壁咚不成卻穿牆!科學理論上可行的穿隧效應


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馬歇爾·埃梅<穿牆人>小說中的主角雕像

你知道嗎?【穿隧效應】
#本日冷知識892

你知道嗎?對著妹妹壁咚卻不小心穿牆過去,這可不是漫畫裡的劇情,也不是哈利波特中,只有魔法師們才能穿越9又3/4月台,麻瓜只能撞牆的橋段。

 

穿牆過去這件事,在科學理論上是實際可行的,只是機率小小小小到不行,小到在人類歷史上還沒有人成功過,小到你我每天在地球上跳啊跳,都沒有人會突然發現自己的腳陷入地板幾公分而上八卦版爆卦。

 

而今天我們就要來聊聊這科學理論告訴我們可以穿牆的「穿隧效應」。

 

舉例來說,當你向牆壁投擲小球時,小球不可能穿過牆壁,因此反彈回來。在日常生活中,所有運動皆遵從一些力學原理。這些原理在數百年前已被牛頓等物理學家發現,統稱為古典力學。

 

然而在 20 世紀初,物理學家發現古典力學並不適用於原子世界。當物體非常細小的時候,它的運動遵從另一套稱為量子力學的物理學原理。量子世界的事情和我們日常生活的完全不同。在量子世界中,物質可以呈現粒子的特性和波的特性,這稱為波粒二象性

 

例如,當很多電子撞擊一層很薄的障礙物時,量子力學預測電子的表現像波動多於像粒子。導致的結果是,有一些電子如常地被反彈回來,但另一些電子竟能神奇地穿越障礙物。

理論上,巨觀物體也能發生穿隧效應,也就是說人是有可能穿過牆壁的,但要求組成這個人的所有微觀粒子都同時穿過牆壁,是幾乎不可能的,以至於人類歷史以來還沒有成功的紀錄。

你以為上述的這些都還只是理論還沒被證實嗎?不不不!其實現今科技已經有其應用囉!

不論是一般的光學還是電子顯微鏡,皆只能看到樣本的表面,而且後受到其放大倍數所限制。
但是利用穿隧效應的掃描穿隧電子顯微鏡(STM),可以透過連續發射電子觀測,觀察到物體表面的奈米結構,這是顯微鏡技術的一大進展,也成為現今奈米技術中的主要分析工具,專門用來觀測金屬或半導體的表面。

如果各位讀者對於STM的原理更有興趣,可以進入這個網址裡看看穿隧電子顯微鏡的工作原理動畫喔!http://www.hk-phy.org/atomic_world/stm/stm04_c.html

更多穿隧效應的解說:http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=59513

今天的圖片為法國作家馬歇爾·埃梅<穿牆人>小說作品中的主角雕像,雕像位於馬歇爾在蒙馬特的故居旁。是一部非常經典的小說,推薦給各位讀者喔!

圖片來源:維基百科-Le Passe-Muraille
[Miss Monday]


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五月 25th, 2015 by