如何科學地穿牆透壁 - 不可思議的量子穿隧效應

很多年前有一個魔術,你可能也聽過,就是著名魔術師大衛高柏飛 (David Copperfield) 於1986年表演的「穿越長城」的魔術。在這個魔術裡面,大衛高柏飛從長城的一側消失,過了一會,竟然在長城的另外一邊出現,就好像他穿過了長城一樣。由於長城在中國人心目中的重要性,這個魔術當年引起了全國廣泛的關注。

當然,魔術歸魔術,大衛高柏飛不可能真的穿過了長城。但是在量子力學裡面,像這樣穿牆透壁的表演,並不是魔術,而是在微觀世界裡面很普遍的一種現象,名叫「量子穿隧效應 (quantum tunneling effect)」。

量子穿隧效應有很多重要的應用。張老師在大學時就做過一個利用量子穿隧效應拍攝原子照片的實驗。另一個更重要的應用是半導體,亦即現今所有電腦和手機的基礎。沒有量子穿隧效應,就不可能有電腦和手機,更加不可能有互聯網。那麼,量子穿隧效應究竟是什麼?原子的照片是怎樣拍出來的呢?這個效應又是怎樣跟電腦和手機有關?請留意今集的節目。

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【圖一】量子穿隧效應的原理

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【圖二】掃描電子穿隧顯微鏡的原理

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【圖三】利用掃描電子穿隧顯微鏡拍攝的石墨原子

作者: 張浩然博士
日期: Jul 22, 2019
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