一个人撞墙,有多大概率能穿过去?

如题所述

量子力学中,理论上存在这种可能,这个概率我们是可以估算的,不过完全可以忽略;因为就算你每秒撞一次,从宇宙开始到现在,然后宇宙再重复几亿个来回,也很难发生一次穿过的情况。

量子隧穿效应

经典力学中,一个人撞击一道坚不可摧的墙壁,会被弹回来。

但是在量子力学中,物质由微观粒子组成,微观粒子又具有波动性,于是微观粒子具有一定几率穿过墙,这种现象叫做“量子隧穿效应”。

人由微观粒子组成,所以从本质上说,人也是有一定几率穿过墙的。

量子隧穿效应的本质是不确定性原理,一道V0的势垒,粒子能量为E,对于E<V0,在经典力学中,粒子是不可以穿过势垒的。

但是由于不确定性原理,可以使得粒子向真空“借”能量,从而使得E'>V0,为了保证能量守恒和能量时间不确定性原理(Δt·ΔE≧h/4π)成立,粒子借能量的时间必须非常短,而且“借”的能量是要归还的。

随着势垒和距离的增大,粒子隧穿效应的概率将会大大降低,最终低到可以忽略,从而退化为牛顿力学

建立方程

如下图:V0为方势垒,a为势垒宽度,左边(x<0)是物体穿越前的波函数,右边(x>0)是物体穿越势垒后的波函数。

我们可以围绕三个区域,建立一维定态薛定谔方程

首先做个变量替换,然后对方程进行求解:

结合边界,可以求出粒子贯穿方势垒的概率P:

由概率方程可以看出,方势垒的距离和物体的质量越大,粒子穿越势垒的概率越低,而且概率呈指数衰减非常快。

概率估算

如果我们简单地带入数据:墙厚度0.2米,人的质量60千克,势垒差(V0-E)就取1,算出来的概率都是:

P~10^(-10^34);

即10^-10000000000000000000000000000000000,如此小的概率,就算有一亿个你,同时每秒撞一次墙,从宇宙开始到现在,然后宇宙再重复几亿亿个来回,也很难发生一次穿墙事件。

以上计算,纯属对该问题的定性分析;在实际当中,势垒稍微高于几电子伏特,距离达到几十纳米时,量子隧穿效应几乎就可以忽略了。

温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考
第1个回答  2021-06-21

穿墙的概念,放在现实的生活当中真是匪夷所思,根本就不可能的嘛。

那在量子力学中,就真的可以么?

这个穿墙的效果在量子力学中有一个专业的说法,就是隧穿效应。什么是隧穿效应呢?

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。

为了方便了解,我们可以先做一种假设,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。


量子隧穿的发现

量子隧穿其实是从研究放射性的过程中提出来的。

1896年,法国物理学家贝克勒尔从铀的研究中发现了铀的放射性,接着居里夫妇也参与了这项研究,后来三人还因此一块获得了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。


撞墙与量子隧穿现象

虽说量子隧穿具有普遍性,但这只是相对于微观世界来说的。而对于宏观世界的撞墙,量子隧穿就不适用了。因为宏观世界上就没有产生量子隧穿现象所需要的条件,就是一个高低势垒的产生、海森堡不确定性等等。

简单说,量子隧穿并不适用于穿墙这件事上。

第2个回答  2019-12-26
一个人撞墙,是没有概率能穿过去的,相反,百分百的概率会被墙撞到,所以不建议做这种行为,因为是很危险的。
第3个回答  2019-12-26
肯定是没办法穿过去的人,去撞墙就相当于拿起鸡蛋碰石头一样,最后受伤的只会是自己。所以不管怎样不可能穿过去的。
第4个回答  2019-12-24
一个人撞墙能穿过去的概率应该是0,因为人的力量没有那么大。
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