人可以穿墙而过？！神奇的量子力学

1986年，著名魔术师大卫科波菲尔在中国表演了“穿越长城”的魔术，在当时引起了巨大的轰动。

在接下来的33年时间里，无数的魔术爱好者对此进行了研究，并试图揭开这个魔术的奥秘。更有其他魔术师，推陈出新地发布了许多其他类似的"穿墙"魔术，让世人们无一不叹服魔术师们的创造力和神奇之处。

不过，魔术归魔术，魔术的背后隐藏着的是魔术师们对知识创造性的使用，大卫科波菲尔之后，他的"穿墙术”很快就被破解了出来，撕下了它神秘的面纱。

但你知道吗？

在量子力学的世界里，人其实真的可以穿墙而过！

康普顿效应：

从"牛顿的力学"到"麦克斯韦的电磁波理论"，到1900年初为止，人们认为科学的大厦已经基本盖成。但事实上，当时的经典物理还存在一个无法解释的问题——康普顿效应(Compton Effect)。

1923年，美国物理学家康普顿在研究x射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象：

即散射光中除了有原波长λ0的x光外，还产生了波长λ>λ0 的x光，其波长的增量随散射角的不同而变化。

这种现象无法用经典电磁波理论去解释，但符合爱因斯坦的光粒子理论。

这就是开启量子物理理论开端的实验之一，推翻了经典理论的诸多思考方法。

首先，我们先来定义：什么是"量子"？

它是一个物理量，存在最小之不可分割的基本单位，我们把这个最小的基本量称为量子。

这是它在数学上模糊的一个概念表达，我们再来看看其在实际生活中，可以表达量子概念的例子：光电效应和黑体辐射。

这在当时掀起了巨大的浪潮。

20世纪初期，科学界有两大物理乌云：

第一个就是黑体辐射的问题；

第二个就是宇宙中是否存在以太的问题。

对第一个问题的探究，发展出了量子力学；

对第二个问题的探究，发展出了相对论。

好，现在让我们回到正题——穿墙的故事。

隧穿效应：

当粒子在运动中遇到一个高于粒子能量的势垒，就好比人遇到一个不可穿越的墙壁。

按照经典力学，粒子是不可能越过势垒的；

但是，按照量子力学可以解出，除了在势垒表面被反射外，还有透过势垒的波函数，这表明在势垒的另一边，粒子具有一定的概率，粒子可以贯穿势垒。

我们从微观转移到宏观世界。

我们知道，人也是由微观粒子所组成的。按照量子力学的表达式，可以解出人在穿越一面不可被摧毁的墙的时候，会有概率如同隐形人一样，毫无阻拦的通过它。

在微观世界中，电子等粒子可以出现在本来没有能力去或不应该在的地方，比如打乒乓球，乒乓球会穿过球网而不会被档掉。

从微观粒子的这种现象推广到宏观世界，通过同样的计算，我们就可以得出的结论：

在量子力学里，人可以穿墙而过，但概率很低。

结合现在同学们比较关心的日本大学院理科修士入学考试，量子力学已经成为无论是微电子，材料学，物理化学，物理学，半导体物理专业课必考内容。

小编希望广大正在备考理科专业课的考生，通过有意思的课外故事，能够对自己所学的知识产生更多的兴趣爱好，从而加深对专业知识的理解。