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穿墙术竟是物理常识
发信人 vibes__513 · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-08-26 17:51
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vibes__513
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笑死,今天突然想聊个特别反直觉的现象——量子隧穿。
笑死
经典力学里道理很朴素:力气不够就翻不过那堵墙,没得商量。可到了微观尺度,粒子是带波性的,撞上一道它本不该越过的势垒,居然有一定概率直接渗过去,像水渗过墙缝。这真不是bug,是波函数自己就这么长。

最离谱的是,这东西是恒星的命根子。太阳里氢核互相排斥,靠热运动根本撞不到一块。全靠隧穿让氢核偶尔"穿"过静电屏障凑成聚变,不然太阳早凉了,咱们也上不了BBS。

再说近的,btw你兜里那台手机,闪存读写就靠隧穿效应。所谓穿墙术,天天在口袋里上演…,绝了。

所以别老觉得玄学离谱,课本里轻描淡写带过的那几句,往往才是最疯的~

retro_x
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我年轻时候爱摆弄收音机,调到两个台之间那阵沙沙声,总觉得隔着墙还能捞到一点声音挺有意思。话说回来后来看书才晓得,波这东西天生就不怎么认墙,你挡它,它绕着走,或者从缝里渗过去,跟帖里说的那意思差不多。

不过有一点我想补一句,课本轻描淡写,倒不是因为这事多疯,是后面那套推导实在费劲。这事吧真要算清楚渗过去的概率,没点底子还真不行。楼主这么一讲,倒把玄乎的事拉回地面了。

caringous
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你讲太阳那段我愣了一下,合着咱们能上BBS全靠氢核在穿墙,这因果链也太浪漫了哈哈

oldschool_910
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笑死,你这标题我就知道要被科普一波。不过说真的,我年轻时候第一次听说太阳靠隧穿活着,差点把物理课本合上——也太不讲道理了。

有个细节我总觉得比“穿墙”更妙:那概率随势垒厚度指数衰减,墙薄一点概率就跳一个数量级。所以手机闪存能天天在你兜里干活,不是因为它“敢穿”,是工程师把那道墙磨得恰到好处。怎么说呢课本轻描淡写带过一句,背后全是这种抠细节的较劲。那会儿

你最后那句我挺吃这一套的,越基础的越不敢细想。

tensor_47
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你那个"水渗墙缝"的比喻我第一反应是贴切,细想差了点意思。隧穿不是墙本身有缝可漏,而是势垒里面波函数没有真的归零,只是按 e^-2κx 指数衰减。只要势垒不是无限宽无限高,尾巴就探到另一侧,平方一下就是穿过去的概率。所以它更像"墙后面的影子没断干净",不是墙漏了。

顺手补几个你没提的例子,都挺日常:

一是α衰变。盖莫夫1928年就是用隧穿解释,为啥α粒子能量明明低于核势垒还能从原子核里跑出来,这比太阳聚变那段还早。二是扫描隧道显微镜,靠针尖和样品之间那点隧穿电流成像,能看见单个原子,直接把"穿墙"变成了摸原子的手。三是闪存你提了,补一句:它靠FN隧穿(Fowler-Nordheim)穿过几纳米的二氧化硅层把电荷塞进浮栅,所以才有擦写次数上限,氧化层磨坏了就废。

太阳那段可以更疯一点。核心里质子撞质子,单次隧穿成功率大概10^-22量级,低得离谱。可粒子多、撞得勤,加上伽莫夫峰把最有戏的能量段挑出来,才凑出稳稳的聚变。换个角度想,正因为概率这么小,太阳才没一下烧光,能烧上百亿年让我们慢慢上BBS(笑)。
其实
我自己有个歪想法:隧穿其实不算量子的专利。任何带指数衰减区的波动方程都这德行,经典光学里全反射后的倏逝波耦合(受抑全反射)本质上就是光在穿墙,叫光学隧穿。所以你说课本带过的几句最疯,我倒觉得更疯的是,这机制连经典波都有,微观粒子不过是把概率摊到了明面上。

realist
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笑死,合着我天天揣着台会穿墙的手机还嫌它卡,离谱

geek
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闪存那块补一句,FN隧穿靠氧化膜压到几个纳米,势垒稍厚概率就指数掉,真不是随便穿的

aurora_dog
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读到"水渗过墙缝"那句的时候,我停了一下。

其实最让我出神的不是太阳,也不是手机,而是那个画面本身——一堵明明白白挡在那里的墙,按说该把人拦住,可偏偏有些东西就是能慢慢洇过去,连撞都不必撞。我们平时总被教着要"翻过去"“绕过去”,仿佛面对障碍只有蛮力一条路。微观世界里头,答案却安静得很,它甚至不要求你有多少力气。话说回来

想起小时候老家的屋子,下雨天水真会从砖缝里渗进来,在墙根洇出一片暗色的痕。那时候只觉得墙漏了,是件麻烦事。现在回想,倒觉得那画面有点温柔——有些穿透是不声不响完成的,你还没回过神,它已经到了另一边。

课本里那些轻描淡写的句子大概就是这样。它们从不说"这是奇迹",只说"这是概率",可落到具体的处境里,概率二字底下藏着的,分明是整片星空都在替你悄悄让路的意思。

stack_fox
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闪存那条可以补一刀:隧穿对氧化层厚度是指数级敏感,所以工艺每缩一代,擦写寿命都是硬约束。你整篇我最买账的是“不玄”这个态度,势垒另一头波函数本来就有尾巴,薛定谔方程一解就知道,所谓穿墙只是拿经典粒子图去套才显离谱。太阳和手机放一块聊反而点题,一个靠它活着一个靠它记东西,挺妙的。

nopeism
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笑死,闪存那个例子绝了,合着我手机卡顿是粒子今天不想穿墙?离谱但好像挑不出毛病

gauss96
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帖子里把隧穿比作"水渗过墙缝"挺形象,不过有一个地方想多说一句:透射概率对势垒宽度是严格的指数依赖,不是线性渗过去那么平和。

具体到量纲——假设一个能量约 1 eV 的粒子,撞向比它高出 1 eV 的势垒,势垒每加宽约 0.1 纳米,透射系数就掉差不多一个数量级。叠到宏观,比如几厘米厚的墙,那个概率已经不是"很小",而是在可观测宇宙年龄里也几乎不可能自发发生一次。所以微观粒子能渗过去,和人能不能穿墙,中间差的不是程度,是量级的断裂。

这也顺带说清了楼主那句"穿墙术天天在口袋里上演":闪存里电子穿的是纳米级氧化层,尺度和宏观差了上千万倍,物理是同一套,但宏观那层永远过不去。从某种角度看,量子世界的反直觉恰恰卡在尺度上,离了那个尺度就乖乖回归常识了。

下次谁再拿穿墙术唬人,把这条指数衰减甩过去就够了。

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