Kvanttunneldamine on üks huvitavamaid asju, mida füüsikud uurivad …
Kujutage ette, kuidas tennisepall lööb seina. Olukorras, kus oleme harjunud, põrkab ta selle seina maha. Kvantmaailma kummalise olemuse tõttu on aga tehniliselt statistiline tõenäosus, et pall jõuab tõkke teisele küljele või isegi seina enda sisse.
Siin ei räägi me tõsiasjast, et pall läheb läbi seina vähemalt, see pole täiesti tõsi …
Mis võib juhtuda makrotasandil?
Kui makrotasandil oleks olnud kummaline kvanttunneldamise tunnusjuhtum, siis võib pall seina lähedale jõudes äkitselt kaduda ja siis uuesti ilmneda teisele küljele, samal ajal kui sein ise ja pall oleksid ideaalseisundites. Muidugi on tõenäosus, et see kunagi juhtub, äärmiselt väikesed. Sellegipoolest on sellel statistiline tõenäosus, kuid teoreetiliselt see võib juhtuda.
Selle põhjus peitub kvantmaailma tõenäosuslikus olemuses. Nagu tõestas Werner Heisenbergi määramatuse põhimõte, ei saa osakese asukohta ja hoogu üheaegselt teada. Näiteks kui teate elektroni positsiooni, siis ei saa te teada selle kiirust ja kui teate kiirust, ei saa te teada selle asukohta ruumis. Seetõttu kasutatakse tõenäosusi selleks, et "ära arvata", kus osake võib konkreetsel ajahetkel asuda: elektronil võib olla suur tõenäosus olla ühes kohas ja mitte teises. Need tõenäosused loovad nn tõenäosuste pilve.
Reklaamvideo:
Tõenäosus pilve ja kvantitunneldus
Nagu jooniselt näete, on tõenäosus, et elektron asub pilve keskel, kui äärealadel. Ehkki koefitsiendid on uskumatult väikesed, on siiski olemas statistiline võimalus, et pilveserva lähedal võiks tuvastada elektroni. Siin hakkavad asjad veidramaks minema.
Elektronide tõenäosuse pilv.
Kvanttunneldamine on osakese, näiteks elektroni võime hetkega barjäärist läbi pääseda. Kui elektronist on kõrgem energiabarjäär ja elektron läheneb sellele, eeldame tavaliselt, et elektron ei saa sellest üle. Tegelikult on see enamikul juhtudel nii. Sellegipoolest käitub iga elektron aeg-ajalt täiesti ootamatult. Harvadel juhtudel ilmub elektron lihtsalt barjääri teisele küljele.
Kuidas on see võimalik?
Elektronide tõenäosusliku iseloomu tõttu, kui elektron läheneb barjäärile, on tõenäosuspilves endiselt väike võimalus, et elektron võib leida barjääri teiselt poolt.
Tõenäosuse pilv ja tõke.
Kui see väike võimalus realiseerub ja elektron asub teisel pool, tähendab see, et kvanttunneldamine on toimunud. Tehniliselt ei läbida elektron barjääri, sest kummalisel kombel pole kvanttunneldamise ajal elektroni jaoks aega olemas, see juhtub koheselt. Sel viisil saavad elektronid koheselt ületada kõrgemad energiabarjäärid.
Tähed ja kvanttunneldamine
Ehkki see võib tunduda väga kummalise ja isegi võimatu sündmusena, on see tegelikult Maa elus oluline, nagu me seda tunneme. Päike ja kõik teadaolevad tähed suudavad läbi kvanttunneldamise paista.
Tuumasünteesi tagajärjel eraldub päike valgust ja soojust. Kaks aatomituuma, mõlemad positiivselt laetud, põrkuvad kokku, moodustades uue elemendi, ja selle käigus vabanevad footonid. Probleem on aga selles, et kuna mõlemad tuumad on positiivselt laetud, tõrjuvad nad üksteist, täpselt nagu samad magnetite poolused. See tähendab, et on olemas energiabarjäär, mille tuumad peavad sulamiseks ületama. Nagu aga matemaatika näitab, pole Päikese tuumadel selle barjääri ületamiseks piisavalt energiat. Ainus viis selle saavutamiseks on väga harv kvant-tunneldamise juhtum.
Iroonilisel kombel võib kvanttunneldamisel olla ka kahjulikke tagajärgi. Kvantbioloogia kohaselt, mis vaatab elusüsteeme kvantteooria vaatenurgast, võivad DNA mutatsioonid toimuda prootoni tunneldamise protsessis.
Kui DNA reprodutseerub selle kvantunneldamise käigus, võib tekkida mutatsioon. On ka teisi kvantunneliga mutatsioonide juhtumeid, mis mõnede teadlaste arvates põhjustavad vähki. Isegi oletati, et selle tõttu vananeb elusolend.
Imelik on mõelda, et see, mis laseb Päikesel paista ja pakub Maal elu, võib olla ka põhjus, et kõik looduses vananeb, laguneb ja sureb. Ilma kvantunneldamiseta oleks elu, nagu me teame, võimatu.
