2025年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)近日授予了約翰·克拉克、米歇爾·H·德沃雷和約翰·M·馬蒂尼斯三位物理學(xué)家，以表彰他們?cè)?ldquo;電路中的宏觀量子力學(xué)隧道效應(yīng)和能量量子化”這一領(lǐng)域的突破性發(fā)現(xiàn)。
其中，所謂“宏觀量子力學(xué)隧道效應(yīng)”，可以被通俗地理解為一種“穿墻術(shù)”。漫畫博主“混子哥”在瑞典皇家科學(xué)院展示了一張生動(dòng)的漫畫，幫助普通觀眾直觀地理解這個(gè)復(fù)雜的科學(xué)概念。
根據(jù)漫畫圖解，這三位科學(xué)家的核心實(shí)驗(yàn)是：將兩個(gè)超導(dǎo)體用一層極薄的絕緣體隔開(就像一堵墻夾在兩扇門之間)，從而制造出一個(gè)被稱為“約瑟夫森結(jié)”的器件。
在常溫狀態(tài)下，電子們各自為政，在微小范圍內(nèi)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，形成一片“概率云”——這意味著每個(gè)電子都可能出現(xiàn)在這片云的任何一個(gè)位置上。此時(shí)，總會(huì)偶爾有一兩個(gè)電子“意外地”穿過絕緣體，出現(xiàn)在另一側(cè)的超導(dǎo)體中。
而當(dāng)電路被冷卻到接近絕對(duì)零度時(shí)，情況發(fā)生了戲劇性的變化：這些原本散漫的電子仿佛凝聚成了一整個(gè)“電子團(tuán)”，它們的概率云也隨之急劇擴(kuò)大。這意味著這一大團(tuán)電子集體出現(xiàn)在絕緣體另一側(cè)的概率大大增加，最終在宏觀尺度上實(shí)現(xiàn)了整群電子的“穿墻”。這，就是“宏觀量子力學(xué)隧道效應(yīng)”。
一個(gè)引發(fā)遐想的延伸是：既然一大團(tuán)電子可以“穿墻”，而我們?nèi)梭w本身也由電子和量子構(gòu)成，那么在遙遠(yuǎn)的未來，人體的“穿墻”在理論上或許也存在可能。當(dāng)然，這無疑是科學(xué)前沿一個(gè)極為遙遠(yuǎn)的暢想。
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