양자역학에는 코펜하겐 학파의 대표 하이젠베르크가 제안한 유명한 불확정성 원리가 있는데, 이는 미세한 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확하게 측정할 수 없다는 뜻이다. 물론 위치를 정확하게 측정한 다음 운동량을 측정할 수도 있지만, 먼저 측정한 것이 최종 측정 결과를 결정한다고 할 수도 있습니다. 일관되지 않은 결과가 발생하며 불확실성 원리에는 운동량, 위치, 시간, 에너지 등과 같은 품질이 파생됩니다.
이 지식을 이해하고 나면 양자 터널링 효과에 대해 이야기할 수 있습니다. 물리학에서 양자 터널링 효과는 물리학자들이 연구하는 가장 흥미로운 현상 중 하나입니다. 그렇다면 양자 터널링 효과란 무엇일까요? 양자 터널링 효과
고전 역학에서는 움직이는 물체가 장애물을 만나면 장애물의 꼭대기를 뒤집어야 통과할 수 있습니다. 이 현상은 에너지의 관점에서 볼 수 있습니다. 움직이는 물체의 에너지가 장애물 꼭대기의 위치 에너지보다 낮으면 물체는 장애물을 통과할 수 없습니다.
그러나 양자역학에서는 이러한 이해가 잘못된 것이다. 양자세계에서 이 움직이는 물체를 미세한 입자로 대체하면, 그 자체의 에너지가 부족할 때 이 미세한 입자는 일정한 성질을 갖는다는 것을 알게 될 것이다. 이 장애물을 직접 통과할 확률.
이런 방법으로 우리는 자신의 에너지가 부족할 때 미세 입자가 여전히 장애물을 직접 통과할 확률이 있다는 것을 발견하게 되며, 과학자들의 연구를 통해 미세 입자가 양자 세계는 "불확실성"뿐만 아니라 "파동-입자 이중성"도 가지고 있으며, 미세한 입자를 정확하게 설명하기 위해 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거는 유명한 슈뢰딩거 방정식을 제안했는데, 이를 통해 우리 인간이 올바르게 설명할 수 있습니다. 이 미세한 시스템의 특성.
이 방정식을 풀면 양자 파동이 "잠재적 장벽"에 직면할 때 진폭이 기하급수적으로 감소하더라도 "잠재적 장벽" 반대편의 진폭은 일정하다는 결론을 내릴 수 있습니다. 0이 아닌 확률은 미세한 입자가 벽을 직접 통과할 확률이 있다는 것을 의미합니다.
일반적으로 양자 터널링이란 입자(예: 전자)가 장벽을 순간적으로 통과하는 능력을 말하며, 전자보다 에너지가 높은 전위 장벽이 있고 장벽에 접근하는 경우를 말합니다. 우리는 일반적으로 입자가 그것을 극복할 수 없을 것이라고 생각하는 것이 직관적입니다. 실제로 이것은 대부분의 경우 사실이지만 모든 전자는 완전히 예상치 못한 동작을 나타낼 수 있습니다. 이는 드문 경우에 전자가 나타날 가능성이 높다는 것을 의미합니다. "장벽"의 반대편. 양자 터널링 효과는 어떻게 제안됐나?
양자 터널링 효과는 퀴리가 폴로늄과 라듐의 방사능을 연구하던 중 문제를 발견했을 때 처음 제안됐다.
가장 흔한 ? 따라서 원자핵 속에는 강한 상호작용력에 의해 생성되는 '잠재적 장벽'이 존재하는데, 원자핵 속의 미세한 입자들은 원자핵을 탈출할 만큼 충분한 에너지를 갖고 있어야 한다. 그러나 실제 상황은 "붕괴"에 의해 발생합니다. 입자는 단순히 핵에서 탈출할 만큼 충분한 에너지를 갖고 있지 않으며, 이 문제는 많은 과학자들을 당황하게 했습니다.
20세기까지 과학자들은 양자역학의 탐구를 통해 양자 세계의 미세한 입자가 '불확실성'뿐만 아니라 '파동-입자 이중성'도 갖는다는 사실을 발견했고, 이후 1927년 프리드리히가 Hund는 분자 분광학을 연구하면서 이중 우물 전위의 사례를 연구했으며 심지어 대칭 양자 상태와 홀수 대칭 양자 상태도 양자 중첩으로 인해 불안정한 파동 패킷을 형성한다는 사실을 발견했습니다. 우물은 중간 장벽을 통과해 다른 우물로 갔다가 다시 돌아왔습니다. 이 발견은 많은 과학자들에게 충격을 주었습니다.
이후 1928년 미국 물리학자 가모프(Gamow)는 양자 터널링 효과를 이용해 핵의 알파붕괴를 설명하는 논문을 발표했고, 동시에 다른 두 과학자도 이에 대한 독립적인 이론적 설명을 내놨다. 알파 붕괴, 그들은 슈뢰딩거 방정식을 기반으로 입자의 터널링 확률을 발견했습니다.
그 후 1962년 브라이언 조셉슨(Brian Josephson)은 초전도체 두 초전도체 사이의 절연 산화물 얇은 층에 의해 만들어진 전위 장벽을 초전류가 통과할 수 있다는 이론적 예측을 발표하고, 이 현상은 전자쌍의 교차 효과에 기인한다고 말했습니다( 쿠퍼 쌍).
2016년이 되어서야 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory) 연구팀이 실험에서 물 분자의 터널링 효과를 관찰했습니다. 양자 터널링 효과의 응용은 무엇입니까?
양자 터널링 효과를 이해하고 나면 가장 직관적으로 이해되는 개념은 '벽 관통'입니다. 일반적인 상황에서 테니스 공이 벽에 부딪힌다고 상상해 보세요. 기술적으로 양자역학에 따르면 공이 벽 반대편에 있거나 벽 자체에 박혀 있을 가능성이 통계적으로 있습니다. 기술적 수단을 통해 이 물체를 기본 입자 크기로 줄이면 이 입자는 다음과 같이 됩니다. 더 이상 장애물이 없으며 원하는 곳 어디든 통과할 수 있습니다.
따라서 우리 기술이 체내 모든 원자, 전자, 기타 물질의 터널링 현상을 동시에 구현할 수 있다면 '벽 관통'도 이룰 수 있다.
매우 이상하고 심지어 불가능한 사건처럼 들릴 수도 있지만, 실제 양자 터널링 효과는 지구에서 매우 중요한 의미를 갖습니다. 태양과 같은 별이 빛날 수 있는 것은 바로 양자 터널링 효과 때문이다.
태양은 핵융합으로 인해 빛과 열을 방출하는데, 양전하를 띤 두 개의 핵이 서로 충돌하여 새로운 원소를 형성하지만, 이로 인해 두 핵이 모두 양전하를 띠게 됩니다. 서로 반발하므로 핵이 융합하려면 에너지 장벽을 극복해야 합니다. 그러나 태양의 핵은 이 장애물을 극복할 만큼 에너지가 충분하지 않으며, 이 과정을 달성할 수 있는 유일한 방법은 양자 터널링이 일어난다는 것입니다.