李藤新一new
举个现实中形象的例子可以更好地理解量子隧穿效应，也可以明白它的神奇性！
假设你面前有一堵高墙，比如说2米高（总之你无论如何无法直接跳过去的高度），那么你如何到达墙的另一面？
如果不借助任何外力，你是无法过去的，这我们都明白。
但这就是微观世界的神奇性。对于微观粒子来说，它们有一定几率直接突破“高墙”，到达另一面，就类似我们经常说的“瞬移”，即使粒子的能量不足于让它越过势垒高度（可以理解为墙的高度），由于微观粒子有波粒二重性和量子效应，它们有可能直接穿越势垒，而且能量越高，穿越的几率越大！
这种现象在我们的宏观世界简直是不了想象的，就现象面对一堵墙，你直接撞上墙没有感觉到疼痛，然后到达了墙的另一面！
但为何微观粒子可以有量子隧穿效应，而由微观粒子构成的我们没有这种效应呢？原理上我们是由无数微观粒子构成的，也应该有这种效应。
事实上，单从理论上分析，宏观世界的我们也具有量子隧穿效应，只不过几率实在太低太低了，低到一定程度在现实中就等于不可能发生。
量子隧穿效应绝不是假象或者空想的理论，而是实实在在存在的，在一些显微镜和半导体领域都可能看到这种效应！
宇宙探索
微观粒子可以突破势垒，穿墙而过的神奇效应就是量子隧道效应。
对于经典物理里中的宏观粒子，如果运动时面对一个势垒，类似于高墙，当粒子的能量小于势垒高度V时，这个粒子是不可能穿过这个势垒的。然而对于微观粒子，都具有波粒二象性，拥有相应的量子效应，即使微观粒子的能量低于势垒高度，它仍有一定的概率可以突破势垒。这就是量子隧道效应。
这很容易从一维定态薛定谔方程解出，在势垒右边波函数不为零，也就是左边能量低于势垒的粒子有通过势垒高墙的可能性。具体公式我在人穿越一面墙的概率这样的问答中，和头条号相关文章中给出过，这里不再详谈。
量子穿透几率是最早是由 物理学家伽莫夫首先导出的关系式。
伽莫夫也最早开创利用量子力学来研究原子核领域，并成功解释了经典物理无法回答的势垒穿透效应，也就是题目所谈的量子隧道效应。
当然，我们要谨记量子效应只是发生在微观世界的微观粒子身上，对于宏观物体量子效应早已忽略不计，又回复到经典物理统治的世界。所以一个人穿透一堵墙的几率是完全忽略不计的。
量子隧道效应的诺奖级应用 - STM。
量子隧道效应直接的应用是扫描隧道显微镜STM，在1986年获得了诺贝尔奖，这个在科研上主要应用于原子级别的样品进行成像和操纵，例如IBM公司利用扫描隧道显微镜直接搬运原子，在基底上书写了IBM的logo，我在以前问答和文章也讲过很多次STM和AFM的成像。
量子隧道效应还可以用来解释和研究很多电子的行为，
比如半导体工业中应用的很多结的问题需要考虑电子的隧道效应。对于两层金属之间的绝缘体薄层的设计时，就需要考虑到量子隧道效应，在厚度低于一定数值时，实验会发现电子可以穿过绝缘层，这就是一种量子隧穿效应。而我们现在的半导体制造技术，例如CPU要进入到了10nm一下的制程，但随着线路的密集，尺度的减少，量子隧道效应将会越来越明显，电子会不再沿着原有线路流动，这就将是现有微电子制造的瓶颈和末路。
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量子实验室
简单地说，量子隧穿效应是指微观粒子可以穿过一堵比自己还高的墙。这是一种量子效应，用经典的观点可能很难理解。但结合量子力学中波动性的观点，用薛定谔方程可以很容易地解出来。
我们可以先想象一下经典的情况。如果面前有一堵墙，我们想翻墙而过，必须具有足够的能量跳过去。如果能量不够，我们是绝不可能出现在墙的另一面的。但在量子世界中，即使能量不够，我们也可以穿墙而过（而不是跃墙而过），这就是量子隧穿现象。
当然这里的"我们"不能是宏观的物体，而是微观粒子。因为宏观物体隧穿的概率实在太小了，以致于根本不可能观察到。
图1. 经典力学和量子力学穿过能量势垒的不同方式
发现历史
量子隧穿的概念是在研究放射性的过程中发展出来的。早在1896年，法国物理学家贝克勒尔就发现了铀的放射性，后来居里夫妇进一步研究了这种放射性。他们因此一起分享了1903年的诺贝尔物理学奖。关于放射性当时一直有一个疑问。以最常见的α衰变来看，是从重原子核中放射出α粒子，即氦原子核。我们知道，原子核的核子（质子或中子）之间是通过强相互作用联系在一起的，核子怎么会挣脱强大的强相互作用逃逸出来呢？
到了20世纪，量子力学发展之后，物理学家逐渐认识到了微观粒子存在的不确定性和波粒二象性，为放射性的解释奠定了基础。1927年，洪特在计算双势阱的基态问题时首先注意到了隧穿现象。1928年，美国物理学家伽莫夫和另外两个科学家分别独立地发展了阿尔法衰变的理论解释。他们通过解方势垒的薛定谔方程，得出了粒子的隧穿概率，并进一步建立了衰变过程中发射出来的粒子能量和半衰期之间的关系。
后来在一次伽莫夫的报告上，玻恩意识到了隧穿现象的普遍性。他认为这种现象可能并不局限于核物理学，而是量子力学中一种比较普遍的现象。逐渐地，人们发现了各种各样的量子隧穿现象。著名的约瑟夫森结就是利用超导电子的隧穿过程制作而成的。
图2. 物理学家伽莫夫
物理图象
了解过量子力学的人应该对下面这些概念比较熟悉：海森堡不确定性原理，薛定谔方程，微观粒子的波粒二象性。根据经典的观点，粒子是不可能穿过能量比自己高的势垒的。但在量子力学中，由于粒子具有不确定性，即使粒子能量低于势垒能量，它也有一定的概率出现在势垒之外。而且粒子能量越大，出现在势垒之外的概率越高。
图3. 一个电子波包穿过一个势垒时的量子隧穿现象（图片来源于wiki:quantum tunneling）
应用：扫描隧道显微镜（STM）
我们在学高中物理时应该见过下面这幅图，这是一张典型的用STM扫描得到的图案。而STM就是利用量子隧穿的原理制作而成的。
图4. STM扫描得到的铜（111）表面的局域态密度图案
由于电子的隧道效应，金属中的电子并不是完全局限于严格的边界之内，也就是说，电子密度不会在表面处突然骤降为零，而是会在表面之外指数性衰减，衰减的长度量级大约为1nm。 如果两块金属靠的很近，近到了1nm以下，他们表面的电子云就会发生重叠，也就是说两块金属的电子之间发生了相互作用。如果在这两块金属之间加一个电压，我们就会探测到一个微小的隧穿电流，而隧穿电流的大小和两块金属之间的距离有关，这就是扫描隧道显微镜（STM）的基本原理。实际的STM会将其中一块金属做成针尖，由于针尖可以做得很细很尖，通过移动针尖的位置，我们就可以探测到另一块金属的表面信息（表面的起伏、表面电子态密度等等）。
利用STM可以得到很多漂亮的图片，甚至我们可以利用STM来操纵原子。具体更深入的知识在此就不赘述了。
量子驿站
量子力学三大忽悠之三量子隧道效应之谬误
如图(摘自百度文库)所说，基本是现在流行的关于量子隧道效应的观点。当然这里面有忽悠。哪里忽悠呢？就是隧道是不存在的。此时有人会问：为什么会不存在，粒子都在另一侧出现了？因为原因有3个，两强一弱的原因。先说两个强势的原因。一，此时统计的是众多粒子的平均能量。根据概率，这些粒子能量是一个以这个平均能量为对称轴的正态分布。其中就有一定概率的粒子的能量高于阀值能量。这个高能量的粒子就是从上面过去的，根本就不需要隧道。二，就是所有粒子的单个能量都小于阀值能量，但这些大量的粒子在反弹，互相碰撞后，有少数或极少数能量会大于阀值能量。一样是从上面过去。隧道只是唯心主义的臆断！最后说一下弱势的原因。单个低于阀值能量的粒子是不是会到达另一边。这也是有可能的。这时那帮违心主义的量子力学书呆子们就该跳起来说：你个民科！你看量子隧道效应还是对的吧！然而事实会劈头盖脸地把这帮唯心主义的量子力学书呆子打晕。这个事实就是空间也充满了能量，虽然大部分时间和空间上是很弱的。如有时正巧有高能粒子经过，加速了被测粒子，也有可能空间能量的涨落加速了被观测粒子，还有可能宇宙中的一些人类未知的事物对被观测粒子进行了加速。当然这个弱因素也时刻作用在上面两个强势原因中。
综上所述，根本就不存在也不需要存在什么隧道。当时也能根据当时的科学知识解释清楚！为什么非要巧立这种说法？这就是名利的诱惑。不要认为科学家都是正人君子一般。没有杂念。那就错了。极少数也非常自私！为了名利不择手段。当然我不是说所谓的量子隧道效应的发现者非常自私！
如果这个忽悠按当时正常的解释，你所谓的发现者绝对不会有现在的名声。虽然说科学最诚实，但是科学也忽悠。忽悠在量子力学中最严重！一切并不都是为了科学。如果有个科学家放言说他百分之百的把自己放在了科学上，那这时我到可以百分之百地说他在骗人。其他行业也是一个道理。
最后说一下，我提出量子力学三大忽悠的初衷。那就是国内把一些解释性的非证实的假说当成真理，强加给学生接受，不容置疑。(国外，特别是欧美怎么教授的我不清楚，不敢妄言)。我与我们坚信看到了社会进化的尽头这种最大的唯心主义，不无联系！这就造成了教育的事倍功半，高分低能，质疑和创新能力低下！我写这些也只是希望科学进步，中国进步，中国科学进步！
古道热青
主流科学的唯象论只能把问题神秘化，量子隧穿效应的实质是量子在物体中的传递作用。
量子隧穿只能用能量球理论才能说清，量子是能量球发射出来的一群光粒子，相邻的能量球吸收了这些光子后,再发射出量子，后面的能量球吸收了光子后,又再发射出量子，以此类推,从而实现量子在物体中的传递。
宇宙万物都是由能量球构成的，能量球不停地吸收光子,又不停地发射量子，量子在物体中是不断传递的，宇宙奥秘尽在能量球理论。
物质具有阻挡性,任何粒子都不可无阻挡地穿越，量子也不是隧穿,量子是种传递。
主流科学连量子是什么都不知道，也就只能把它搞得神秘兮兮的？
布鲁诺二
量子问题需引入0等于无穷大，在微观上数字会出现量子化，换句话说数字不再连续.
苏黎
量子隧穿效应，就是量子大骗子们深感罪恶深重，企图遁天入地逃避法律严惩的心理效应！
明明光量子通信、计算与探测等一系列伪科技都已自打嘴巴了，但仍有人有脸高谈阔论量子纠缠、叠加与隧穿等超脱自然力的神学理论，继续忽悠大众，真是无耻之极！
池昭新一城市新模式
1、神器“扫描隧道显微镜”就是依据其原理制备的！根据经典量子理论，这是微观粒子波粒二象性中“波”属性的体现！我们不能把粒子局限到一个点，它其实如波一样浪！
2、既然是波，那先了解衰减波耦合效应！光波理论中有个“衰减波”的概念，光在全反射时能流垂直通过界面的时间平均值等于0,但有一很快衰减的光波透过界面，这个称为衰减波，它能透过界面几个波长的数量级！虽然它不能在媒介中继续传播，但是发生耦合效应（通俗讲就是互动联合增力）呢，他就能实现界面穿透了！想象一下！量子（微观粒子）是波，然后前面的势垒是反射界面，于是发生了穿透效应！所以理论界认为量子隧穿是衰减波耦合效应！
擦边球38682427
人类在看待宇宙中很多物质问题时，局限性思维，也就是固定宏观和微观模式下的思维，恰恰是限制对宇宙的认知，在无法认知现象的情况下，最终确变成神的现象，就如宇宙暗物质中的暗量子，人类认知又有多少呢？，而暗量子在宇宙中的密度又是多大呢？而有的物质在超高温下，量子与量子之间又发生了什么变化，而暗量子与暗量子之间的相互联系，相互制约，恰恰在反映宇宙中量子很多效应问题。
