تونل زنی کوانتومی چیست؟ تونل زنی کوانتومی مثل همان حرکت اروا | کیهان شناسی
تونل زنی کوانتومی چیست؟
تونل زنی کوانتومی مثل همان حرکت ارواح از درون دیوار در فیلم هاست! البته نه به همان کشکی! این پدیده #ریاضیات پیچیده ای دارد. برای روشن تر شدن موضوع به شکل نگاه کنید؟
فیزیک کلاسیک می گوید اگر سنگ(در تصویر بالا)بخواهد به سمت دیگر تپه برود، لاجرم باید شخصی آن را به بالای قله برده و از آنجا به پایین هل دهد، اما #مکانیک_کوانتوم راه را کوتاه کرده و میگوید، سنگ می تواند از دل کوه عبور کند! این پدیده اگرچه برای ما آدم های ماکروسکوپی، خنده دار و غیرممکن به نظر می رسد، اما لحظه به لحظه در دنیای کوانتومی اتفاق می افتد! حتما الان با چشمان از حدقه بیرون زده می پرسید چطور؟
اول فاتحه ای نثار روح پرفتوح #هایزنبرگ مرحوم کنید که با اصل عدم قطعیتش، علتی برای اکثر پدیده های کوانتومی فراهم کرد! طبق اصل عدم قطعیت، نمی توان مکان و اندازه حرکت یک ذره را باهم اندازه گیری کرد و ما هیچگاه نمی توانیم مکان یک ذره با اطمینان کامل مشخص کنیم، بلکه همیشه این مقدار با عدم قطعیتی همراه خواهد بود. پس همواره برای حضور ذره در هر جایی احتمالی وجود دارد! یعنی برای حضور دره در آن سمت تپه هم احتمال معینی وجود دارد! تونل زنی در واقع به دوگانگی موج-ذره هم بستگی دارد و اینکه مثلاً یک #الکترون مثل یک موج، موقعیت مشخصی ندارد و بنابراین می تواند از سدهای به ظاهر غیرقابل نفوذی عبور کند.
تونل زنی کوانتومی نقش مهمی در همجوشی هسته ای در خورشید دارد. دانشمندان موسسه تحقیقاتی فیزیک و مهندسی ANU اعضای تیمی هستند که آزمایش های فوق سریع را در مقیاس اتوثانیه (که طی ۱۰ سال گذشته توسعه یافته) مطالعه کرده اند. در واقع آنها ظریف ترین و حساس ترین فرآیند طبیعت را مدلسازی کردند. تا قبل از این پژوهش، توضیح بعضی از پدیده های اتوثانیه، مانند تاخیر زمانی یونیزه کردن اتم توسط یک فوتون، به روشنی ممکن نبود. در چنین فرآیندهای فوق سریعی، مدت زمانی که یک الکترون به خارج از اتم تونل می زند، بسیار مهم است. اما #ریاضیدانان می گویند که زمان پدیده ی تونل زنی، موهومی است، یعنی یک عدد پیجیده که معنای آن را تنها به صورت یک فرآیند آنی درک می کنیم. حالا یک پارادوکس جالب مطرح می شود، زیرا سرعت الکترون در حین تونل زنی ممکن است بزرگتر از سرعت نور شود! اما این برخلاف نظریه ی نسبیت خاص نیست، زیرا سرعت تونل زنی، یک عدد موهومی است! نتایج این پژوهش نشان می دهد که تاخیر در یونش نوری ناشی از تونل زنی کوانتومی نیست، بلکه حاصل میدان الکتریکی جاذبه ای هسته به الکترون در حال فرار است. این نتایج، معیار دقیقی را برای پژوهش های اتوثانیه بدست می دهد. محققان این پروژه معتقدند که این آزمایش می تواند مرجع خوبی برای آزمایش های آینده، مانند تانشدن پروتئین ها یا سرعت گرفتن الکترون ها در میکروچیپ ها باشد.
