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按量子力学来说,一个人撞墙,有多大概率能穿过去?

提问时间:2023-07-05 11:50关键词:量子

按量子力学来说,一个人撞墙,有多大概率能穿过去?

点赞1、海城市 网友:云若依

穿墙的概率小到不可想象,以至于现实中不可能发生(虽然人类数量达几十亿,相对于穿墙的概率仍然显得太渺小了)!

这样说是有原因的!需要先了解微观世界的“量子隧穿效应”!

这里就尽量不用专业的术语来解释“量子隧穿效应”,比如会涉及到薛定谔方程,位势垒,不确定性原理,德布罗意假说等等,那样反而更难以理解!

举个宏观世界最通俗的例子,你想翻越一堵墙,必须需要足够的能量,比如说需要100的能量值,当能量值小于100时,无论如何你都不能翻越墙壁到达墙的另一侧!

但在微观世界,并不是那样的,即使微观粒子没有足够的能量,也能有一定几率穿越“那堵墙”,到达“墙”的另一侧。这就是所谓的“量子隧穿效应”!

这种效应并非一种假说和猜想,是真实存在的现象,而且你不要以为这种现象只发生在微观领域,事实上我们现实生活中与这种现象息息相关,如果没有“量子隧穿效应”,我们今天见到的一切都不存在!因为今天我们所知的太阳核聚变,光合作用,细胞呼吸都与这种效应息息相关,甚至可以说是生命存在的根本!

好像有点跑题了。话说回来,虽然有量子隧穿效应,但并不是所有微观粒子都能发生这种隧穿效应,是有一定几率的,这种几率即使对子微观粒子也不是很大,再加上人体是由多达5千亿亿亿个原子构成的,所以一个人要想穿越墙体,必须保证所有的原子同时发生“量子隧穿效应”,这几率太小太小了!

有人大致计算过,正常一个人穿越墙体的几率只有10的35次方分之一,这是什么概念?举个例子,即使从宇宙起源开始,每一秒钟试一下穿越墙体,按照几率来算也不能成功穿越一次!

点赞2、海城市 网友:亡灵召唤

如果不限定条件,有100%的概率。理论上有若干种方式,仅举5种可行的方式:

1丶在梦境中。

2丶在虚拟世界中。

3丶黑暗中的光幕墙。

4丶水幕墙。

5丶豆腐墙。

点赞3、高密市 网友:倾城颜

一个人撞墙能穿过去的概率为0.0000001%,为什么不直接等于0呢? 因为还有种魔术叫穿墙魔术,哈哈,开个玩笑而已。 (? ̄▽ ̄)?


用量子力学的观点来看,电子具有波动性,其运动用波函数描述,而波函数遵循薛定谔方程,从薛定谔方程的解就可以知道电子在各个区域出现的概率密度,从而能进一步得出电子穿过势垒的概率。该概率随着势垒宽度的增加而指数衰减。因此,在宏观实验中,不容易观察到该现象。

微观粒子会出现量子隧穿效应,只是观测到偶发的现象,并不是所有粒子(即使观测对象为同类粒子)都会发生,因此只能用概率去解释,并没有真正解开其发生的本质原因。

以下文字纯属个人观点,你也可以说是民科式的臆想,欢迎讨论、质疑,请轻喷哈。

为什么有些粒子能穿过势垒,有些粒子不能,为什么有些粒子能与其它粒子组合成物质,组合成物质后却又不会一直稳定,而是无时不刻地与各种场能或物质之间进行着能量交换,从而导致任何物质都会有“生命期”?

电荷(electric charge) ,为物体或构成物体的质点所带的正电或负电,带正电的粒子叫正电荷(表示符号为“+”),带负电的粒子叫负电荷(表示符号为“﹣”)。也是某些基本粒子(如电子和质子)的属性,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。



因为粒子的电荷相吸,粒子间才能有种粘合作用,因为电荷相斥,粒子间才会一直有间隙,物质结构密度也才会有大有小。 但是也有粒子是电荷中性的,不一定是原子的中子。这类粒子会起到介质的作用,在传导的过程中会变成带电荷。 当粒子组合成原子,原子再组合成分子,直到组合成物质。每一种物质都含有大量的带有正、负电荷和中性的粒子。电荷之间相抵越趋近于中性,物质结构越稳定,密度越大。当正电荷粒子数占比例较大时,其组合成的物质呈正电属性。反之,当负电荷粒子数占比例较大时,其组合成的物质呈负电属性。则宏观物质之间亦会出再同性相斥,异性相吸的现象。

而大部分的物质都呈中性。比如墙。 墙和人体相比较,墙不带电,结构更稳定,密度更大。人体则是具有生物电磁场的,因此人会有异性区别,会有静电,甚至会有自燃现象。结构更不稳定,也更疏散。

如果有种仪器或者场能,能够在瞬间改变人体的电荷,使之整体呈负电属性。在墙的另一面设置一个强大的呈正电属性的场,在改变电荷的瞬间与墙对撞,那么穿墙而过的概率将会提到大幅提高,虽然不能保证达到百分百,但是至少能有百分七八十的概率。

好了,以上纯属思想实验,请勿实践,缺胳膊断腿的可不好(*^ω^*)大家早安!(?′ω`?)

点赞4、巴中市 网友:似狗非友

根据量子力学,一个粒子在经过一堵墙/阻隔的时候,有极小的概率可以穿过它。这就是量子隧穿效应。

而隧道扫描显微镜,就是根据隧穿效应制造的。所以你们也不要无端质疑这个效应的真实性了,它已经经过了无数次的检验了。

我们要计算人穿过一堵墙的概率,其实需要一个隧穿概率公式,这个公式是一个近似公式(WKB近似),但精度足够了:

其中V0是势能壁垒的高度,而E是物质的能量。m是物质的质量,x2-x1就是宽度。hbar是约化普朗克常量。

人假设是60kg,速度是1m/s,这样能量就是30J。而穿墙的能量要多少呢?我们平时钉钉子,大约得要100N的力,才能穿入1mm。那么就可以假设1mm^2的面积,前进1mm,需要100N*1mm=0.1J。换算到人,非常近似的、只计算数量级,大约是多少呢……

这个数实在是太小了……

所以换成科学记数法,是:

这有多小呢?10^-8就已经是一亿分之一了,而这个概率上的指数,却仍然需要科学记数法来计算!

一件事的概率这么小,从宇宙诞生到毁灭,恐怕都不会发生一次。

点赞5、如皋市 网友:醉歌离人

感谢邀请。

每只充满好奇的猫都想着穿墙而过,通过9又3/4月台,坐上前往霍格沃茨的列车。在量子力学的世界里,这一切都不是妄想。



量子力学是微观世界物体运动规律的研究理论。在微观世界里,原子、分子等粒子的运动规律不同于经典力学领域,粒子位置不止一个,运动也不会沿单一路径从一个点到达另一个点,而且跳跃的范围。根据量子理论,粒子的运动行为像波,可以从波的角度考虑粒子的可能特性,而不是确定性。



不确定性造成了微观世界里对于粒子的行为描述只能用某时刻出现在某位置的概率来描述,也就是出现了我们在讨论的这个题目的原因。

一道波撞到墙上,几乎全部的粒子会被反弹回来,但在微观世界中看这个现象,并粒子不是被挡住了,而是波粒子出现在墙另一侧的概率太低。如果人去穿墙,需要人体所有的粒子同时出现在墙的另一侧,但这个概率10的负几百数量级,可以说几乎等于0。

点赞6、南通市 网友:清水幽萍

答:量子力学中,理论上存在这种可能,这个概率我们是可以估算的,不过完全可以忽略;因为就算你每秒撞一次,从宇宙开始到现在,然后宇宙再重复几亿个来回,也很难发生一次穿过的情况。


量子隧穿效应

在经典力学中,一个人撞击一道坚不可摧的墙壁,会被弹回来。

但是在量子力学中,物质由微观粒子组成,微观粒子又具有波动性,于是微观粒子具有一定几率穿过墙,这种现象叫做“量子隧穿效应”。

人由微观粒子组成,所以从本质上说,人也是有一定几率穿过墙的。


量子隧穿效应的本质是不确定性原理,一道V0的势垒,粒子能量为E,对于E<V0,在经典力学中,粒子是不可以穿过势垒的。

但是由于不确定性原理,可以使得粒子向真空“借”能量,从而使得E'>V0,为了保证能量守恒和能量时间不确定性原理(Δt·ΔE≧h/4π)成立,粒子借能量的时间必须非常短,而且“借”的能量是要归还的。

随着势垒和距离的增大,粒子隧穿效应的概率将会大大降低,最终低到可以忽略,从而退化为牛顿力学。


建立方程

如下图:V0为方势垒,a为势垒宽度,左边(x<0)是物体穿越前的波函数,右边(x>0)是物体穿越势垒后的波函数。



我们可以围绕三个区域,建立一维定态薛定谔方程:



首先做个变量替换,然后对方程进行求解:


结合边界,可以求出粒子贯穿方势垒的概率P:


由概率方程可以看出,方势垒的距离和物体的质量越大,粒子穿越势垒的概率越低,而且概率呈指数衰减非常快。


概率估算

如果我们简单地带入数据:墙厚度0.2米,人的质量60千克,势垒差(V0-E)就取1,算出来的概率都是:

P~10^(-10^34);

即10^-10000000000000000000000000000000000,如此小的概率,就算有一亿个你,同时每秒撞一次墙,从宇宙开始到现在,然后宇宙再重复几亿亿个来回,也很难发生一次穿墙事件。

以上计算,纯属对该问题的定性分析;在实际当中,势垒稍微高于几电子伏特,距离达到几十纳米时,量子隧穿效应几乎就可以忽略了。


好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!

点赞7、章丘市 网友:友珍。

我可以很负责很干脆地告诉你:零概率。

量子力学描述的现象只发生在量子领域

所谓量子领域就是微观领域,量子力学理论只在描述微观粒子世界的现象时有效,这些现象在宏观世界不存在。

这个微观有多小呢,主要在亚原子层面,就是比原子还小的层面。一根绣花针的针尖直径约10μm(微米),也就是约0.000001cm^2,这似乎已经很小了,但对于量子来说,还是巨大无比的宏观物质。原子直径约10^-12cm,视面积约10^-24cm,这样,就可以在一个针尖上排列100亿亿个原子。

而亚原子则比原子小多了,也就是中子、质子、电子等,这些亚原子直径都在10^-17cm以下,因此一个针尖上就可以排列10000亿亿亿个。量子隧穿效应主要发生在这种人类无法看见的亚原子或原子层面,最大也只能在某些分子(如水分子)层面,到针尖这么大就完全不可能了,更别说达到人这种级别的宏观现象了。

所以奉劝有这种幻想的人,别去尝试。因为你撞多少次都会碰得头破血流,撞得越重死得越快,除非这堵墙是豆腐做的。

量子遂川效应是怎么回事

引起许多人幻想能够穿越墙壁,从而可以做许多随心所欲事情的理论,是一些人对量子力学量子隧穿效应理论的错误理解。

所谓量子隧穿效应,是指像电子这样的微观粒子能够穿入或穿越位势垒的量子行为。位势垒是一个复杂的概念,要说清楚就要涉及一系列函数方程等许多知识(下图只是一点点),这里就不讨论了。

通俗地说,量子隧穿效应就是微观粒子可以跳过看似不可能逾越的高墙,这堵墙就是原本不可以突破的位势垒。在经典力学,也就是我们宏观世界这本来是不可能的事情,但在量子世界,这个粒子就有越过这堵高墙的概率。注意,这里也只是概率,并非绝对。

所谓位势垒,并不是真正的墙或隔断之类的可见物质,而是能量。就如原子里的粒子会被原子核的能量束缚,逻辑上必须有超强能量才能够跳出原子核能量位势。因此,按照经典力学理解,这些粒子是逃不脱原子核位势的。

但α衰变过程,α粒子从原子核中射出,并不需要大于原子核位势的能量。这种现象只能用量子力学的不确定性原理和波函数来解释。

这个理论建立后,科学界更好地揭示了恒星内部的核聚变、放射性衰变、天体化学、量子生物学里的一些现象,促进了科学研究的深入。科学家们还根据量子隧穿效应理论,研制出了扫描隧道显微镜,两位发明者格尔德·宾宁和海因里希·罗雷尔,以及电子显微镜发明者恩斯特·鲁斯卡共同分享了1986年诺贝尔物理学奖。

量子世界有许多奇异现象都只能发生在微观层面

量子理论里最著名的理论有不确定性原理和波函数坍塌。

不确定性原理又叫测不准定律,是海森堡于1927年提出。这个理论的核心内容,就是人们不可能同时知道一个粒子的位置和它的速度,因为粒子位置不确定性必然大于或等于普朗克常数除以4π,公式为ΔxΔp≥h/4π。

这个理论表明微观世界的粒子行为与宏观世界物质运动完全不一样。在我们宏观世界,对于汽车、飞机,甚至宇宙飞船,都能够同时知道它的位置和速度,因此用经典物理学就很难理解。

波函数塌缩是指某些量子力学体系内部与外界发生作用后,波函数会发生改变,变为其中一个本征态,或若干个具有相同本征值的本征态线性组合现象。这句话怎么理解呢?其实这也是量子测不准原理的一个延伸,就是说量子测量会改变量子行为,由波状态转为粒子态,而且观测结果具有不确定性。

对量子力学里面的一些奇异现象,不要说吃瓜群众不理解,就连量子力学开山鼻祖之一的爱因斯坦和创立量子力学波动方程(薛定谔方程)的薛定谔也很迷惑,曾经在上世纪与哥本哈根派(其理论被称为哥本哈根诠释,后来被确认为正统量子力学理论)进行了半个世纪的论战,最终败下阵来。

其中最著名的一个例子就是思维实验“薛定谔的猫”

这只可怜的“猫”是薛定谔凭空创造出来的,他的构想是:在一个密闭的盒子里,有一只猫,这只猫随时处于危险中,因为在盒子里放有一瓶毒气,毒气瓶上有一个足以砸碎瓶子的铁锤,这个铁锤受放射性元素衰变控制,谁也不知道这个元素什么时候衰变。

这只猫有两个结果:其一,只要元素发生衰变,这个铁锤就会落下,被打碎瓶子里的毒气溢出,猫必死无疑;其二,元素没有发生衰变,这只猫一直活着。

问题是:这只猫到底是死了还是活着呢?

根据经典力学的理论,这只猫的结果有两种,而且很明确,即不是死了,就是活着。但由于盒子密闭着,外面的人在没打开盒子前,谁也不知道猫的死活,只有打开盒子,才确切知道这只猫是死了还是活着,两者必有其一。

但量子力学根据不确定性原理和波函数坍塌理论,认为这只猫在没有打开盒子前,一直是处于又死又活的叠加态,不存在死了或活着的一种状态。只有在打开盒子那一刹那,观测使波函数坍缩,这只猫就从波的叠加态塌缩成本征态,也就是或者死了,或者活着。

两者的争议的焦点是:经典力学认为,在盒子没有打开前,这只猫已经死了或者活着,打开了盒子才能够知道结果;量子力学却认为,既知道打开盒子前,也知道打开盒子后的状态,猫的死活是在打开盒子那一刹那决定的,在没有打开盒子前,猫处于又死又活的叠加态。

好,我们现在按照平时吃喝拉撒的宏观常识,支持哪种说法呢?当然是经典力学的方法了,量子力学的说法不是神经病说胡话吗?好,祝贺你,你的想法与爱因斯坦和薛定谔这些大师级科学家如出一辙。

薛定谔弄这个思想实验,就是想讽刺量子力学那些支持诡异现象的理论。但后来的事实证明,在量子世界那只猫真的就是这样,没打开盒子前又死又活的魔幻潇洒着,这些诡异现象在量子世界就是真实存在。

裁判这次争论对错的是著名的贝尔不等式实验,这个实验证实了哥本哈根诠释的可靠性,而且得到了科学界的普遍承认,由此哥本哈根诠释成为量子力学的正宗理论。(有关贝尔不等式,过去已经说过,今天就不扯了)

量子力学理论和爱因斯坦相对论相结合,才能够更精准地认识我们这个世界,这已经成为今天科学界的共识。现在,量子力学理论正在各个科学研究领域和技术应用领域发挥着重要作用,推动人类文明向更高层次发展。

量子力学理论解释了量子世界许多诡异现象,薛定谔的猫是这样,量子隧穿效应也是这样,还有量子纠缠、退相干等等诡异现象也是如此,但这些都只是发生在量子层面的现象,不能用宏观现实世界的逻辑去验证。

过去爱因斯坦和薛定谔等科学家们与哥本哈根派的论战,是那个时代的科学之争,现在这些理论已经成为常识,还要去牵强附会,甚至与神鬼玄说勾连起来,就是愚昧了。你说呢?欢迎讨论,感谢阅读。

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点赞8、崇左市 网友:莞尔笑。

这个问题应该和量子隧穿有关,量子隧穿是量子力学中的一种特殊现象,它科学的解释是,像电子等微观粒子,能够穿入或穿越位势垒的量子行为,这个解释听起来就很复杂,一般的人肯定听不懂,我尽量简单的进行解释一下好了。

假设现在有一堵墙,如果我们要去墙的那边,就需要翻墙而过,但翻墙是需要能量的,如果你没有力气,肯定是翻不过去的,但在微观的粒子世界当中,粒子有时候不需要翻墙,它可以直接穿墙而过,出现在另外一边,那么这个现象就是量子隧穿。

但这里有一个问题,不是所有的粒子都会穿墙而过,比如说有一大堆粒子撞在墙上,大部分的粒子都被反射出去了,只有少数的粒子,可以出现在墙的另一边,所以量子隧穿的效应是偶然性的,你根本无法让所有的微观粒子,都穿墙而过,出现在墙的另一边。

最后人类的本身,是一种现实宏观物质,我们的身体,确实是由无数的微观粒子组成的,但除非你能让组成身体的所有粒子,都一下子出现量子隧穿的现象,否则人是无法穿墙的,因为科学家已经告诉我们了,只有非常少数的粒子,才可以穿墙而过,所以人只能撞墙,而非穿墙……

点赞9、佳木斯市 网友:山顶洞人

大家回答的都太专业了!我没文化,但是我告诉你们,一个人撞墙。他能穿过去的概率,为零!!!!!!真的为零!!!!但墙必须要保证是真的墙!!!!

点赞10、新泰市 网友:百般沧桑

概率近乎等于零,可以认为没有这个可能性。下图崂山道士

这个问题可以如下一个模型来探讨(注意:这个模型的计算的结果是远远大于真正能穿透过去的概率的,原因在最后在说)

以上这图是用在量子力学中被叫做有限位势垒问题的,简单来说,我们可以算出一个能量为E的粒子能穿透能量为U的势垒的概率是多少。(注意E可以小于U,也叫隧道效应。就好比让一个人去穿一堵厚墙,而且有概率可以保证不死且穿过)

只考虑一维运动,也就是沿着上图中x轴的方向冲过去,先不具体这个人的质量、速度,考虑定态薛定谔方程(下图)以及势垒分布

解上述方程,最后可以得到E小于U情况下的透射系数D

考虑到粒子能量远小于势垒能量(对应于人和墙的问题)

这个透射系数D可以约为

字母a是代表势垒的厚度、μ是质量,可以认为是墙厚度

这时,可以将问题数据带入,随意假设几个,算下来的结果至少都是负几十位的数量级,也即是小数点前面紧跟着几十个零,概率远远远远小于1。

或者可以从不确定关系理解穿墙这个问题

除了平时咱们平时了解的位置和动量不确定关系之外,还有能量和时间的不确定关系,它们符合下图方程

也就是说一个粒子,如果知道处于一个状态的时间,那么它的能量就有一个不确定量;时间越短,能量不确定量越大。如果在某个短暂时间里,粒子能量E高过势垒能量U,再由于势垒厚度合适,这个粒子就能过去了,随后能量又变低了。

之前开头说这个算下来的概率要比实际条件下更大?为什么呢?

因为将一个人比作一个粒子,是不适合的,这是完全从估计的角度去考虑这个问题。实际上,人体的组成粒子非常多,应该考虑每个粒子穿过去的概率,那么这个概率将会更低,并且我们还没考虑每个粒子之间是否存在独立,也就是是否影响其他粒子,而且即便全部都穿过去,是否保证身体全部完好,别到时候穿过去了,就散成了一堆粒子,考虑的影响因素还有很多。

所以很有可能,我们的身体只能进去一部分或者一丢丢,而被卡住。。。即便是这样的情况,概率也低到快没了。

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