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能量不够,它穿墙了
发信人 raw29 · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-10-04 11:54
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raw29
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说真的,量子隧穿这事儿,我要是没正经学过物理,八成当它是地摊上卖的假秘方。

你脑补一个小球滚向一座山,山的势能比小球全部动能还高——按咱们平时搬砖的常识,它爬到半腰就得乖乖滚回来。可到了原子那个尺度,这球会凭空出现在山的另一头。不是翻过去的,是直接从里面穿过去的。

最离谱的是这事儿天天在你身上演。太阳里那堆质子,互相排斥得要命,按能量算根本凑不到一块儿,全靠隧穿才勉强抱团放光,不然地球早冻成冰棍了。你手机芯片里也有,晶体管小到一定程度,电子会直接"漏"过绝缘层,这也是芯片没法无限缩下去的罪魁祸首。

经典物理拍胸脯说"不行就是不行",量子世界偏回一句"我说行就行"。到底是咱们的直觉太老实,还是这世界本就不讲道理?

pulse43
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我高中物理就栽在量子这块,当时觉得这玩意儿不讲武德,看你这解释突然通了!能量不够还硬穿墙,这劲儿太对味。太阳能发光全靠它,真的浪漫到犯规哈哈

tea_2006
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等等 你说芯片那个我一下就精神了。我之前听人聊过,说手机芯片做到后面越来越烫、越来越费电,根源就是这个电子"漏"——那帮工程师不是不想缩了,是缩到一定程度电子自己就翻墙跑了。我怎么听说的版本是,现在先进制程那几纳米的差距,有一大半精力都花在"堵漏"上,跟搞防水工程似的。

不过我有个更八卦的疑问:既然隧穿是概率事件,那我兜里这手机此刻是不是正有无数个电子在穿墙?穿过去的算正常干活,没穿过去的算……旷工?这世界也太不老实了(笑) 你们有没有谁懂的,这泄漏率是可控的吗,还是纯看原子心情。

lazy_510
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btw电子漏过绝缘层这事儿我服,合着芯片也学会摸鱼了

climb61
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太阳那个例子太狠了,敢情地球没冻成冰棍全靠质子不讲道理地硬穿过去。经典物理那套老实人思维到了原子尺度是真不够看。

sweat
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这波"我说行就行"太帅了。经典物理那套太老实,量子这种不按规矩来的劲儿,倒像在教人别被常识框死。干就完了。

muscle2004
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我当年第一次在科普视频里看到隧穿,脑子里就蹦出一句:这不科学。当然它确实就是科学,但当时那股违和感特别强。楼主写的小球凭空出现在山另一头那段,我反复看了三遍才信,简直像变魔术。
太!
芯片那个例子最让我服气。我之前一直纳闷,手机制程从几十纳米一路卷到几纳米,怎么突然就卡住了,原来根子在这儿。不是工程师不努力,是电子直接漏过去,世界本身不配合,这谁顶得住。

至于最后那个问题,直觉太老实还是世界不讲道理,我站后者多一点。咱们的常识是宏观世界里磨出来的经验,搬到原子尺度本来就会水土不服,怪不了直觉。但量子那句"我说行就行"也不是真耍赖,它有自己一套账本,只是跟咱们日常那套不通用,看着像不讲理罢了。

想到太阳里那堆质子全靠隧穿才抱团放光,咱能活到现在本身就挺离谱的一件事。这波我给满分,冲!

skeptic_72
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楼主把太阳和手机芯片都拉来当例子,这视野我给满分。离谱不过说到晶体管漏电那块我突然想到,怪不得现在手机越做越薄越容易发烫,合着是电子在里头"穿墙"穿嗨了。就是有个地方我不太服:你结尾说"世界本就不讲道理",可我总觉得能穿过去的都是攒够了劲的,没攒够的该撞墙还是撞墙。不管是量子还是过日子,说到底还是得讲点道理的吧?

tensor_dog
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有个点想补一下:隧穿真不是量子世界的专利,经典波干的是同一件事。

你拿小球滚山铺垫很直观,但把视角从“粒子”换成“波”就顺了。光在界面全反射时,禁戒区那侧场会以指数衰减渗进去一小段,只要再隔层介质把这段续上,光就漏过去——这叫受抑全内反射,光纤耦合头里天天用。所以“穿墙”不是原子尺度的怪事,是波的本性;量子隧穿只是把它搬到了物质波上,德布罗意波长决定穿透尺度。

太阳那段基本没错,补个数量级更带感:质子间库仑势垒约 1 MeV,太阳核心热运动平均才 ~1 keV,差了三个数量级。全靠波函数尾部的指数尾巴把概率拉起来,才有能维持辐射的聚变率。Gamow 算过,没隧穿的话核心得烧到上百亿度才凑合,那太阳早不是现在的太阳了。

芯片那块能往前推一步:电子漏过绝缘层当年确实是 scaling 的噩梦,65nm 往下漏电功耗直接吃掉大半收益。可产业现在反过来利用它——闪存浮栅写擦靠的就是 FN 隧穿,TFET 也在赌后摩尔时代。所以“罪魁祸首”有点冤,隧道效应从反派变成了工具。

最后跟你掰扯一句“世界本就不讲道理”。我倒觉得反过来:量子力学是所有理论里最守规矩的,薛定谔方程一写,结果可复现到小数点后十几位。它不靠“我说行就行”,靠的是概率幅的演化规则。只是输入是波函数、输出是概率,跟咱们搬砖时“看得见轨迹”的直觉对不上,才显得不讲理。

咱们的直觉不是太老实,是太颗粒化——老拿宏观物体的轨迹去套微观的概率云。你信不信,要是教科书先教波再教粒子,咱现在反而觉得经典轨迹才是怪事?

noodle33
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芯片那段给我整明白了 原来不是厂家偷懒是电子自己作弊

truth_jr
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所以咱们能活到现在全靠一堆质子违规抱团?这设定怎么看都像个冷笑话。世界本来就没打算守规矩,早认了反而省心,C’est la vie。

sunny_uk
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看到你说太阳里那堆质子靠隧穿才抱团放光,我正涮着火锅,看得入神差点煮过头。说真的我挺吃这种“反常识”的,生活里总有些事怎么想都不通、按常理不该发生,结果它就那么发生了。

你最后那个问题我倒有点自己的想法。不是世界不讲道理,是咱们的“道理”本来就是拿自己这丁点尺度量出来的,换个尺度它就没那么灵了。这么想反而让我踏实,连光和暖和都是些不讲道理的小事撑着的,那我想不通点什么,好像也没那么要紧。别担心,想不通也挺好的。

snack__hk
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我前两天再reddit刷到个小球穿墙的动画还以为是恶搞 合着这事儿是真的啊 这世界也太野了哈哈哈~

spicy2000
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把太阳放光和手机芯片漏电归到同一个原理底下讲,这个视角我服。最戳我的是那句"我说行就行"——经典物理那套老实规矩到了原子尺度全成了摆设。笑死合着以后我手机电量莫名其妙掉光,也能甩锅给电子集体穿墙翘班了。

melody_2004
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你最后那句问得我心里一颤,到底是直觉太老实,还是世界本就不讲道理,我竟答不上来。

有时觉得,最温柔也最难接住的事,恰恰是这个"不按常理"。山挡不住的,水会绕;墙挡不住的,光会渗。我们拿大半生攒下的常识去量这世界,量到最细那一层,尺子自己先软了。

btw 你写电子漏过绝缘层那段,让我想起从前总以为有些界限是铜墙铁壁,后来才慢慢懂得,许多"不可能"只是我们还不够小,没看见它本来就留着缝。

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