什么是量子隧穿效应？

简单地说，量子隧穿效应是指微观粒子可以穿过一堵比自己还高的墙。这是一种量子效应，用经典的观点可能很难理解。但结合量子力学中波动性的观点，用薛定谔方程可以很容易地解出来。

我们可以先想象一下经典的情况。如果面前有一堵墙，我们想翻墙而过，必须具有足够的能量跳过去。如果能量不够，我们是绝不可能出现在墙的另一面的。但在量子世界中，即使能量不够，我们也可以穿墙而过（而不是跃墙而过），这就是量子隧穿现象。当然这里的"我们"不能是宏观的物体，而是微观粒子。因为宏观物体隧穿的概率实在太小了，以致于根本不可能观察到。

图1. 经典力学和量子力学穿过能量势垒的不同方式

发现历史

量子隧穿的概念是在研究放射性的过程中发展出来的。早在1896年，法国物理学家贝克勒尔就发现了铀的放射性，后来居里夫妇进一步研究了这种放射性。他们因此一起分享了1903年的诺贝尔物理学奖。关于放射性当时一直有一个疑问。以最常见的α衰变来看，是从重原子核中放射出α粒子，即氦原子核。我们知道，原子核的核子（质子或中子）之间是通过强相互作用联系在一起的，核子怎么会挣脱强大的强相互作用逃逸出来呢？

到了20世纪，量子力学发展之后，物理学家逐渐认识到了微观粒子存在的不确定性和波粒二象性，为放射性的解释奠定了基础。1927年，洪特在计算双势阱的基态问题时首先注意到了隧穿现象。1928年，美国物理学家伽莫夫和另外两个科学家分别独立地发展了阿尔法衰变的理论解释。他们通过解方势垒的薛定谔方程，得出了粒子的隧穿概率，并进一步建立了衰变过程中发射出来的粒子能量和半衰期之间的关系。

后来在一次伽莫夫的报告上，玻恩意识到了隧穿现象的普遍性。他认为这种现象可能并不局限于核物理学，而是量子力学中一种比较普遍的现象。逐渐地，人们发现了各种各样的量子隧穿现象。著名的约瑟夫森结就是利用超导电子的隧穿过程制作而成的。

图2. 物理学家伽莫夫

物理图象

了解过量子力学的人应该对下面这些概念比较熟悉：海森堡不确定性原理，薛定谔方程，微观粒子的波粒二象性。根据经典的观点，粒子是不可能穿过能量比自己高的势垒的。但在量子力学中，由于粒子具有不确定性，即使粒子能量低于势垒能量，它也有一定的概率出现在势垒之外。而且粒子能量越大，出现在势垒之外的概率越高。

图3. 一个电子波包穿过一个势垒时的量子隧穿现象（图片来源于wiki:quantum tunneling）

应用：扫描隧道显微镜（STM）

我们在学高中物理时应该见过下面这幅图，这是一张典型的用STM扫描得到的图案。而STM就是利用量子隧穿的原理制作而成的。

图4. STM扫描得到的铜（111）表面的局域态密度图案

由于电子的隧道效应，金属中的电子并不是完全局限于严格的边界之内，也就是说，电子密度不会在表面处突然骤降为零，而是会在表面之外指数性衰减，衰减的长度量级大约为1nm。如果两块金属靠的很近，近到了1nm以下，他们表面的电子云就会发生重叠，也就是说两块金属的电子之间发生了相互作用。如果在这两块金属之间加一个电压，我们就会探测到一个微小的隧穿电流，而隧穿电流的大小和两块金属之间的距离有关，这就是扫描隧道显微镜（STM）的基本原理。实际的STM会将其中一块金属做成针尖，由于针尖可以做得很细很尖，通过移动针尖的位置，我们就可以探测到另一块金属的表面信息（表面的起伏、表面电子态密度等等）。

利用STM可以得到很多漂亮的图片，甚至我们可以利用STM来操纵原子。具体更深入的知识在此就不赘述了。

隧道效应什么意思？

隧道效应

在两层金属导体之间夹一薄绝缘层，就构成一个电子的隧道结。实验发现电子可以通过隧道结，即电子可以穿过绝缘层，这便是隧道效应。

什么是隧道效应？

隧道效应 解：在势垒一边平动的粒子，当动能小于势垒高度时，按经典力学，粒子是不可能穿过势垒的。

对于微观粒子，量子力学却证明它仍有一定的概率穿过势垒，实际也正是如此，这种现象称为隧道效应。对于谐振子，按经典力学，由核间距所决定的位能决不可能超过总能量。量子力学却证明这种核间距仍有一定的概率存在，此现象也是一种隧道效应。在两层金属导体之间夹一薄绝缘层，就构成一个电子的隧道结。实验发现电子可以通过隧道结，即电子可以穿过绝缘层，这便是隧道效应。使电子从金属中逸出需要逸出功，这说明金属中电子势能比空气或绝缘层中低．于是电子隧道结对电子的作用可用一个势垒来表示，为了简化运算，把势垒简化成一个一维方势垒。势能函数为 对于 区，薛定谔方程为 方程通解为 对于 区，薛定谔方程为 通解为 对于 区，薛定谔方程为 通解为 粒子穿过隧道结的概率为 势垒越宽透过的概率越小，(V0-E)越大透过的概率越小。

太阳既然是核聚变反应，为什么不像氢弹一样瞬间炸完，而是持续不断地聚变反应？

首先氢弹并没有炸完，大多数原料还来不及参与核聚变反应，反应就结束了。

让我们用可控核聚变来进行解释。可控核聚变的难度，并不在于无法发生核聚变，而在于如何延长核聚变的反应时间。

当从外界输入巨大的能量，通常以激光、X射线等方式，让处于中心的氢弹丸瞬间处于高温高压的状态，高温让氢原子的速度上升，同时这些氢受到的是一个强大的指向中心的压力。于是这些氢原子向中心疾驰，只要这个中心足够的小，那么这些氢原子中就总有一些要迎头相撞，注意仅仅是一些氢原子迎头相撞，不是所有的。

只要相撞的力度足够大，氢原子彼此就会融合在一起，转变成氦，在这个过程中损失的质量转变为能量，释放出来，这就是核聚变。这一过程主要发生在内核区。当能量被释放出来，内核的氢原子就会受到一个向外推的力，如果没有外力来和核聚变产生的外推力相平衡，那么剩下的氢原子的飞行轨迹就变成了从内往外飞，它们将无法继续相撞，于是聚变反应就会停止。

而可控核聚变的关键就在于，如何持续提供的一个足够强大的外力，维持住核聚变的持续发生，或者至少要发生到让输出的能量大于输入的能量，否则就成了亏能反应，而不是放能反应了。人类在发展可控核聚变技术时，发展了激光约束和磁约束等方法，试图持续的约束反应原料，不四处乱飞，而只在一个极小的范围内飞，这样才有足够多的机会彼此相撞。目前，约束时间的长短，是人类研发成功可控核聚变的关键，中国科学家已经能持续约束60秒，这是一个了不起的成绩。

其次氢弹的一瞬间的复杂度，如果没有了解，也会把这事想得过于简单化。

氢弹利用原子弹爆炸释放外力，将大量氢原子向内推挤，虽然核聚变依然只能发生短短的一瞬，但由于使用的氢原子足够多，那么在一瞬间之内有机会迎头相撞的氢原子也足够多，于是核聚变产生出来的能量也就会足够多。当然，如何让原子弹爆炸时的能量，能被利用起来，在从前也是最高军事机密。

图示：世界上当量最大的沙皇核弹爆炸过程示意图。沙皇核弹爆炸当量5000万吨TNT，设计当量一亿万吨TNT，但由于担心当量太大引发不可控的问题，在实际引爆的那颗沙皇炸弹，将当量缩减了一半。

首先用TNT提供的压力，让铀235彼此撞击，于是铀235发生链式反应，链式反应持续的时间越长，铀235释放出的能量越多，这涉及到原子弹如何设计的秘密。

利用铀235裂变释放出的大量能量，引发核聚变反应。氢弹虽然被称为氢弹，但实际上它不用氢，而是使用氢的同位素，氘和氚，因为氘和氚更不稳定，更容易发生核聚变。

最后，为了进一步提高核弹释放的能量，还装填了大量铀238，铀238很稳定，但在核聚变释放出的非常多超高速中子的撞击之下，铀238发生裂变释放能量。

所以，氢弹爆炸的一瞬间，可远没有想象中那么简单呢。

但不管怎样设计氢弹，由于缺乏外界约束，所有反应事实上都只能持续存在一瞬间，然后大多数原料就被炸飞了，并没有真的反应完全。

太阳上的核聚变

太阳能点燃核聚变，是因为它巨大的引力，让氢原子向内核压缩，这种压缩产生了足够的高温和高压。高温提高了原子的速度，高压提高了原子在空间中的密度。于是原子彼此间的剧烈撞击随之发生，当撞击力度超过临界值，于是核聚变发生了。

但必须指出，所有撞击都是概率事件，实际上对于单个原子来说，发生撞击的可能性都十分低，每时每刻只有极少数氢原子有机会相撞，产生核聚变反应。不过由于聚变释放出的能量非常巨大，因此哪怕只是很少一点点原子发生的核聚变反应，也已经让太阳发光发热成为一颗恒星，或者被称为太阳了。

伴随着核聚变的发生，太阳的体积会随之向外膨胀，伴随着体积的膨胀，高压状态会随之下降，原子在空间中的密度也随之降低，核聚变反应速度随之下降，释放的能量变少，于是太阳在引力的作用下又会回缩，太阳的回缩引发核聚变反应加速，在经过许多次的振荡后，太阳得到一个相对稳定的状态，此时引力产生的内压与核聚变反应产生的外推力达到平衡。这个平衡也就让太阳上的核聚变能源源不断发生，而不会熄火。

完成942答。欢迎浏览我的个人页面，说不定这942答中就有你感兴趣的问题呢。

什么是量子隧道效应？

根据量子力学理论的计算和科学实验的证明，当具有电位势差的两个导体之间的距离小到一定程度时，电子将存在一定的几率穿透两导体之间的势垒从一端向另一端跃迁，这种电子跃迁的现象在量子力学中被称为隧道效应，而跃迁形成的电流叫做隧道电流.隧道电流有一种特殊的性质，既对两导体之间的距离非常敏感，如果把距离减少0.1纳米，隧道电流就会增大一个数量级。

如果长时间做一件事的话，在经济学上会形成什么效应？

如果努力长期做一件事，那么在经济学上称为“品牌"，只有有了品牌，只有把品牌做大做强，才能使企业立于不败之地。所因，长期努力做一件事，而且要做好，做大，做强。???

怎么走出越穷越穷，越有钱越有钱这个怪圈？

如果穷，不是整个群体的人穷，那他自已就要多加思考，努力学习文化知识，或努力工作，勤俭持家，找准方向奋斗，改变自的命运，如整个群体的人都穷，那就是政策决定了命运，如现在的农村老农，几十年勤劳耕种，无私奉献，上缴几十年公粮无什何单位认可，老无所养，这一代老农是牺牲品，被历史移忘。如能走出这个怪圈，需要多方努力，主要是公平，正义，特别是精英们的认识与思考，如鱼塘的鱼死几条鱼说明是鱼病所至，如整塘鱼基本上都死，说明水质存在问题，那是无可救治，人生在的环境不一样是无法改变，只好认命。

经济学中棘轮效应是怎么会事？

所谓棘轮效应，又称制轮作用，是指人的消费习惯形成之后有不可逆性，即易于向上调整，而难于向下调整。尤其是在短期内消费是不可逆的，其习惯效应较大。这种习惯效应，使消费取决于相对收入，即相对于自己过去的高峰收入。 这一效应是经济学家杜森贝提出的。古典经济学家凯恩斯主张消费是可逆的，即绝对收入水平变动必然立即引起消费水平的变化。针对这一观点，杜森贝认为这实际上是不可能的，因为消费决策不可能是一种理想的计划，它还取决于消费习惯。这种消费习惯受许多因素影响，如生理和社会需要、个人的经历、个人经历的后果等。特别是个人在收入最高期所达到的消费标准对消费习惯的形成有很重要的作用。

贫者越贫，富者越富的“马太效应”有解吗？

毛主席说:穷则思变，要干要革命！

谁能用易懂但客观准确的语言讲一讲量子隧穿效应？

量子遂穿效应对应的理论是量子的测不准原理。我们所说的量子在空间中并没有一个确定的位置，我们所说的量子的轨迹正准确的描述是量子出现概率的分布。

以电子为例，即使如我们惯常理解的绝缘体，对于电子而言，也有一定概率能够出现在绝缘体的另一侧。这就仿佛电子通过隧道穿越了绝缘体，因而叫遂穿效应。