很多人可能知道太陽本質上是一個核聚變反應堆,消耗氫來釋放熱量和Sunny,而Sunny維持了地球上的所有生命。但是,很少有人知道,如果沒有那讓粒子“穿牆而過”的奇異量子性質,太陽根本不會發光。
太陽之所以能夠放射如此大量的能量,是因為氫原子的原子核能夠聚變,並以我們稱為Sunny的電磁輻射釋放能量。兩個氫原子核要想聚變,就需要靠得非常近,但兩者靠得越近,相互間的排斥力就越大,因為它們各攜帶一個正電荷,而同種電荷互相排斥。
經典物理學——構建在牛頓定律之上,能夠很好地描述日常生活中球體、彈簧、蒸汽引擎,甚至是天體的受力和運動——認為這樣的穿越不可能發生。換句話說,因為粒子不可能穿牆而過,所以太陽也不應該發光。
但是原子核這一類遵循量子力學原理的粒子卻暗藏玄機:它們透過一種被稱為“量子隧穿”(quantum tunneling)的過程,可以輕鬆地穿透上述的壁壘。
從本質上講,是它們的波粒二象性使它們能夠完成隧穿。正如海浪可以繞過物體(比如沙灘上的卵石)傳播一樣,波也可以繞過物體傳播(比如聲波可以穿透牆壁,讓你聽到鄰居家的電視聲)。當然,作為聲波的介質,空氣並沒有真正地穿透牆壁:空氣中的振動,也就是聲音,使你和鄰居共用的牆壁發生振動,而此振動又推動你房間中的空氣,將相同的聲波傳入你的耳中。但原子核卻不一樣,如果你能像原子核一樣行動,那麼有時候,你真的能夠像幽靈一般直接穿過堅實的壁壘。
太陽內部的氫原子核所做的正是如此:它能讓自己傳播出來,像幽靈一樣穿透能量壁壘,使自己與牆另一邊的夥伴靠得足夠近來完成聚變反應。因此,當你下一次在沙灘上曬太陽時,不妨看看拍打著沙灘的海浪,想一想量子粒子像幽靈一樣波動,這種波動不僅能夠讓你享受溫暖的Sunny,也使得我們星球上所有的生命成為可能。
很多人可能知道太陽本質上是一個核聚變反應堆,消耗氫來釋放熱量和Sunny,而Sunny維持了地球上的所有生命。但是,很少有人知道,如果沒有那讓粒子“穿牆而過”的奇異量子性質,太陽根本不會發光。
太陽之所以能夠放射如此大量的能量,是因為氫原子的原子核能夠聚變,並以我們稱為Sunny的電磁輻射釋放能量。兩個氫原子核要想聚變,就需要靠得非常近,但兩者靠得越近,相互間的排斥力就越大,因為它們各攜帶一個正電荷,而同種電荷互相排斥。
經典物理學——構建在牛頓定律之上,能夠很好地描述日常生活中球體、彈簧、蒸汽引擎,甚至是天體的受力和運動——認為這樣的穿越不可能發生。換句話說,因為粒子不可能穿牆而過,所以太陽也不應該發光。
但是原子核這一類遵循量子力學原理的粒子卻暗藏玄機:它們透過一種被稱為“量子隧穿”(quantum tunneling)的過程,可以輕鬆地穿透上述的壁壘。
從本質上講,是它們的波粒二象性使它們能夠完成隧穿。正如海浪可以繞過物體(比如沙灘上的卵石)傳播一樣,波也可以繞過物體傳播(比如聲波可以穿透牆壁,讓你聽到鄰居家的電視聲)。當然,作為聲波的介質,空氣並沒有真正地穿透牆壁:空氣中的振動,也就是聲音,使你和鄰居共用的牆壁發生振動,而此振動又推動你房間中的空氣,將相同的聲波傳入你的耳中。但原子核卻不一樣,如果你能像原子核一樣行動,那麼有時候,你真的能夠像幽靈一般直接穿過堅實的壁壘。
太陽內部的氫原子核所做的正是如此:它能讓自己傳播出來,像幽靈一樣穿透能量壁壘,使自己與牆另一邊的夥伴靠得足夠近來完成聚變反應。因此,當你下一次在沙灘上曬太陽時,不妨看看拍打著沙灘的海浪,想一想量子粒子像幽靈一樣波動,這種波動不僅能夠讓你享受溫暖的Sunny,也使得我們星球上所有的生命成為可能。