量子隧穿效應沒有超光速

量子隧穿效應有一個錯誤的解讀，即超光速。很多文章將隧穿效應視為一種超光速的運動，甚至去計算它的發生過程時間，從而得出量子隧穿效應違反相對論，這是錯誤的。因為在量子力學裡的速度和相對論裡的速度的概念是不一樣。

自由量子可以出現在空間的任何地方，但不能"計算"其中間位移速度。

其實根本不用考慮隧穿，量子力學告訴我們：量子的位置本身就是隨機的概率的分佈於全宇宙的。

量子波是概率波，自由粒子的平面波函數，概率是全空間分佈的，A時刻在A點測到，B時刻可能在相距很遠的B點測到，這樣理解是沒有問題的，但在B點觀察到，不代表粒子的速度就是B時刻與A時刻的時間差內A點與B點的距離所產生的位移速度。實際上，每一次測量到一個電子，你會發現它的速度是不會超過光速的，但是兩次測量之間的距離，真的可能相隔很遠，就算是以光速運動都來不及。

在量子力學中A時刻在A點測量到粒子，這個粒子在B時刻在B點再次被測量到，這中間，不能認為該粒子是從A時刻A點運動到B時刻B點，這種經典的運動概念，在量子力學中是不存在的。

在量子力學看來，兩次測量中間的狀態，不可知，不能去做運動的假設。量子力學只談每次測量到的數據，不談兩次測量中間發生了什麼，不可知，也不去做運動速度軌跡等的假設。也就是量子力學否定決定論，只具有概率性，這也是愛因斯坦所反對的：經典物理的決定論，在量子力學中失效了，因為中間狀態不可知。

回到量子隧穿效應，電子不能理解為經典的“走過勢壘隧道”，而應理解為閃現（或觀察到出現）到了勢壘的另一側。或者理解為全空間的波函數中本來就包括這個位置的概率，而不能理解為概率波函數“擴散”到了這個位置。

也就是說到底在勢壘中發生了什麼，因為無法觀測到，所以這個中間過程的經典速度無從談起。

歡迎關注@科學大廈，歡迎點贊討論。

科學大廈

量子隧穿效應（Quantum tunneling effect）指的是，像電子等微觀粒子能夠穿入或穿越位勢壘的量子行為，儘管位勢壘的高度大於粒子的總能量。現在一個物理學家團隊已經測量了該過程需要多長時間。

雖然聽起來像是科幻小說，但量子隧穿是一種記錄良好的現象，發生在電子顯微鏡和晶體管等日常用品中。眾所周知，像電子這樣的基本粒子也會定期從其原子中“隧穿”，這是放射性衰變背後的關鍵驅動因素。

但圍繞這一現象的一個持續的謎團是粒子通過障礙物進行量子隧穿需要多長時間 - 或者它是否需要任何時間。一些科學家認為它是瞬間發生的，但這意味著它的行進速度比光速快，可能違反了因果關係原則。

為了測量量子隧穿的時間，格里菲斯大學和澳大利亞國立大學的研究人員用強激光轟擊氫原子，每秒發射1000個光脈衝。他們的想法是，這為電子從原子中逃逸創造了合適的條件，使團隊能夠精確測量量子隧穿所需的時間。

結果證明量子隧道效應似乎是瞬間的 - 或者至少是如此迅速地發生，它基本上是瞬間完成的。根據研究人員的說法，它需要不到1.8阿秒。

該研究的共同主要作者Robert Sang表示：“有一個定義明確的點，在那裡我們可以開始這種相互作用，並且我們知道電子應該在何時瞬間產生。因此，我們知道通過障礙需要花費很長時間才能完成任何不同的事情。這就是我們如何衡量需要多長時間。它與實驗不確定性中的理論一致，與瞬時隧穿效應一致。”

有趣的是，這與之前測量更長隧穿時間的研究形成對比。2017年，馬克斯-普朗克研究所的研究人員發現量子隧穿效應需要180阿秒，但新研究背後的團隊表示，像這樣的早期實驗過於複雜，容易出錯。

“其他地方的先前測試使用了更復雜的原子，包含幾個或多個電子，”該研究的共同主要作者Igor Litvinyuk表示。“為了解釋不同電子之間的相互作用，他們使用了不同的近似模型。在這些模型中他們提取了時間。我們的模型沒有使用近似值，因為我們不必擔心電子 - 電子相互作用。而且，其中一個實驗他們測量了兩種原子之間的相對時間延遲，而不是單個原子的時間延遲。”