在《聊齋 · 嶗山道士》故事中，書生王生前往嶗山學(xué)法術(shù)，幾個月后吃不了修行的苦，決定下山。臨行前他軟磨硬泡讓道長教他一些法術(shù)，道士將穿墻術(shù)教給了他。王生回到家中，迫不及待跟妻子顯擺穿墻法術(shù)，不曾想，頭被墻撞了個大包也沒成功?？上跎鷮W(xué)藝不精，又沒有天生大力，成為了口口相傳的笑話。
假如王生有機會來到量子世界，會有怎樣的一番奇遇呢？
現(xiàn)在，王生已經(jīng)來到量子世界了，并且是一維的量子世界。在一維的世界，他只能沿著一個方向運動，為了方便描述，就規(guī)定他只能向左、向右走動吧。
他向右走啊走啊，遇到了“一堵墻”，墻壁厚2a。請尊貴的三維讀者時刻記住，這是在一維的世界，所以該墻沒有長度，只有厚度。這堵墻具有勢能V，它的“高度”就代表著跨越這堵墻的難度，為此它還有個很高冷的名字叫“勢壘”。
小結(jié)一下，目前的情況就是：能量為E的王生從左向右運動，碰到了一堵勢能V，厚2a的墻。
接下來會發(fā)生什么事情呢？我們接下來分兩種情況討論：
當E大于等于V時，這相當于于王生有大力，能量很高，他很輕松就能穿到勢壘的右邊。在宏觀世界，從高的山坡沖下來，可以越過較低的山坡。反過來，從較低的山坡沖下，就無法越過較高的山坡。
當E小于V，宏觀世界里王生穿不過，量子世界情況是怎樣的呢？可以列薛定諤方程求解。
勢壘把一維世界分成了3個部分，勢壘左邊，勢壘本身，勢壘右邊。3個部分的定態(tài)（不隨時間變化）薛定諤方程分別為：
當E小于V時，大部分波反射彈回，一部分波穿到了勢壘右邊。在這里，波指的是概率波，它和粒子出現(xiàn)的概率相關(guān)（波函數(shù)模的平方等于粒子出現(xiàn)的概率）。透射的概率、反射的概率加起來等于1，滿足概率守恒條件。
從計算結(jié)果還能總結(jié)出一些規(guī)律：
（1）E越接近勢壘V，透射概率越大；
（2）勢壘V比E越高，透射概率越小，這和直覺也是一致的，墻越高，穿越更加不易；
（3）墻越厚（a越大），透射概率越小；
（4）王生質(zhì)量m越小，透射概率越大……
不管怎樣，透射概率總是大于0，王生總有一定概率穿到墻的另一側(cè)。他是怎么穿過比自己能量還高的勢壘的？無人知曉。這個現(xiàn)象有個名字，就是量子隧穿效應(yīng)。
恭喜王生，在量子世界，他什么法術(shù)都不用學(xué)，量子力學(xué)讓他自動具備了穿墻本領(lǐng)。幾次失敗不算啥，沒有爬不過去的山，沒有跨不過去的坎，只要嘗試次數(shù)足夠多，總有一次會過去的。如果再多花點心思，多多鍛煉減減體重，選不那么厚的墻，穿墻的概率還能再高一些。王生重生量子世界的故事就到這里了，是不是還品出了點心靈雞湯味？
言歸正傳，當人們最初從薛定諤方程得到量子隧穿這樣反直覺的結(jié)果時，不疑惑是不可能的，這個結(jié)果有沒有物理意義呢？
有的。1928年喬治·伽莫夫就用量子隧穿效應(yīng)解釋了原子核的阿爾法衰變。
阿爾法衰變指的是原子核放出一個由2個質(zhì)子2個中子組成的α粒子，原子序數(shù)減2。在原子核內(nèi)，中子和質(zhì)子通過強相互作用緊緊束縛在核內(nèi)，強相互作用是四大基本力中最強的。在經(jīng)典力學(xué)中，核內(nèi)的質(zhì)子、中子需要超強的能量才能逃出強相互作用筑起的壁壘，經(jīng)典力學(xué)無法解釋阿爾法衰變。
根據(jù)量子隧穿效應(yīng)，粒子不需要具有比勢壘還強勁的能量也能逃出原子核的束縛；粒子可以概率性地越過原子核的勢壘，逃出原子核的束縛。伽莫夫提出，原子核的勢壘由吸引的強相互作用與排斥的庫侖作用共同形成。
在此基礎(chǔ)上，他用薛定諤方程推導(dǎo)的結(jié)果解釋了阿爾法衰變。
責(zé)任編輯:王華
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