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假设电子像一个波包,会产生物理效应吗?优质

330次浏览| 2022-06-28 22:02:25 更新
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当两个棱镜分开时,大部分粒子都被第一个棱镜反射然后被探测器发现。但是,他们发现,有部分粒子却“隧穿”过了两个棱镜之间的间隙并被第二个棱镜反射回到探测器。尽管这部分粒子比大部分粒子穿越的距离要长,但是,两部分粒子却是同时被探测器发现。这也就是说,产生“隧穿”的光子粒子的速度超出了光速。德国科布伦茨大学教授Gunter Nimtz表示:“目前,这是唯一违反狭义相对论的一种现象。”在量子力学里,量子隧穿效应为一种量子特性,是如电子等微观粒子能够穿过它们本来无法通过的“墙壁”的现象。这是因为根据量子力学,微观粒子具有波的性质,而有不为零的概率穿过位势障壁。量子隧穿效应(Quantum tunnelling effect) ,是一种衰减波耦合效应,其量子行为遵守薛定谔波动方程。假若条件恰当,任何波动方程都会显示出出衰减波耦合效应。数学地等价于量子隧穿效应的波耦合效应也会发生于其它状况。例如,遵守麦克斯韦方程组的光波或微波;遵守常见的非色散波动方程的绳波或声波。若要使隧穿效应发生,必须有一个 2 型介质的薄区域,像三明治一般,夹在两个 1 型介质的区域。2 型介质的波动方程必须容许实值指数函数解(上升指数函数或下降指数函数),而 1 型介质的波动方程则必须容许行进波解。在光学里,1 型介质可能是玻璃,而 2 型介质可能是真空。在量子力学里,从粒子运动这方面来说,1 型介质区域是粒子总能量大于位能的区域,而 2 型介质是粒子总能量小于位能的区域(称为位势垒)。假若条件恰当,从 1 型介质区域入射至 2 型介质区域,行进波的波幅会穿透过 2 型介质区域,再以进行波的形式,出现于第二个 1 型介质区域。在量子力学里,穿透过的波幅可以合乎物理地解释为行进粒子。遵守薛定谔波动方程,穿透波幅的绝对值平方和入射波幅的绝对值平方的比率给出了粒子隧穿的透射系数,也就是其透射概率。对于遵守其它种波动方程的光波、微波、绳波、声波等等,穿透波幅可以物理地解释为行进能量,而穿透波幅的绝对值平方和入射波幅的绝对值平方的比率则给出了穿透能量和入射能量的比率。

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量子隧穿效应(Quantum tunnelling effect),是一种渐逝波耦合效应,其量子行为遵守薛定谔波动方程。假若条件恰当,任何波动方程都会显示出渐逝波耦合效应。数学地等价于量子隧穿效应的波耦合效应也会发生于其它状况。例如,遵守麦克斯韦方程组的光波或微波;遵守常见的非色散波动方程的绳波或声波。在两块金属(或半导体、超导体)之间夹一层厚度约为0.1nm的极薄绝缘层,构成一个称为“结”的元件。设电子开始处在左边的金属中,可认为电子是自由的,在金属中的势能为零。由于电子不易通过绝缘层,因此绝缘层就像一个壁垒,我们将它称为势垒。一个高度为U0、宽为a的势垒,势垒右边有一个电子,电子能量为E 。隧道效应无法用经典力学的观点来解释。因电子的能量小于区域Ⅱ中的势能值U0,若电子进入Ⅱ区,就必然出现“负动能”,这是不可能发生的。但用量子力学的观点来看,电子具有波动性,其运动用波函数描述,而波函数遵循薛定谔方程,从薛定谔方程的解就可以知道电子在各个区域出现的概率密度,从而能进一步得出电子穿过势垒的概率。该概率随着势垒宽度的增加而指数衰减。因此,在宏观实验中,不容易观察到该现象。

对于微观粒子有尺寸这种想法来源于宏观物质都会有一定的尺寸,或者说有明确的边界。但是应该认识到,“边界”这个概念并不适应于微观。按照我一贯的主张,使用一个概念前要首先定义。在宏观中,“一个物体”和“边界”这两个概念是相辅相成的。描述一个物体需要一定的物理量,比如说质量密度。一个球状石头,半径以内密度大于零,半径以外密度为零。因此我们认为这有一个边界,从数学角度说这就是一个阶跃函数。但是在微观中并不存在这样的一个阶跃函数。对于波函数,波函数并不直接对应于客观测物理量,也和这个粒子在空间中的分布,无论波函数什么样,其只影响在观测时的概率分布。在标准模型中,电子就是点粒子,没有“实体”在空间中的分布。而对于质子,当能量低的时候也无法发现其内部结构,只有能量达到一定程度后才能看见其内部结构。但是这个所谓的内部和外部也没有明确的界限 而像是一个渐变光滑的函数。火车上手机作答,思路混乱。若有错误或者不严谨的地方,欢迎指正,欢迎讨论。

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只要是物质都会产生物理效应。只不过因为质量与体积、结构与温度的关系。最不同环境呈现出来的结果有所不同罢了!

任何物质、物体都逃不脱自然规则的基本约束。

作者:寻源者、康添华、空空

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