根据物理学,人穿墙而过的概率究竟有多大呢?

2024-05-06 10:05

1. 根据物理学,人穿墙而过的概率究竟有多大呢?

隧道效应在技术上也有应用。约瑟夫森效应是一种宏观的隧道效应,允许电子通过夹在两种超导金属之间的薄绝缘层。约瑟夫森效应已被广泛用于精密测量。你可以把一个人看作是一个质量为几十公斤的粒子,因此当一个人撞到墙上时,他也会有像粒子一样穿过墙壁的可能性。由于人的质量比粒子的质量大得多,所以人穿过墙壁的概率比粒子的概率小得多、多得多,但无论如何,计算结果表明,人在屏障另一侧的概率不是零。

当你是量子力学的初学者时,你可以做一些练习,要求你计算,例如,一辆停在车库里的汽车穿过墙壁进入客厅的可能性。你实际上看不到宏观物体上的隧道,因为概率很低。但在微观世界中,情况并非如此,在那里,经典力学让位于量子力学,描述粒子状态的波函数可以跨越空间延伸。如果是一个微观粒子被一个能量比它高的屏障困住,你可以计算出屏障另一侧的波函数不为零,这意味着粒子有一定的概率穿越屏障。这在量子力学中被称为隧道效应。

核聚变发生在太阳上,是将两个质子(氢核)融合成氘子。这很难做到,主要是因为质子与质子之间存在强烈的库仑斥力,这使得两个质子难以靠近。根据计算,核聚变可以在太阳上发生,因为质子会通过隧道越过屏障。一个人可以爬上两米高的墙。

如果他被困在一个有三米高的墙的院子里,他就不能攀爬墙而走出院子。这个例子可以简化为一个物理模型,你把人看作是一个粒子,墙壁是一个障碍物,如果障碍物高于粒子的能量,从经典力学的角度来看,粒子是不可能越过障碍物而出去的。在量子力学中,穿墙是可能的。在你穿过墙的那一刻,有两个后果,一个是通过,一个是不通过,这两种情况都会发生。就在即将发生的那一刻,一个结果塌陷到另一个结果。薛定谔的著名的猫定律。

根据物理学,人穿墙而过的概率究竟有多大呢?

2. 为什么人不能穿过墙?(趣说量子力学)

你可能觉得,这是什么问题啊?当然不能,两个物体碰到一起不会穿过彼此不是很自然吗?但如果你仔细琢磨一下原子的构造,你就会发现这个问题其实有点烧脑。
  
 
  人们知道,世上的万物是由原子构成的,在原子内部的中心,有一个带正电的原子核,在原子核外面是带负电的电子,如果以电子所在轨道的大小看作原子的大小,那么原子核的大小相比原子,相差非常大,只有原子的十万分之一。
  
 
  十万分之一是怎样的概念呢?假设把原子核放大到一米,那么整个原子直径就有100公里,相当于上海到苏州的距离。想象一下,原子里面大部分空间是如此的空荡荡,当两个原子相遇,原子核几乎没可能碰到另一个原子核,应该很容易穿过彼此。那么,由原子构成的物体中间,也存在着很大的空隙,当两个物体相遇,穿透彼此就应该是很可能的。
  
 
  
  
 但是事实上,我们身边的物体都显得如此的密实,除非是魔术,我们从未看到过人真的穿过一堵墙,这是为什么呢?
  
 
  这是因为微观世界的粒子遵循不确定性原理,围绕在原子核外围的电子的位置是不确定的,可以同时出现在很多地方,同时它们还遵循泡利不相容原理,简单地说,就是一个氢原子核周围只能有一个电子,所以,看起来空荡荡的原子,原子核外层的空间就变得“坚硬”起来,原子和原子彼此之间必定要保持一定距离,而不会撞到一起。所以,由原子构成的物体也就像我们看到的那样,是坚硬的,相撞时并不会穿过彼此,所以人不可能穿过墙。
  
 
  
  
 现在,你是不是觉得微观世界有些不可思议?如果你也觉得有趣,那就去开启你的 探索 之旅吧,也许你会成为下一个物理学大师。
  
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