokládejme, že v díře je kvantová částice. V tomto případě už nebude otázkou skutečného fyzického prohloubení na Zemi, nýbrž toho, o čem fyzici obvykle nazývají "potenciální studna". Tato velikost má analogii fyzické stránky - energetické bariéry. Zde se situace mění nejvíce kardinálem. K tomu, aby se objevil takzvaný kvantový přechod a aby se částice nacházely mimo bariéru, je nutná jiná podmínka.

Pokud je síla vnějšího energetického pole menší než potenciální energie částic, pak má opravdovou šanci překonat bariéru bez ohledu na výšku. Dokonce i když nemá dostatečnou kinetickou energii pro pochopení newtonské fyziky. To je stejný efekt tunelu. Pracuje následovně. Kvantová mechanika charakteristika popis všech částic ne přes některých fyzikálních veličin, a podle vlnové funkce spojené s pravděpodobností umístění částic v určitém bodě v prostoru v každém konkrétním časovou jednotku.

Když se částice srazí s bariérou pomocí rovnice Schrodinger, je možné vypočítat pravděpodobnost překonání této překážky. Protože bariéra nejen absorbuje energii vlnová funkce, ale také je exponenciálně zhasne. Jinými slovy, v kvantovém světě neexistují žádné nepřekonatelné překážky a existují pouze další podmínky, za kterých může být částice mimo tyto bariéry. Různé překážky samozřejmě zasahují do pohybu částic, ale nejsou v žádném případě pevnými, neproniknutelnými hranicemi. Podmíněně je to druh pohraničí mezi dvěma světy - fyzickými a energetickými.

Tunelovací efekt má svůj analog v jaderné fyzice - autoionizaci atomu v silném elektrickém poli. Příklady projevů šíření tunelu a fyziky v pevné fázi. To zahrnuje automatické emise, migraci valenční elektrony, stejně jako účinky, ke kterým dochází při kontaktu dvou supravodičů oddělených tenkým dielektrickým filmem. Důležitou roli hraje tunelování při realizaci četných chemických procesů v podmínkách nízkých a kryogenních teplot.