Het tunneleffect is een verbazingwekkend fenomeen, volledig onmogelijk vanuit het standpunt van de klassieke natuurkunde. Maar in de mysterieuze en mysterieuze kwantumwereld zijn er enigszins verschillende wetten van de interactie van materie en energie. Het tunneleffect is een proces van het overwinnen van een bepaalde potentiële barrière door een elementair deeltje, op voorwaarde dat zijn energie kleiner is dan de hoogte van de barrière. Dit fenomeen heeft een uitsluitend kwantumkarakter en is volledig in tegenspraak met alle wetten en dogma's van de klassieke mechanica. Hoe verbazingwekkender de wereld waarin we leven.
Om te begrijpen wat het kwantumtunneleffect is, kun je het beste het voorbeeld gebruiken van een golfbal die met enige kracht in het gat wordt gelanceerd. Op elke tijdseenheid is de totale energie van de bal in tegenstelling tot de potentiële zwaartekracht. Als we aannemen dat zijn kinetische energie inferieur is aan de zwaartekracht, dan is de aangegevenhet object zal het gat niet alleen kunnen verlaten. Maar dit is in overeenstemming met de wetten van de klassieke natuurkunde. Om de rand van de fossa te overwinnen en verder te gaan, heeft het zeker een extra kinetische impuls nodig. Dus de grote Newton sprak.
In de kwantumwereld zijn de dingen enigszins anders. Laten we nu aannemen dat er een kwantumdeeltje in het gat zit. In dit geval hebben we het niet meer over een echte fysieke verdieping in de aarde, maar over wat natuurkundigen conventioneel een "potentieel gat" noemen. Deze waarde heeft ook een analoog van het fysieke bord - een energiebarrière. Hier verandert de situatie drastisch. Om de zogenaamde kwantumtransitie te laten plaatsvinden en het deeltje buiten de barrière te laten komen, is een andere voorwaarde nodig.
Als de intensiteit van het externe energieveld kleiner is dan de potentiële energie van het deeltje, dan heeft het een reële kans om de barrière te overwinnen, ongeacht zijn hoogte. Zelfs als het niet genoeg kinetische energie heeft in het begrip van de Newtoniaanse fysica. Dit is hetzelfde tunneleffect. Het werkt als volgt. Kwantummechanica wordt gekenmerkt door de beschrijving van elk deeltje, niet met behulp van enkele fysieke grootheden, maar door middel van een golffunctie die verband houdt met de waarschijnlijkheid dat het deeltje zich op een bepaald punt in de ruimte in elke specifieke tijdseenheid bevindt.
Als een deeltje tegen een bepaalde barrière botst, kun je met behulp van de Schrödinger-vergelijking de kans berekenen om deze barrière te overwinnen. Omdat de barrière niet alleen energetisch isabsorbeert de golffunctie, maar dempt deze ook exponentieel. Met andere woorden, er zijn geen onoverkomelijke obstakels in de kwantumwereld, maar alleen aanvullende voorwaarden waaronder een deeltje buiten deze barrières kan komen. Verschillende obstakels interfereren natuurlijk met de beweging van deeltjes, maar het zijn geen vaste ondoordringbare grenzen. Relatief gezien is dit een soort grens tussen twee werelden - fysiek en energie.
Het tunneleffect heeft zijn analogie in de kernfysica - de auto-ionisatie van een atoom in een krachtig elektrisch veld. De vastestoffysica is ook rijk aan voorbeelden van de manifestatie van tunneling. Deze omvatten veldemissie, migratie van valentie-elektronen, evenals effecten die optreden bij het contact van twee supergeleiders gescheiden door een dunne diëlektrische film. Tunneling speelt een uitzonderlijke rol bij de implementatie van tal van chemische processen bij lage en cryogene temperaturen.
