В квантовой механике существует соотношение неопределенностей, к примеру, между энергией и временем. Чем меньше промежуток времени, чем больше неопределенность энергии, которая проявится при взаимодействии.
Вроде бы мне не хватает энергии, чтобы перепрыгнуть через тюремную стену. Но если я квантовый объект, и буду преодолевать стену очень-очень быстро, то у меня есть шанс вдруг оказаться по ту сторону (туннелировать) . Как раз из-за неопределенности энергии!
Подобное прохождение потенциального барьера (непреодолимого с точки зрения классической механики) и есть туннельный эффект.
Техника
Объясните туннельный эффект самыми простыми и понятными словами.
В классической физике есть две аналогии туннельного перехода.
1. Температурная аналогия.
Если метастабильная открытая система имеет ненулевую температуру, то там могут быть флуктуации. Флуктуации это случайные отклонения от среднего равновесного значения. Метастабильная система это система, которая находится не в глобальной потенциальной яме, а в локальной яме, уровень энергии которой выше глобального минимума, но эти две потенциальные ямы отделены друг от друга энергетическим барьером. Эти флуктуации могут приводить к тому, что система выскочит из своего локального минимума и свалится в глобальный минимум.
Есть вероятность того, что она опять заскочит обратно в локальный минимум. Но эта вероятность меньше, чем вероятность того, что вылетит из него. Поэтому распределение вероятности будет таким, что большую часть времени система будет находиться в глобальном минимуме энергии, а меньшую часть в локальном.
Волновая аналогия.
Если в какой-то среде имеется стоячая волна в каких-то границах и коэффициент отражения волны на этих границах не равен 100%, то волна проникнет за границу в другую среду. Если на некотором расстоянии от границы из вне опять появляется та самая среда, в которой была стоячая волна, то волна начинает перетекать через толстую границу во вторую среду. В конечном итоге волна будет и в том и в другом месте, а соотношение их энергий (или квадратов амплитуды) будет зависеть от соотношения потенциальных энергий двух областей. Если второй области не будет, то волна проникнув в толстой границе просто будет затухать.
Для туннельного перехода необходимы два условия для барьера:
1. Энергетический барьер должен быть конечной высоты. Через бесконечно высокие барьеры туннелирование не идет.
2. Энергетический барьер должен быть конечной ширины. Через бесконечно толстые барьеры туннелирование не идет.
Туннелирование идет в обе стороны барьера. Но там, где энергия меньше, там больше вероятность обнаружить частицу. Если с обеих сторон барьера потенциальная энергия одинакова, то половину времени частица проводит с одной стороны барьера, а другую половину с другой стороны.
Квантовое туннелирование можно наблюдать не только в микромире, но и макромире. Например, если жидкий гелий налить в стакан наполовину, то жидкий гелий вытечет из стакана.
На эффекте квантового туннелирования основано и испарение черных дыр. Дело в том, что все черные дыры вращаются, так как породившие их звезды тоже вращались и в природе выполняется закон сохранения момента вращения. А во вращающейся системе координат результирующий потенциал гравитации и силы инерции имеет барьер конечной ширины. (Если тело не вращается, то его гравитационный потенциал имеет бесконечно широкий энергетический барьер и туннелирование невозможно. ) Поэтому все реальные черные дыры постепенно испаряются, излучая элементарные частицы, и тем самым все черные дыры постепенно уменьшают свою массу и исчезают.
1. Температурная аналогия.
Если метастабильная открытая система имеет ненулевую температуру, то там могут быть флуктуации. Флуктуации это случайные отклонения от среднего равновесного значения. Метастабильная система это система, которая находится не в глобальной потенциальной яме, а в локальной яме, уровень энергии которой выше глобального минимума, но эти две потенциальные ямы отделены друг от друга энергетическим барьером. Эти флуктуации могут приводить к тому, что система выскочит из своего локального минимума и свалится в глобальный минимум.
Есть вероятность того, что она опять заскочит обратно в локальный минимум. Но эта вероятность меньше, чем вероятность того, что вылетит из него. Поэтому распределение вероятности будет таким, что большую часть времени система будет находиться в глобальном минимуме энергии, а меньшую часть в локальном.
Волновая аналогия.
Если в какой-то среде имеется стоячая волна в каких-то границах и коэффициент отражения волны на этих границах не равен 100%, то волна проникнет за границу в другую среду. Если на некотором расстоянии от границы из вне опять появляется та самая среда, в которой была стоячая волна, то волна начинает перетекать через толстую границу во вторую среду. В конечном итоге волна будет и в том и в другом месте, а соотношение их энергий (или квадратов амплитуды) будет зависеть от соотношения потенциальных энергий двух областей. Если второй области не будет, то волна проникнув в толстой границе просто будет затухать.
Для туннельного перехода необходимы два условия для барьера:
1. Энергетический барьер должен быть конечной высоты. Через бесконечно высокие барьеры туннелирование не идет.
2. Энергетический барьер должен быть конечной ширины. Через бесконечно толстые барьеры туннелирование не идет.
Туннелирование идет в обе стороны барьера. Но там, где энергия меньше, там больше вероятность обнаружить частицу. Если с обеих сторон барьера потенциальная энергия одинакова, то половину времени частица проводит с одной стороны барьера, а другую половину с другой стороны.
Квантовое туннелирование можно наблюдать не только в микромире, но и макромире. Например, если жидкий гелий налить в стакан наполовину, то жидкий гелий вытечет из стакана.
На эффекте квантового туннелирования основано и испарение черных дыр. Дело в том, что все черные дыры вращаются, так как породившие их звезды тоже вращались и в природе выполняется закон сохранения момента вращения. А во вращающейся системе координат результирующий потенциал гравитации и силы инерции имеет барьер конечной ширины. (Если тело не вращается, то его гравитационный потенциал имеет бесконечно широкий энергетический барьер и туннелирование невозможно. ) Поэтому все реальные черные дыры постепенно испаряются, излучая элементарные частицы, и тем самым все черные дыры постепенно уменьшают свою массу и исчезают.
По классической механике, частица не может пролететь
через область, где ей не хватает для этого энергии.
А по квантовой - может.
через область, где ей не хватает для этого энергии.
А по квантовой - может.
нет таких слов в нашем языке.
я бы матерными про сопромат, да никто все равно бы не понял
Похожие вопросы
- ??? Накладная броня-самый простой способ повысить защищённость танка. Обычно бронируют наиболее подверженные обстрелу
- Пожалуйста помогите! Объясните моей сестре что такое нефть! Только понятными словами, а то она не понимает!!!
- Как объяснить принцип работы цифрового ТВ понятными словами, если об этом спрашивает домашняя хозяйка?
- Может кто-нибудь объяснить понятными словами, что такое звуковой барьер (хлопок), без формул и заумных выражений?
- Зачем дроссель для ламп ДРЛ,по проще объясните,говорят чтоб разогнать,но я этого слова чтот не вкурю?)))
- Какой вот самый самый простой но рабочий АМ приёмник 27 МГц? Который будет даже
- Кто нибудь может объяснить что такое Закон Ома на понятном языке для непросветленного?
- Чем отличается падение напряжения от потери напряжения выражаясь простым и понятным языком?
- ...Танк Т-34 был самый простой в сборке, в ремонте, но самый тесный и небезопасный???.
- Как установить программы на андроид? (Только пожалуйста понятными словами)