那么什么是量子遂穿現(xiàn)象呢？

在經(jīng)典物理學(xué)中，例如一顆臺(tái)球是無(wú)法穿過(guò)墻壁到達(dá)墻的另一側(cè)的。但是，在量子力學(xué)中，將光子、電子等粒子看成是波。波有一個(gè)特性，就是有一小部分可以穿過(guò)墻壁。例如，你對(duì)著一面墻壁大喊一聲，99%的聲音都被反射回來(lái)了，但是有1%的聲波會(huì)衍射穿過(guò)墻壁。因?yàn)榱Ｗ?，例如電子或中子是粒子也是波，因此假設(shè)你向一面墻壁發(fā)射100次的電子，按照假設(shè)波穿過(guò)墻壁的1%的概率，就會(huì)有一個(gè)電子穿過(guò)墻壁出現(xiàn)在墻的另一側(cè)（見圖1-34），而這在經(jīng)典力學(xué)中是根本無(wú)法解釋的。正因?yàn)橛辛诉@樣的量子力學(xué)的遂穿現(xiàn)象，才會(huì)讓一個(gè)鈾原子核中的α粒子在45億年中有50%的概率遂穿過(guò)本來(lái)無(wú)法逾越的“位勢(shì)”（墻壁），跑到原子核外面去?？傊?，只有在對(duì)量子概率的解釋為正確的前提下，才會(huì)發(fā)生量子遂穿效應(yīng)，進(jìn)而會(huì)發(fā)生放射性原子衰變的事件。

圖1-34 一個(gè)粒子會(huì)有一定的概率穿過(guò)墻壁，這在經(jīng)典物理學(xué)中是絕對(duì)不可能發(fā)生的事情量子遂穿現(xiàn)象在許多分子中都在發(fā)生。例如，如果沒有量子遂穿現(xiàn)象，宇宙中就不會(huì)合成任何的有機(jī)分子。又如，在人體葡萄糖氧化酶中的氧原子核也會(huì)發(fā)生量子遂穿效應(yīng)。

那么我們要問(wèn)，你是否可以像電子一樣遂穿過(guò)一面墻壁呢？答案是“可以”。你可以穿墻而過(guò)，但是因?yàn)樾枰闵眢w中的所有電子、原子同時(shí)發(fā)生遂穿才可以。但這就需要你站立在墻壁前面等許多年才會(huì)發(fā)生這樣的遂穿。要等多少年呢？宇宙至今的年齡是137億年，而你至少需要等100億個(gè)137億年以上的時(shí)間，才會(huì)發(fā)生存在這一概率的事件。

總結(jié)：原子發(fā)生衰變的根本原因是，電子、質(zhì)子等粒子必須既是粒子也是波。一個(gè)粒子會(huì)以其波函數(shù)的概率性出現(xiàn)在空間中的某一處，因此才會(huì)發(fā)生一個(gè)α粒子穿越原子核的束縛跑到原子核以外的概率事件。

3. 薛定諤的貓

愛因斯坦一點(diǎn)也不相信概率的解釋，他不相信世界上竟然存在一個(gè)無(wú)法預(yù)測(cè)和確定的事件。同時(shí)愛因斯坦及一般大眾認(rèn)為，外在世界是獨(dú)立存在的，觀測(cè)者通過(guò)觀察就能夠觀測(cè)到真相。因此，他對(duì)概率的解釋說(shuō)了一句著名的話：“上帝不擲骰子。”正因如此，追隨愛因斯坦的薛定諤也絕不同意這一荒誕的想法，即觀測(cè)會(huì)影響被觀測(cè)事物的本質(zhì)特性，因而在1935年，薛定諤專門發(fā)表了一篇論文。在論文中，他假想了一個(gè)實(shí)驗(yàn)用來(lái)說(shuō)明哥本哈根詮釋中對(duì)概率的解釋是多么荒謬。這個(gè)實(shí)驗(yàn)就是后來(lái)非常著名的“薛定諤的貓”。具體假想實(shí)驗(yàn)如下：

如圖1-35所示，想象有這樣一個(gè)密封的盒子：在盒子中放上一只貓、一小塊放射性鈾礦石。這塊放射性鈾礦石在一小時(shí)內(nèi)會(huì)有50%的概率發(fā)生一次α粒子的衰變事件。在盒子中有一個(gè)殘忍的釋放毒氣的裝置與α粒子衰變事件聯(lián)動(dòng)在一起。如果一小時(shí)內(nèi)發(fā)生了α粒子衰變事件，這個(gè)裝置就會(huì)觸發(fā)毒氣裝置釋放出毒氣，將貓毒死。如果沒有發(fā)生，貓就是活的。

圖1-35 薛定諤貓的假想實(shí)驗(yàn)裝置