Navikli smo svijet vidjeti u potpunosti i u potpunosti se pokoravati zakonima klasične mehanike. Ima uzroke i posljedice - a prvi nužno prethode drugima. Ali na mikrorazini, pojedinačnim česticama upravljaju vlastiti zakoni, čiji su kod znanstvenici nazvali kvantnom mehanikom. Neki od tih zakona toliko su neobični da ih je nemoguće razumjeti - samo ih matematički opišite i prihvatite.
Jedan od neobičnih fenomena kvantnog svijeta je učinak tuneliranja. U općenitom slučaju, ovo je naziv za prolazak čestice kroz prostor prostora, čije prisustvo klasična mehanika zabranjuje. Najčešći primjer je čestica koja se probija kroz energetsku barijeru kada je njena energija manja od visine ove barijere. U stvarnom svijetu to se može usporediti s tim kako osoba koja trči brzinom od 25 kilometara na sat prestiže konja koji joj bježi brzinom od 50 kilometara na sat. A u mikrokozmosu je takva situacija u redu.
Tako je umjetnik zamišljao prijelaz elektronskog para kroz energetsku barijeru iz jednog supravodičnog sloja u drugi / Ilustracija RIA Novosti. Alina Polyanina
Čitava je stvar u zakonima kvantne mehanike prema kojima je nemoguće tvrditi da čestica ima određenu energiju u određenom trenutku. Postoji matematički odnos između točnosti mjerenja energije i vremena potrebnog za mjerenje. Te su vrijednosti međusobno obrnuto proporcionalne: veća točnost u određivanju energije neizbježno dovodi do veće pogreške u određivanju vremena mjerenja energije - i obrnuto. Formula za ovu relaciju je: ΔEΔt ⩾ ћ (ћ = h / 2 pi).
U gornjem izrazu, ΔE i Δt su promjene energije i vremena, h je Planckova konstanta. Znanstvenik Max Planck, jedan od utemeljitelja kvantne mehanike, imenovao je koeficijent proporcionalnosti između frekvencije elektromagnetskog vala i minimalne količine energije koju taj val može nositi. Prevedimo fizikalne zakone u novčani ekvivalent. Najmanji apoen ruskog novca je jedna kopejka. Više ga nije moguće podijeliti na pola (fizički utjecaj se ne uzima u obzir), nemoguće je utvrditi cijenu nečega s točnošću od pola ili jedne desetine penija. Ovo je najmanja cijena koju možemo dati bilo kojem predmetu. A u kvantnom svijetu taj se "peni" naziva Planckova konstanta.
Njemački teorijski fizičar Max Planck
Gotovo je nemoguće ostvariti efekt tunela na fizičkoj razini. Pokušajmo to objasniti analogno svakodnevnoj situaciji. Recimo da prodavačica želi ići na spoj u lijepoj i vrlo skupoj haljini, ali nema novca da je kupi. Voditelj trgovine dolazi popodne provjeriti kasu. Tada djevojka uzima novac, kupuje haljinu i navečer odlazi na sastanak s gospodinom. I sutradan vraća haljinu u trgovinu (naravno, zdravu i zdravu), a novac dobiven natrag - na blagajni. Isto tako, čestica vjerojatno "posuđuje" energiju i vraća je prije nego što se "gubitak" može otkriti.
Matematički aparat kvantne mehanike pokazuje da što je veća barijera, to je manja vjerojatnost da će se dogoditi takva "naklonost" energije. Prilikom prelaska na složenije objekte (uključujući ljudsko tijelo), koji se sastoje od većeg broja čestica, ostaje mogućnost tuneliranja, ali postaje vrlo malo vjerojatna, jer zahtijeva da sve čestice istovremeno izvrše prijelaz. Ipak, ako bi osoba posjedovala beskonačan život (koji premašuje starost svemira), prije ili kasnije mogla bi prodrijeti kroz betonski zid. Istina, broj pokušaja potrebnih za to vrlo je teško zamisliti.
Promotivni video:
Dakle, mogućnost tuneliranja čestica kroz barijeru posljedica je određenog omjera energije i vremena njenog mjerenja. Vrijednost Planckove konstante uključena u ovaj izraz iznosi 6,626070040 * 10 *3⁻ džula u sekundi. Kad bi se ta vrijednost povećala, naš bi svijet poludio. Komadići leda procurili bi kroz zid stakla, kavezi za životinje bili bi beskorisni i ne bi postojale fizičke zapreke za ljude. Ali zbog male vrijednosti Planckove konstante, samo nekoliko čestica posjeduje takve vještine.
Tunel prolaska čestice kroz energetsku barijeru temelji se na nekim fenomenima nuklearne i atomske fizike, pa se čak koristi u mikroelektronici. Zbog ove pojave elektroni su u stanju "pobjeći" s metalne površine, a u poluvodiču se, pod određenim uvjetima, na grafikonu struje i napona pojavljuje dodatni presjek. Učinak tuneliranja može biti štetan - na primjer, u tranzistorima s efektom polja, gdje se nekontrolirani prodor nosača naboja kroz energetsku barijeru smatra nedostatkom.
Olga Kolentsova
