Kvantetunneling er noe av det mest interessante som fysikere studerer …
Se for deg en tennisball som treffer en vegg. I en situasjon vi er vant til, vil han sprette av veggen. På grunn av kvanteverdenens rare art er det imidlertid teknisk en statistisk sannsynlighet for at ballen havner på den andre siden av barrieren eller til og med i selve veggen.
Her snakker vi ikke om at ballen i det minste vil gå gjennom veggen, dette er ikke helt sant …
Hva kan skje på makronivå?
Hvis det var et merkelig tilfelle av kvantetunneling på makronivå, kunne ballen plutselig forsvinne når den kommer nær veggen, og deretter dukke den opp igjen på den andre siden, mens selve veggen og ballen ville være i deres ideelle tilstander. Sjansene for at dette noen gang vil skje er selvfølgelig ekstremt små. Likevel er det en statistisk sannsynlighet for dette, men i teorien kan det skje.
Årsaken til dette ligger i kvanteverdenens sannsynlighet. Som bevist ved Werner Heisenbergs usikkerhetsprinsipp, kan ikke posisjonen og momentumet til en partikkel bli kjent samtidig. For eksempel, hvis du vet plasseringen til et elektron, kan du ikke vite hastigheten, og hvis du vet hastigheten, kan du ikke vite dens plassering i rommet. På grunn av dette brukes sannsynligheter for å "gjette" hvor en partikkel kan være i et bestemt øyeblikk i tid: Et elektron kan ha stor sannsynlighet for å være på ett sted, og ikke på et annet. Disse sannsynlighetene skaper det som kalles en "sky av sannsynligheter."
Salgsfremmende video:
Sannsynlighet Cloud and Quantum Tunneling
Som du ser på figuren, er sjansene for at elektronet er i sentrum av skyen større enn ved periferien. Selv om oddsen er utrolig liten, er det imidlertid en statistisk sjanse for at et elektron kan oppdages i nærheten av skyen. Det er her ting begynner å bli rare.
Elektron sannsynlighetssky.
Kvantetunneling er en partikkels evne til å passere øyeblikkelig gjennom en barriere. Hvis det er en høyere energisperring enn elektronet, og elektronet nærmer seg det, antar vi vanligvis at elektronet ikke kan overvinne det. Faktisk er det i de fleste tilfeller det. Likevel oppfører hvert elektronisk seg helt uventet fra tid til annen. I sjeldne tilfeller vises et elektron ganske enkelt på den andre siden av barrieren.
Hvordan er dette mulig?
På grunn av elektroners sannsynlighet, i det øyeblikket et elektron nærmer seg barrieren, er det fortsatt en liten sjanse i sannsynlighetsskyen at elektronet kan bli funnet på den andre siden av barrieren.
Sannsynlighetssky og barriere.
Når denne lille sjansen realiseres og elektronet er på den andre siden, betyr det at kvantetunneling har skjedd. Teknisk sett passerer ikke elektronet gjennom barrieren, fordi merkelig nok i øyeblikket av kvantetunneling ikke tid for elektronet eksisterer, skjer det øyeblikkelig. På denne måten kan elektronene øyeblikkelig overvinne høyere energisperringer.
Stjerner og kvantetunneling
Selv om dette kan høres ut som en veldig merkelig og til og med umulig hendelse, er det faktisk viktig for livet på jorden slik vi kjenner det. Solen og alle kjente stjerner klarer å skinne gjennom kvantetunneling.
Som et resultat av atomfusjon frigjøres lys og varme på solen. To atomkjerner, begge positivt ladet, kolliderer for å danne et nytt element, og i denne prosessen frigjøres fotoner. Problemet er imidlertid at siden begge kjernene er positivt ladet, frastøter de hverandre, akkurat som de samme polene i magneter. Dette betyr at det er en energibarriere som kjernene må overvinne for å smelte sammen. Imidlertid, som matematikken viser, har ikke kjernene på sola nok energi til å overvinne denne barrieren. Den eneste måten å gjøre dette mulig på er gjennom det svært sjeldne tilfellet av kvantetunneling.
Ironisk nok kan kvantetunneling også ha skadelige konsekvenser. I følge kvantebiologi, som ser på levende systemer fra kvanteteoriens perspektiv, kan DNA-mutasjoner oppstå i en prosess som kalles protontunneling.
Hvis DNA gjentas under denne kvantetunnelleringen, kan mutasjon oppstå. Det er andre tilfeller av kvantetunneling mutasjoner som noen forskere mener forårsaker kreft. Det var til og med en antagelse at på grunn av dette blir levende ting aldret.
Det er rart å tenke at det som lar solen skinne og gi liv på jorden, også kan være årsaken til at alt i naturen eldes, fornedrer og dør. Uten kvantetunneling ville imidlertid liv som vi vet det være umulig.
