Квантовое туннелирование
Автор Кислый задал вопрос в разделе Естественные науки
Что такое квантовое туннелирование? и получил лучший ответ
Ответ от Ѓженок[гуру]
Рассмотрим объект (например, машину) , перемещающийся по склону холма вверх. Для большей наглядности не будем учитывать никаких сил, которые действуют на объект, кроме гравитации (притяжения Земли) . Объект машина находится на высоте 500 м над уровнем моря, макушка горы - на высоте 1000 м, а равнина за горой - ниже уровня моря. Все объекты вселенной стремятся к низкому уровню потенциальной энергии, ученые называют это высоким уровнем энтропии. Согласно этому принципу машина стремится занять настолько низкий энергетический уровень, насколько возможно. Согласно классической механике, для того чтобы оказаться на равнине с более низкой энергией, машина не может обойтись без работы двигателя, т. е. без дополнительной затраты энергии. Однако если существует прямой туннель от машины к равнине, она без дополнительных источников энергии переместится туда.
Примерно такой же эффект можно наблюдать при квантовом туннелировании, при котором некоторая элементарная частица (например фотон или электрон) способна преодолеть потенциальный барьер и достигнуть этим состояния с более низкой (самой низкой из возможных вариантов) потенциальной энергией, без традиционной затраты энергии, которая нужна в подобном случае в макромире. Заметим, что туннелирование - феномен свойственный частицам чрезвычайно малого размера, обычно наблюдается с частицами с размером порядка атомного или меньше, и что при рассмотрении всех сил, действующих на частицу, выражение ее потенциала становится значительно сложнее. Также надо отметить, что частицы не могут совершать обратных перемещений, в которых их энергия увеличивается (без участия некой силы из вне) . Без внешних влияний - эффект может происходить только в направлении понижения энергии, в соответствии со вторым законом термодинамики.
Схема, поясняющая квантовый туннельный эффект на примере классического движения. По аналогии с гравитацией объект стремится "вниз" (от высокого уровня потенциальной энергии к низкому) . Обычно для перехода в состояние с более низкой энергией необходима энергия извне. Однако согласно законам квантовой механики объект может образовать туннель в низкоэнергетичное состояние.
Альтернативная схема, поясняющая туннельный эффект. Строго говоря, данный упрощенный пример слева, грешит неточностями в угоду наглядности, а именно: в рамках классическй механники потенциальная энергия тела на высоте h от поверхности зависит не от его высоты над уровнем моря, а от высоты над самой поверхностью. В связи с этим, предлагаю использовать в качестве абстракции некоторое тело (к примеру кирпич) , на высоте h над поверхностью земли ДО возвышения, и это же тело на меньшей высоте h1 над поверхностью земли. Эта абстракция создает меньше ложных убеждений.
Явление, которое состоит в том, что вероятность существования частицы за пределами барьера, более высокого, чем энергия, которой обладает частица, не равна нулю.
В классической механике, к примеру, если шарик катается туда-сюда в ямке, его кинетическая и потенциальная энергия таковы, что за пределы ямки он никак не вылезет.
А в квантовой механике такая частица может протуннелировать сквозь стенку этой ямки.
Вероятность зависит от времени, высоты и толщины этой стенки.
Эффект чисто квантовый. Как пособие по битью головой об стенку не принимать.
>^.^<
Это тоже самое,
когда пьяный мужик,
идя домой и качаясь из стороны в сторону,
вдруг пробивает головой дырку в заборе))
Туннелирование - это способность любой частицы с любой энергией просачиваться через потенциальный барьер любой формы и высоты (с разной вероятностью конечно :)). Эффект неклассический, так как если высота барьера больше энергии туннелирующей частицы, частица "под барьером" формально имеет мнимую скорость; хотя с точки зрения квантовой механики туннелирование - довольно тривиальная вещь. Вероятность туннелирования очень сильно зависит (по экспоненциальному закону) от массы частицы, и характеристик барьера. Чем легче частица, тем больше вероятность туннелирования под барьером.
Если коротко без копипаста, то эффект туннелирования заключается в явлении прохождения элементарной частицей потенциального барьера с расчетно малой для этого энергией.