Tunelul cuantic este unul dintre cele mai interesante lucruri pe care fizicienii le studiază …
Imaginează-ți o minge de tenis lovind un perete. Într-o situație în care suntem obișnuiți, el va sări de pe acest zid. Cu toate acestea, datorită naturii ciudate a lumii cuantice, există din punct de vedere tehnic o probabilitate statistică ca mingea să ajungă pe cealaltă parte a barierei sau chiar în peretele în sine.
Aici nu vorbim despre faptul că mingea va trece prin perete, cel puțin, acest lucru nu este în întregime adevărat …
Ce se poate întâmpla la nivel macro?
Dacă ar exista un caz ciudat de tunelare cuantică la nivel macro, atunci mingea ar putea dispărea brusc când se apropie de perete, iar apoi reapare imediat pe cealaltă parte, cu peretele în sine și mingea în stările lor ideale. Desigur, șansele ca acest lucru să se întâmple vreodată sunt extrem de mici. Cu toate acestea, există o probabilitate statistică în acest sens, dar în teorie s-ar putea întâmpla.
Motivul pentru aceasta constă în natura probabilistică a lumii cuantice. După cum a demonstrat principiul incertitudinii Werner Heisenberg, poziția și impulsul unei particule nu pot fi cunoscute simultan. De exemplu, dacă știți poziția unui electron, atunci nu puteți cunoaște viteza acestuia și, dacă cunoașteți viteza, nu puteți cunoaște poziția sa în spațiu. Din această cauză, probabilitățile sunt folosite pentru a „ghici” unde poate fi o particulă într-un anumit moment din timp: un electron poate avea o probabilitate ridicată de a se afla într-un loc și nu în altul. Aceste probabilități creează ceea ce se numește un „nor de probabilități”.
Video promotional:
Probabilitatea norului și tunelului cuantic
După cum puteți vedea în figură, șansele ca electronul să fie în centrul norului sunt mai mari decât la periferie. Cu toate acestea, în timp ce șansele sunt incredibil de mici, există o șansă statistică ca un electron să poată fi detectat lângă marginea norului. Aici lucrurile încep să devină ciudate.
Nor de probabilitate electronică.
Tunelul cuantic este capacitatea unei particule, cum ar fi un electron, de a trece instantaneu printr-o barieră. Dacă există o barieră energetică mai mare decât electronul și electronul se apropie de aceasta, de obicei presupunem că electronul nu o poate depăși. De fapt, în majoritatea cazurilor este. Cu toate acestea, fiecare electron se comportă complet neașteptat din când în când. În cazuri rare, un electron apare pur și simplu pe cealaltă parte a barierei.
Cum este posibil acest lucru?
Datorită naturii probabilistice a electronilor, în momentul în care un electron se apropie de barieră, există încă o mică șansă în norul de probabilitate ca electronul să poată fi găsit în cealaltă parte a barierei.
Nor de probabilitate și barieră.
Când această mică șansă este realizată și electronul este de cealaltă parte, înseamnă că s-a produs tunelarea cuantică. Tehnic, electronul nu trece prin barieră, deoarece, destul de ciudat, în momentul tunelării cuantice, timpul pentru electron nu există, se întâmplă instantaneu. În acest fel, electronii pot depăși instantaneu bariere energetice mai mari.
Stele și tunelare cuantică
Deși acest lucru poate părea un eveniment foarte ciudat și chiar imposibil, este de fapt important pentru viața pe Pământ așa cum îl știm. Soarele și toate stelele cunoscute sunt capabile să strălucească prin tunelarea cuantică.
Ca urmare a fuziunii nucleare, lumina și căldura sunt eliberate pe soare. Doi nuclei atomici, ambii încărcați pozitiv, se ciocnesc pentru a forma un element nou, iar în acest proces fotonii sunt eliberați. Problema este însă că, din moment ce ambele nuclee sunt încărcate pozitiv, se resping reciproc, la fel ca aceiași poli ai magneților. Acest lucru înseamnă că există o barieră energetică pe care nucleele trebuie să o depășească pentru a fuziona. Cu toate acestea, așa cum arată matematica, nucleele de pe Soare nu au suficientă energie pentru a depăși această barieră. Singura modalitate de a face acest lucru este posibil prin rarele cazuri de tunelare cuantică.
În mod ironic, tunelarea cuantică poate avea și consecințe dăunătoare. Conform biologiei cuantice, care vizualizează sistemele vii din perspectiva teoriei cuantice, mutațiile ADN pot apărea într-un proces numit tunel de protoni.
Dacă ADN-ul se reproduce în timpul acestei tunelări cuantice, atunci poate apărea mutația. Există și alte cazuri de mutații cu tuneluri cuantice pe care unii oameni de știință cred că le provoacă cancer. Există chiar o presupunere că din această cauză, lucrurile vii îmbătrânesc.
Este ciudat să crezi că ceea ce permite Soarelui să strălucească și să ofere viață pe Pământ poate fi, de asemenea, motivul pentru că totul din natură îmbătrânește, degradează și moare. Cu toate acestea, fără tunelarea cuantică, viața așa cum știm că ar fi imposibilă.
