Quantum Nugget #8 — Η Κβαντική Σήραγγα
Όρος της ημέρας
Quantum tunnelling
Ελληνικά: Κβαντική σήραγγα ή φαινόμενο σήραγγας
Στην κλασική φυσική, ένα σώμα που δεν έχει αρκετή ενέργεια για να ξεπεράσει ένα φράγμα επιστρέφει πίσω. Μια μπάλα που δεν φτάνει στην κορυφή ενός λόφου δεν μπορεί να εμφανιστεί στην άλλη πλευρά.
Στην Κβαντική Φυσική, όμως, ένα σωματίδιο μπορεί να ανιχνευθεί πέρα από ένα ενεργειακό φράγμα, ακόμη και όταν η ενέργειά του δεν θα επαρκούσε για να περάσει από πάνω σύμφωνα με την κλασική φυσική.
Αυτό ονομάζεται κβαντική σήραγγα.
Πώς συμβαίνει;
Ένα κβαντικό αντικείμενο δεν περιγράφεται μόνο ως ένας μικροσκοπικός κόκκος με καθορισμένη διαδρομή. Περιγράφεται από μια κυματοσυνάρτηση, η οποία μας επιτρέπει να υπολογίσουμε τις πιθανότητες των δυνατών αποτελεσμάτων.
Όταν η κυματοσυνάρτηση συναντά ένα φράγμα, δεν μηδενίζεται απότομα στην επιφάνειά του. Εισχωρεί μέσα στο φράγμα και εξασθενεί.
Εάν το φράγμα δεν είναι υπερβολικά υψηλό ή πλατύ, μπορεί να παραμένει ένα μη μηδενικό πλάτος στην άλλη πλευρά. Έτσι υπάρχει πιθανότητα να ανιχνευθεί εκεί το σωματίδιο.
Το σωματίδιο δεν ανοίγει μια πραγματική σήραγγα μέσα στην ύλη. Δεν σπάει το φράγμα και δεν δανείζεται προσωρινά ενέργεια. Η συνολική ενέργεια διατηρείται.
Η πιθανότητα της διέλευσης εξαρτάται από το σωματίδιο και από το ύψος και το πλάτος του φράγματος. Όσο υψηλότερο ή πλατύτερο είναι το φράγμα, τόσο μικρότερη γίνεται συνήθως η πιθανότητα της σήραγγας.
Δεν είναι σπάνια παραξενιά
Χωρίς το φαινόμενο της σήραγγας:
- ορισμένες μορφές ραδιενεργού διάσπασης δεν θα συνέβαιναν όπως τις γνωρίζουμε,
- οι πυρηνικές αντιδράσεις στα άστρα θα ήταν πολύ δυσκολότερες,
- το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας δεν θα μπορούσε να απεικονίζει επιφάνειες σε ατομική κλίμακα.
Το παράξενο φαινόμενο του αόρατου κόσμου συμμετέχει, λοιπόν, στη λειτουργία του ορατού.
Η εικόνα είναι συμβολική: το φωτεινό ίχνος δεν αποτελεί πραγματική σήραγγα ή προκαθορισμένη τροχιά του σωματιδίου.
Κράτα αυτό:
Η κβαντική σήραγγα δεν μετατρέπει το αδύνατο σε βέβαιο.
Μετατρέπει κάτι κλασικά απαγορευμένο σε κβαντικά πιθανό.
Η ποιητική γέφυρα
Η Φυσική δεν μας υπόσχεται ότι κάθε εμπόδιο της ζωής κρύβει μια μυστική έξοδο. Ούτε ότι αρκεί να πιστέψουμε για να περάσουμε μέσα από έναν τοίχο.
Μας προσφέρει, όμως, μια θαυμαστή εικόνα: τα όρια που φαίνονται απόλυτα σε έναν τρόπο περιγραφής μπορεί να μην είναι απόλυτα σε έναν βαθύτερο.
Το σωματίδιο δεν ελπίζει.
Δεν επιμένει.
Δεν επιλέγει.
Η ανθρώπινη ψυχή, όμως, μπορεί να δανειστεί από τη φύση μια σκέψη:
Μπροστά σε ένα φράγμα, ας μην ονομάζουμε αμέσως αδύνατο αυτό που δεν έχουμε ακόμη κατανοήσει.
Μερικές διέξοδοι δεν φαίνονται σαν δρόμοι.
Φανερώνονται μόνο όταν μάθουμε να διαβάζουμε διαφορετικά το εμπόδιο.
Επιστημονική αναφορά: Η πραγματική διέλευση ηλεκτρονίων μέσω φράγματος έχει επιβεβαιωθεί πειραματικά, μεταξύ άλλων, σε μετρήσεις κενού μεταξύ μεταλλικών ηλεκτροδίων από το National Bureau of Standards/NIST .
