量子隧穿真的能让人穿墙吗？(量子隧穿现象)
2025年诺贝尔物理学奖授予了三名物理学家，表彰他们在宏观量子隧穿领域的研究突破。他们的实验证明，在特定条件下，宏观物体也能展现“穿墙而过”的量子行为。
这一发现让传说中的“崂山道士”穿墙术再次引发关注。科学如何解释这种神奇现象？人类真的能实现穿墙而过的梦想吗？
在量子力学中，穿墙术有一个专业的名称——量子隧穿效应。这意味着像电子这样的微观粒子，能够穿越高于自身能量的势垒。
在经典物理世界，一个小球要想滚过一座小山，必须具有足够的能量到达山顶，否则只能被阻挡在山前。但在量子世界，即使粒子的能量不足，它仍有一定概率像穿墙而过般“隧穿”势垒。
这一现象的根源在于微观粒子的波动性。根据量子力学，粒子不像我们生活中看到的小球有确定位置，而更像一团弥漫在空间的“概率云”。当这团“概率云”遇到一堵能量“墙”时，它不会在墙前瞬间消失，而是会指数衰减，但仍有一部分会渗透到墙另一侧。
德国科学家通过实验观察到，电子通过量子信道“逃离”原子的速度极为惊人。他们使用百亿分之一秒的阿秒激光脉冲攻击氖原子，终于捕捉到了这一过程的细节。
量子隧穿并非高深莫测的实验室现象，它无处不在，甚至决定了我们的存在。
太阳能够发光发热，正是依靠量子隧穿效应。在经典物理框架下，太阳核心的温度不足以让氢原子核克服彼此间的电磁斥力。但量子隧穿使氢核有机会“穿越”能量壁垒，使核聚变得以持续。
没有量子隧穿，太阳就不会燃烧，地球上的生命也将无法存在。
在生物学领域，量子隧穿同样关键。DNA的自发性点突变中，质子的量子隧穿效应是关键因素。许多生化反应，如光合作用和细胞呼吸作用，也依赖于电子的量子隧穿。
甚至我们每天使用的手机和U盘中的闪存芯片，也利用了量子隧穿原理。芯片通过精确控制电压，让电子“隧穿”过极薄的绝缘层来存储数据。
长期以来，量子隧穿被认为只存在于微观世界。但2025年诺贝尔物理学奖得主的研究打破了这一认知。
约翰·克拉克、米歇尔·德沃雷特和约翰·马丁尼斯通过精巧的实验设计，让量子隧穿行为首次在肉眼可见的电路中显现。他们利用超导材料构建特殊电路，在两个超导元件间夹入纳米级绝缘层，形成“约瑟夫森结”。
实验发现，该系统起初处于零电压状态，像被无形能量墙困住。但随后系统会通过量子隧穿突然“跃出”这种状态，产生可测的电压跃变。这是科学家首次在宏观尺度上捕捉到量子穿墙的确凿证据。
既然组成我们的粒子有穿墙的能力，那整个人是否也可能穿墙而过？答案是：理论上可能，但概率极低。
一个人体包含的数不清的粒子，要实现整个人穿墙，需要所有这些粒子在同一瞬间协同隧穿。这个概率小到什么地步？可能需要的等待时间，远远超过宇宙目前的年龄（138亿年）。
奥地利因斯布鲁克大学的物理学家在实验中观察到，氢同位素氘离子在氢气环境中，每千亿次碰撞中仅一次发生隧穿反应。这还只是单个粒子的情况。
因此，尽管量子隧穿是真实的物理现象，但在日常生活中，我们可以放心地靠墙休息，不必担心会意外穿墙而过。
虽然宏观穿墙难以实现，但量子隧穿效应已在多个领域发挥重要作用。
扫描隧道显微镜（STM）利用量子隧穿效应，实现了原子级分辨率的表面成像。当显微镜的针尖接近样品表面时，电子会因量子隧穿效应穿过针尖与样品间的空隙，形成隧穿电流。通过测量这一电流，科学家能够观测到物质表面的原子结构。
更令人振奋的是，宏观量子隧穿的研究为下一代量子技术——包括量子计算与量子传感——奠定了实验基础。未来，我们可能看到基于量子隧穿的新型计算机，能够解决传统计算机无法应对的复杂问题。
2025年，韩国和德国的科研团队甚至观测到电子在量子隧穿过程中的“势垒内再碰撞”现象，颠覆了传统认知，将为半导体、量子计算机等技术发展提供新思路。
尽管利用量子隧穿实现人体穿墙目前只存在于神话和科幻作品中，但这一量子现象已经深刻改变了我们的技术格局。或许未来某天，随着科学的发展，人类能找到一种方法，让穿墙术成为现实。
