Помните Ивана Пухова из «Чародеев»? Его главный урок — «Вижу цель — не вижу препятствий». В нашем макромире это - бодрый ментальный настрой. Но в мире квантовых частиц — это буквальное руководство к действию. И называется оно квантовое туннелирование. Непонятно? Мне тоже, давайте разберёмся.
Представьте, что вы — футбольный мяч, катящийся к подножию высокой горы (это и есть ваша «стена»). В нашем привычном мире, чтобы оказаться по ту сторону, вам нужна энергия, чтобы перекатиться через вершину. Если её нет — вы останетесь здесь. Это классическая физика.
А теперь представьте, что вы — не мяч, а призрачный сгусток вероятности, электрон. Перед вами та же энергетическая «гора» — барьер, который по всем правилам вам не преодолеть. Но вот магия: у вас есть шанс не катиться поверху, а проявиться прямо по ту сторону, словно пройдя сквозь потайной туннель в горе. Вы не разрушаете барьер, не перелетаете его — вы «просачиваетесь». Это и есть туннельный эффект.
Почему вы не можете повторить этот трюк?
Всё дело в вероятности. Для электрона или протона шанс туннелирования реален и значим. Но чем больше и сложнее объект, тем эта вероятность стремительнее падает. Ваше тело состоит из невообразимого числа частиц, и для того чтобы все они одновременно «протуннелировали» сквозь стену в одном направлении... Вероятность настолько исчезающе мала, что ей можно пренебречь. Если выразиться образно: чтобы вы прошли сквозь стену благодаря чистому туннелированию, Вселенная, скорее всего, успеет родиться и умереть триллионы раз, прежде чем такое событие случится хоть раз.
Но значит ли это, что эффект — лишь теория?
Вовсе нет! Он работает у вас в руках прямо сейчас.
1. Солнце светит благодаря туннелированию. В его ядре протоны, отталкиваясь друг от друга, всё же сливаются в ядерных реакциях, потому что у них есть крошечный шанс «протуннелировать» сквозь энергетический барьер отталкивания. Без этого наше светило бы не горело.
2. Флешка и компьютер хранят и читают информацию, а современные микрочипы работают благодаря туннельным эффектам в транзисторах.
3. Сканирующий туннельный микроскоп позволяет «видеть» и перемещать отдельные атомы, используя этот самый эффект.
Так что, физически вы не сможете пройти сквозь стену, как Иван Пухов. Но каждый раз, когда вы включаете свет, пользуетесь смартфоном или просто смотрите на Солнце, вы наблюдаете результат этого невероятного квантового «фокуса», который случается триллионы раз в секунду в мире мельчайших частиц. «Невидимое препятствие» для них — лишь условность, и в этом волшебство настоящей, а не сказочной физики.